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基于LF精炼炉合金加料模型的研究

李延昭
宁夏天地奔牛集团第二加工分厂

摘要：本文对LF精炼炉炼钢精炼环节合金加料的常用方法作了简单的介绍，LF精炼炉合金加料模型的优劣直接影响到成品钢的质量及生产成本，由于LF精炼炉合金加料过程中存在很多非线性因素，影响着加料的准确性，采用传统建模方法建立准确的合金加料模型显得较为困难，这已成为提高炼钢工艺水平的一个瓶颈．补加系数法计算速度快，但是没有考虑价格因素，单纯形法可以弥补人工计算方法和补加系数法的缺陷，但当约束条件过多时，会产生无解的情况。因此，根据实际采集的数据对多种建模方法进行比较，选择合适的建模方法，对改善精炼环节工艺有其特别的意义。
关键词：LF精炼炉；合金配料；单纯形法；元素收得率；

前言
LF炉作为转炉的精炼设备,具有脱硫、温度调节、精确的成分微调、改善钢水纯净度、造渣等功能，可以保证浇铸时温度及成分的要求。其主要工作之一是对转炉所来的钢液成份进行微调,这也正是合金配料的主要目的。成份微调首先要保证成品钢的元素含量全部符合标准要求。现有钢种成分标准中，多数元素的成分规格范围较宽，控制成分容易实现。然而，同样合格的若干炉相同钢种，性能差异往往很大，这主要是钢中化学成分上的差异，为此往往要求更精确地把成分控制在一个狭窄的范围内，称为控制成分。钢水的合金化是一个比较复杂的过程，合金加料的准确与否直接影响着成品钢的性能,加料的准确对成品钢的质量显得尤为重要。优化配料不仅可以实现工艺操作的最优化，而且还能够降低企业的生产成本，避免原材料的浪费。本文就常用的建模方法作以探讨。
2．合金加料模型
2．1传统的加料模型
机理建模
机理建模是从系统的物理(化学)机理出发,依据能量和物质守恒等确定体系中各变量之间的基本关系,再利用实验数据对模型参数进行标定。但是,在对系统研究还不够深入,缺乏足够信息的情况下,就难于建立精确的机理模型,特别是变量之间存在强烈的相互作用时,更是这样。因此,对精炼炉合金加料模型来说机理建模显然是不合适的
一般计算公式
合金加入量=（钢种规格中限%-终点残余成分%）*1000*钢水量/（铁合金的合金元素含量%*合金元素收得率%）
（2-1）
式中——合金元素需要量的目标值,kg;
——目标钢种元素i的目标含量，%；
——现时钢水成分i的含量，%；
——指某一种特殊合金中所含元素i的质量分数，spi=1，2，…,f,%；
——指各种特殊合金的实际加入量，spi=1，2，…,f,kg；
——钢水重量，t;
——合金元素i的收得率，%。
该公式可以推导出炼钢过程中各种情况的计算公式，这些公式适合在冶炼现场通过
人工方式比较快速地进行相关计算。但是它也存在着缺点，首先，加入铁合金对钢液质
量的增加量计算不准确；另外，常忽略多元素铁合金对钢液化学成分的附加影响，这种
影响在多元素合金钢冶炼时更为显著。
补加系数法
补加系数即某种合金在钢液中所占的比分，所以也叫比分系数。补加系数是计算每加入100kg合金料，要配成合乎规格的钢液，需要配加的某种合金的量。
该方法在计算各合金料用量时，同时考虑了加入的所有合金对钢液重量的影响。因为增加的钢液同样需要达到成分的要求，特别需要考虑合金中的磷对最终钢液磷成分的影响。在实际生产的过程中，冶炼钢种的控制成分和所使用的合金料成分是已知的，所以补加系数在事先可计算好。合金料用量的计算公式如下：
(2—2)
式中
G——钢液重量，kg；
——某种合金用量，kg；
——某种元素的目标含量，％；
——某种元素在钢液中的含量，％：
——某种元素在合金料中的含量，％；
——某种元素的收得率，％；
———某种合金的补加系数：
——各种合金的初步总用量，kg；
——某种合金的补加量。
其中：
(2—3)
（2-4）
式中
——某种合金在钢液中所占的比分，％。
——不含合金的纯钢液所占的比分，％。
基于单纯形法的合金补加计算模型
合金化计算的原则是在满足钢种成分要求的前提下,使合金化成本最低。单纯形法是运筹学中线性规划的一种方法，是一种解决线性最优化问题的一种标准算法，其已被证明是求解具有任意多个变量和约束条件的线性规划问题的有效方法。
计算中模型需要以下一些数据：
(1)当前钢液重量；
(2)当前钢液中各元素实际含量；
(3)钢种所要求的化学成分数据：包括钢种中每一合金元素含量的目标值、目标上限、目标下限值。若有确定的目标值，计算结果将按此确定的目标值进行逼近，否则，利用目标上限、目标下限值来确定一个合理的值进行逼近。
(4)可获得的(可参加计算的)合金材料数据：包括每种合金材料的化学成分、价格、合金材料的效率因子、冷却系数等。
(5)各合金元素的收得率：要考虑各合金元素在不同温度、不同渣系的冶炼状况下的收得率。
线性规划模型的计算结果可包括以下