真空脱碳过程的碳含量监测方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明涉及冶金精炼的生产控制领域，尤其涉及真空脱碳过程的碳含量监测方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.真空循环脱气法(rheinstahl-her-aeus，rh)脱碳模型可分为工艺机理模型、数据经验模型和质量守恒模型。传统的工艺机理模型多用于离线数据的分析，在线应用效果不佳。不论哪种模型的在线计算，对测量数据(包括废气流量、废气中一氧化碳和二氧化碳含量)的精度和实时性都有较高的要求。从脱碳开始到脱碳结束的过程中，精确分析钢水中碳含量的变化一直是一个难点。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了真空脱碳过程的碳含量监测方法、装置、设备及介质，该方法能够通过实时分析和判断真空脱碳过程的数据状态，调整脱碳控制模型的状态，从而在线得到精炼钢的真空脱碳过程中钢水中碳含量的变化，以便于使得钢水碳含量满足合格要求。
4.第一方面，本发明通过本发明的一实施例提供如下技术方案：
5.一种真空脱碳过程的碳含量监测方法，包括：监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，其中，所述数据状态反映了从脱碳开始直到结束的特征状态；若所述数据状态为钢包进站状态，则对预设脱碳控制模型进行计算初始化；若所述数据状态为真空开始状态，则将采集的每个采样时刻下所述真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，得到每个采样时刻下的钢水碳含量；若所述数据状态为脱碳结束状态，则停止所述预设脱碳控制模型对所述碳含量的计算过程。
6.优选地，所述方法还包括：若所述数据状态为真空结束状态，则将对所述预设脱碳控制模型进行计算结束保持控制。
7.优选地，所述方法还包括：获取真空脱碳过程的进程数据；基于所述进程数据，确定所述真空脱碳过程的数据状态。
8.优选地，所述基于所述进程数据，确定所述真空脱碳过程的数据状态，包括：将进程数据与真空脱碳过程的数据状态进行一一对应，得到每个进程数据对应的数据状态。
9.优选地，所述停止所述预设脱碳控制模型对所述碳含量的计算过程之前，还包括：判断当前得到的钢水碳含量是否合格；若是，则停止所述预设脱碳控制模型对所述碳含量的计算过程；若否，则反馈状态调整指令，以控制精炼生产线继续执行真空脱碳操作，直至钢水碳含量合格。
10.优选地，所述对所述预设脱碳控制模型进行计算初始化，包括：监测所述预设脱碳控制模型的运行状态是否为未启动状态；若是，则对所述预设脱碳控制模型进行计算初始化，进入计算准备状态。
11.优选地，所述将采集的每个采样时刻下所述真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，包括：若所述预设脱碳控制模型的运行状态为计算准备状态，则将当前采样时刻下的碳含量相关数据输入所述预设脱碳控制模型，触发计算开始指令，完成计算后，得到当前采样时刻下的钢水碳含量，再将所述预设脱碳控制模型的运行状态更新为所述计算进行状态，以计算下一个采样时刻下的钢水碳含量。
12.第二方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
13.一种真空脱碳过程的碳含量监测装置，包括：
14.监测模块，用于监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，其中，所述数据状态反映了从脱碳开始直到结束的特征状态；
15.控制模块，用于若所述数据状态为钢包进站状态，则对预设脱碳控制模型进行计算初始化；若所述数据状态为真空开始状态，则将采集的每个采样时刻下所述真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，得到每个采样时刻下的钢水碳含量；若所述数据状态为脱碳结束状态，则停止所述预设脱碳控制模型对所述碳含量的计算过程。
16.第三方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
