摘要：采用多元回归建立了转炉出钢终点钢水温度的预测模型，实现了对转炉出钢过程钢水温度的预测，并探讨了影响该过程钢水温度变化的主要因素，为生产合格钢水及钢水温度的动态控制提供了理论依据。本模型能较好的预测该过程的钢水温度变化，预测误差在±10℃以内的正确率达到9()％以上，对现场生产实践具有一定指导意义。
关键词：转炉；钢水温度；预报模型；多元回归
多元回归作为1种建模技术，为解决多维系统及模型未知系统的预测和控制问题提供了1条很好的途径。以转炉出钢为研究对象，利用多元回归方法对大型转炉出钢过程钢水温降进行了研究，分析了转炉出钢钢水温度、合金种类及加入量、钢水量、钢水镇静时间、出钢时间和钢包热状态等对钢水温度的影响。
1 钢水温降影响因素分析
钢水在转炉出钢时温度下降的主要原因有：(1)出钢过程钢流的辐射散热；(2)钢水流过出钢口的散热；(3)钢水人钢包后包衬的传热和蓄热；(4)出钢前钢水在转炉内等待时的散热；(5)出钢过程中加入的合金对钢水温降；(6)出钢前钢包的热状态。
2 钢包热状态测试
2．1 测试方案
为全面掌握钢包烘烤过程和出钢过程的热状态与温度的关系，分别对砌筑钢包和整体浇注钢包进行了跟踪测试。
2．2 热电偶布置
新包砌筑时，在钢包内衬埋入8根热电偶(见图1)，通过补偿导线连接到固定于钢包滑动水口驱动机构处的快速接头上。热电偶尾部的接线头通过钢包侧壁中部的气孔输出，钢包侧部的热电偶和钢包底部的热电偶在钢包内壁合并，输出的热电偶沿钢包中部圆环下部接到所需位置。同时考虑了热电偶在钢包外部的连接线在钢包周转过程中的安全保护。
2．3 钢包测试结论
分析实验数据证明两类钢包的同一位置温度变化规律基本相同，说明钢包包衬蓄热规律适用于两种类型的钢包。所以建立钢包包衬传热模型时可以把两类钢包统一处理对待。
3 转炉出钢阶段钢包传热数学模型
出钢过程中钢水注入钢包，钢包内钢水逐渐上升，根据实际操作过程中的具体情况，可进行如下假设：(1)钢包锥度忽略，包壁看作无限长圆筒，包底为无限大平板；(2)钢流搅动钢水，使包内钢水均匀，且不存在炉渣的影响；(3)由于出钢时间相对比较短，自由表面直接对外传热，暂时尚未浸入钢水的侧壁传热不予考虑。钢水与包壁及包底耐火材料之间的传热由热传导方程如下。
包壁热传导方程为:
边界条件为:τ3≥τ＞τ2时,
r=r壁内,q=α钢－壁(t钢(τ)－t壁内)
r=r壁外,q=α壁－环(t壁外－tf)
初始条件:τ=τ2时, t壁=t壁(r)
包底热传导方程为:
边界条件为:τ3≥τ＞τ2 时,
z=z底内,q=α钢－底(t钢(τ)－t底内)
z=z底外,q=α底－环(t底外－tf)
初始条件:τ=τ2时,t底=t底(τ)
上述初始条件由空包运至出钢处的状态确定.
式中,t为温度,℃;λ为导热系数,W/(m·℃);τ为时间;min;C为比热容,J/(kg·℃);ρ为密度,kg/m3;q为热流量,W/m2;α为对流换热系数,W/(m2·℃);p为压力,N/m2;t钢(τ)、t底内分别为τ时刻钢水温度和包底内表面温度，℃。
4 工艺数据统计分析
选取2003年工艺数据2 500炉左右数据作为样本，对转炉出钢过程进行了全面系统的统计分析，并利用正交实验设计获得最佳工艺数据配置，为多元回归处理提供可靠准确的数据依据。
(1)转炉出钢温度主要集中分布在1 610～1 690℃之间，出钢温度分布在该区问的频率为91．73％。
(2)转炉出钢时间主要集中分布在40～11 min之间，出钢时间分布在该区间的频率为93．76％。
(3)转炉出钢钢水量主要集中分布在260～320 t之间，出钢钢水量分布在该区间的频率为90．37％．
(4)钢包浇注毕至出钢前空包周转时间主要集中分布在30～200 min之间，空包周转时间分布在该区间的频率为90．58％。
(5)转炉出钢过程合金加入量主要集中分布在1～9 t之间，合金加入量分布在该区间的频率为97．14％。
(6)出钢前钢水在转炉内等待时间主要集中分布在10～7 min之间，等待时间分布在该区间的频率为92．85％。以上所述已经对转炉出钢过程影响钢水温度的因素进行了分析统计见表1。
5 钢水温降回归模型
为了满足在线模型跟踪和预报功能的计算速度快、占用内存小、形式简单的要求，必须采用多元回归得出具有相当精度的在线模型方程。出钢后钢包内钢水温降随各个因素变化的公式为：
△t=699．19—0．517t一3．75676a+ 0．273 73x1+0．229 73x2+0．397 11x3一0．056 004x4。 (3)
式中，△t 为出钢过程钢水温降，℃；t为转炉冶炼终点钢水温度，℃；a以为出钢时间，min；x1为钢包内钢水量，t；x2：为出钢前等待时间，min；x3为合金加入量，t；x4为钢包周转时间，min。
对上述钢包传热数学模型采用显式差分方程建立钢包传热数学模型的差分方程来模拟钢包的热状态，依据该模拟结果并结合已有经验，把钢包影响钢水温降的热状态划为4个等级来修正钢水温度的预测值。400℃以下为冷包，对钢水温度的影响最大，其修正值为A=80～110；400～700℃为第2等级，属于低温包，其修正值为B=60～80；700～900℃为第3等级，属于中温包，其修正值为C=45～60；900℃以上属于高温包即最高等级4级，其修正值为D≤45。A、B、C和D的初始值为经验值。当模型在线运行过程中，操作工结合模型的预测值进行总结和修正，直到模型具有良好的预报精度。
从生产实绩数据库中，随机抽取25组数据输入钢水温降预报系统，对转炉出钢后钢包内钢水温度进行定量预测，对预测结果进行了统计分析(图2)，预测温度与实际温度的误差绝对值在10℃以下的命中率为90%。
6 结 论
(1)采用多元回归建立模型能较好的预测转炉出钢后钢包内钢水温度，并能很好的分析主要工艺参数(钢水温度、出钢时间等)对钢水温度的影响。
(2)本模型预测误差在±10℃以内的正确率为90％，证明采用多元回归模型预测转炉出钢后钢水温度及过程温降的方法是可行的。
(3)加强钢包和钢水温度的现场跟踪测试力度，进一步提高钢包热状态模拟水平和钢水温度模型精度。
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