基于炉口火焰光谱信息的转炉炼钢终点在线碳含量测量方法研究

【摘要】：转炉炼钢在线终点碳含量测量是全世界冶金行业多年来一直亟待解决的问题。转炉炼钢在线终点碳含量的精确控制对于提高炼钢质量与产量、降低生产成本、实现节能减排等方面均具有重要意义。 本文分析了目前转炉炼钢在线终点控制主要的三种方法：经验控制、静态控制和动态控制,针对这三种现行方法存在的问题,提出了一种利用火焰光谱探测技术对转炉炼钢终点钢水碳含量的检测方法,设计出适合转炉炼钢现场环境的炉口火焰光谱信息采集系统,实现了远距离非接触式探测,以消除现场烟尘、高温等恶劣环境对检测的影响,利用小视场的望远系统,使得获取的光谱信息是转炉炼钢炉口火焰的根部光谱信息,保证了整个火焰场是处于局部热平衡状态,同时也消除了火焰晃动产生的光谱抖动剧烈的干扰；通过分析转炉炉口火焰光谱分布形状的变化,得到了能够反应转炉吹炼过程的光谱分布变化规律：基于支持向量机学习算法,选用能够描述光谱分布变化规律的若干个波长处的光谱光强作为模型的输入参量,引入钢水状态值的量作为模型的输出参量,建立了在线实时控制模型,现场实测得到了与现行的人工经验方法吻合一致的终点控制结果；对转炉炼钢炉口火焰的连续光谱部分进行拟合,得到炉口火焰光谱的连续光谱和元素特征谱线的发射光谱,从理论上描述炉口火焰光谱的分布变化；利用转炉炼钢炉口火焰中的原子特征谱线发射强度实现了对熔池内部的钢水温度的计算；从连续光谱吸收率时间变化曲线上,联系转炉炼钢理论脱碳速率方程曲线,提出了一种能够在整个吹炼过程中,实现对炉内钢水的碳含量参数实时监控的方法。 研究所用的方法和技术避开了加入原料的不稳定性、吹炼过程中的复杂的化学反应和吹炼钢种范围的严格性等各个方面给终点在线碳含量测量带来的影响,对提升传统产业科技水平,推进工艺装备现代化有较好的效果。