17.一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述第一方面所述方法的步骤。
18.第四方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
19.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文第一方面提供的所述方法的步骤。
20.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
21.本发明实施例提供的真空脱碳过程的碳含量监测方法、装置、设备及介质，通过监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，其中，数据状态反映了从脱碳开始直到结束的特征状态，若监测到数据状态为钢包进站状态，则对预设脱碳控制模型进行计算初始化；若监测到数据状态为真空开始状态，则将采集的每个采样时刻下真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，得到每个采样时刻下的钢水碳含量；若数据状态为脱碳结束状态，则停止预设脱碳控制模型对碳含量的计算过程。该方法能够实时监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，并基于监测得到的数据状态对预设脱碳控制模型的状态进行控制，从而通过预设脱碳控制模型实现对真空脱碳过程钢水碳含量的在线计算和分析，以实现对钢水碳含量的全程预测与跟踪，进一步地有利于使钢水碳含量满足合格要求。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例提供的真空脱碳过程的碳含量监测方法的流程图；
24.图2为本发明实施例提供的第一种示例性基于数据状态对预设脱碳控制模型的计算状态进行控制的分析流程图；
25.图3为本发明实施例提供的第二种示例性基于数据状态对预设脱碳控制模型的计
算状态进行控制的分析流程图；
26.图4为本发明实施例提供的第三种示例性基于数据状态对预设脱碳控制模型的计算状态进行控制的分析流程图；
27.图5为本发明实施例提供的真空脱碳过程钢水碳含量、数据状态以及模型状态的关系示意图；
28.图6为本发明实施例提供的真空脱碳过程的碳含量监测装置的结构示意图；
29.图7为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
30.本技术实施例通过提供了真空脱碳过程的碳含量监测方法、装置、设备及介质，该方法能够通过实时分析和判断真空脱碳过程的数据状态，调整脱碳控制模型的状态，从而实现脱碳模型的在线计算和分析。
31.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
32.真空脱碳过程的碳含量监测方法，包括：监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，其中，所述数据状态反映了从脱碳开始直到结束的特征状态；若数据状态为钢包进站状态，则对预设脱碳控制模型进行计算初始化；若数据状态为真空开始状态，则将采集的每个采样时刻下真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，得到每个采样时刻下的钢水碳含量；若数据状态为脱碳结束状态，则停止预设脱碳控制模型对碳含量的计算过程。
33.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
34.第一方面，本发明实施例提供的真空脱碳过程的碳含量监测方法。具体来讲，如图1所示，所述碳含量监测方法包括以下步骤s101至步骤s102。
35.步骤s101，监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，其中，所述数据状态反映了从脱碳开始直到结束的特征状态。
36.在具体实施过程中，该方法还可以包括：获取真空脱碳过程的进程数据，基于进程数据，确定真空脱碳过程的数据状态。具体而言，这里的进程数据表示真空脱碳过程中需经历的各工艺。举例来说，某精炼过程中真空脱碳过程可以包括：将盛有钢水的钢包置于真空循环脱气法(rheinstahl-her-aeus，rh)精炼工位，对真空室抽真空；向上升管内吹入惰性气体；结束向上升管内吹入惰性气体，同时真空结束，获得合格钢液。
37.由此，本技术基于精炼过程中真空脱碳过程，能够得到反应真空脱碳过程的进程数据。将进程数据与真空脱碳过程的数据状态进行一一对应，得到每个进程数据对应的数据状态。
38.具体地，当盛有钢水的钢包置于rh精炼工位时，上位机将获取到钢包进站信号，而该钢包进站信号将作为真空脱碳过程的进程数据，此时，确定真空脱碳过程的数据状态为钢包进站状态。当对真空室抽真空，上位机将获取到真空开始信号，而该真空开始信号将作为真空脱碳过程的进程数据，此时，确定真空脱碳过程的数据状态为真空开始状态。
39.当向钢水中加铝时，上位机将获取到脱碳结束信号，而该脱碳结束信号将作为真空脱碳过程的进程数据，此时，确定真空脱碳过程的数据状态为脱碳结束状态。当结束向上升管内吹入惰性气体，同时真空结束时，上位机将获取到真空结束信号，此时，确定真空脱
碳过程的数据状态为真空结束状态。
40.因此，本技术将真空脱碳过程的数据状态分为了钢包进站状态、真空开始状态、脱碳结束状态以及真空结束状态。
41.当然，除了通过获取进程数据，确定真空脱碳过程的数据状态以外，脱碳结束状态的控制也可以根据对运行时间的判断得到，该运行时间的确定可以是经验数据。其中，通过进程数据确定数据状态时，钢包进站状态、真空开始状态以及真空结束状态可以通过现场运行参数实时获取。
42.步骤s102，若数据状态为钢包进站状态，则对预设脱碳控制模型进行计算初始化；若数据状态为真空开始状态，则将采集的每个采样时刻下真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，得到每个采样时刻下的钢水碳含量；若数据状态为脱碳结束状态，则停止预设脱碳控制模型对碳含量的计算过程。
43.需要说明的是，这里的预设脱碳控制模型是能够对真空脱碳过程中碳含量进行在线分析的模型。它可以是能够实现该功能的任意模型，本技术不作限定。
44.具体地，模型状态反映了预设脱碳控制模型计算的状态，本技术将模型计算的过程分成了多个阶段，使得在真空开始时，能基于该计算过程对钢水碳含量进行实时跟踪。举例来说，这里的模型状态可以包括：计算未开始、计算初始化、计算开始、计算进行、计算结束、计算结束保持。
45.需要说明的是，在现场实际生产过程中，由于存在多个炉次的陆续脱碳，因此，这里的计算结束保持控制表示的是本炉次模型计算已结束，而下一次炉次还未开始的阶段。
46.在具体实施例中，所述对预设脱碳控制模型进行计算初始化，可以包括：监测预设脱碳控制模型的运行状态是否为未启动状态；若是，则对预设脱碳控制模型进行计算初始化，进入计算准备状态。
47.在一种可选地实施例中，为了能够将模型的计算状态都分析到，使得模型状态与数据状态相对应，如图2所示，提供了一种基于数据状态对预设脱碳控制模型的计算状态进行控制的分析流程图。具体地，对模型进行计算初始化的过程可以包括：监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，若数据状态为钢包进站状态，则监测预设脱碳控制模型的运行状态是否为未启动状态，若是，则对预设脱碳控制模型进行计算初始化，进入计算准备状态，若运行状态不为未启动状态，则直接回到获取数据状态阶段。当数据状态不为钢包进站状态时，继续下一步。
48.在具体实施例中，若数据状态为真空开始状态，则将采集的每个采样时刻下真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，得到每个采样时刻下的钢水碳含量。
49.作为一种可选地实施例，所述将采集的每个采样时刻下真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，可以包括：若预设脱碳控制模型的运行状态为计算准备状态，则将当前采样时刻下的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，触发计算开始指令，完成计算后，得到当前采样时刻下的钢水碳含量，再将预设脱碳控制模型的运行状态更新为计算进行状态，以计算下一个采样时刻下的钢水碳含量。
50.具体地，如图2所示，当数据状态为真空开始状态时，则判断模型状态是否为计算准备，若是，则设置模型状态为计算开始状态，并进行当前时刻的脱碳模型计算，得到当前碳含量，然后回到获取数据状态阶段，准备开始下一次的数据分析。当前模型状态不为计算
准备，为计算开始，则设置模型状态为计算进行，并进行当前时刻的脱碳模型计算，然后回到获取数据状态阶段，准备开始下一次的数据分析。当模型状态不为计算开始，为计算进行，则进行当前时刻的脱碳模型计算，然后回到获取数据状态阶段。当模型状态为其他时，直接回到获取数据状态阶段。当数据状态不为真空开始时，继续下一步。
51.具体地，若数据状态为脱碳结束状态，则判定当前模型状态是否为计算结束，若是，则直接回到获取数据状态阶段，准备开始下一次的数据分析，若不为计算结束，则设置停止预设脱碳控制模型对碳含量的计算过程，计算结束并回到获取数据状态阶段。当数据状态不为脱碳结束时，继续下一步。
52.在具体实施例中，碳含量监测方法还可以包括：若数据状态为真空结束状态，则将对预设脱碳控制模型进行下一次计算前的启动准备。
53.具体地，若数据状态为真空结束状态，则设置模型状态为进行计算结束保持控制，结束本炉次的脱碳过程数据分析，若数据状态不为真空结束状态，则直接回到获取数据状态阶段。
54.作为另一种可选地实施例，如图3所示，基于数据状态对预设脱碳控制模型的计算状态进行控制的分析流程，还可以包括：
55.监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，判断当前数据状态是否为钢包进站状态，若否，则设置模型状态为计算未开始，然后回到获取数据状态阶段。若当前数据状态满足钢包进站状态，则继续判断当前数据状态是否为真空开始状态，若否，则判断当前模型状态是否为计算未开始，若是计算未开始，则设置模型状态为计算初始化，回到获取数据状态阶段，准备开始下一次的数据分析。若模型状态不为计算未开始，则直接回到获取数据状态阶段。
56.若当前数据状态满足真空开始状态时，则继续判断当前数据状态是否为脱碳结束状态，若否，则判断当前模型状态是否为计算准备，若是计算准备，则设置模型状态为计算开始，并进行当前时刻的脱碳模型计算，然后回到获取数据状态阶段，准备开始下一次的数据分析。若当前模型状态为计算开始，则设置当前模型状态为计算进行，并进行当前时刻的脱碳模型计算，然后回到获取数据状态阶段，准备开始下一次的数据分析。若当前模型状态为计算进行，则进行当前时刻的脱碳模型计算，然后回到获取数据状态阶段。当模型状态为其他时，直接回到获取数据状态阶段。
57.若当前数据状态满足脱碳结束状态时，则继续判断当前数据状态是否为真空结束状态，若否，则判断当前模型状态是否为计算进行，若为计算进行，则设置模型状态为计算结束，结束本炉次的脱碳过程数据分析。若模型状态不为计算进行，则结束本炉次的脱碳过程数据分析。当数据状态满足真空结束时，设置模型状态为计算未开始，结束本炉次的脱碳过程数据分析。
58.当然，作为另一种可选地实施例，脱碳结束时段的确定除了可以通过上述的数据状态进行确定之外，还可以通过预设脱碳模型的在线计算得到。
59.具体而言，如图4所示，为了使得脱碳控制过程后的钢水碳含量满足条件要求，所述停止预设脱碳控制模型对碳含量的计算过程之前，还可以包括：判断当前得到的钢水碳含量是否合格；若是，则停止预设脱碳控制模型对碳含量的计算过程；若否，则反馈状态调整指令，以控制精炼生产线继续执行真空脱碳操作，直至钢水碳含量合格。
60.其中，在对当前时刻进行脱碳模型计算时，将实时监测脱碳过程中碳含量变化，从而得到当前的钢水碳含量，判断当前得到的钢水碳含量是否合格，若是，则停止预设脱碳控制模型对碳含量的计算过程，若否，则将向设备实时反馈状态调整指令，以控制精炼生产线继续执行真空脱碳操作，直至钢水碳含量合格。在钢水碳含量合格以后，将合格信号反馈到设备，设备将调整当前的数据状态为脱碳结束。
61.具体地，在脱碳过程中，由于钢水中脱除的碳全部生成co或co2气体进入废气中，因此在线分析过程中，通过预设脱碳模型实时监测脱碳过程中碳含量变化，可以包括：通过实时获取过程数据，得到脱碳过程中的碳含量变化。举例来说，过程数据包括：废气流量、废气中一氧化碳co和二氧化碳co2含量、废气压力、废气温度、吹氧流量等。其中，这些过程数据中的部分数据是脱碳过程中某一时刻的实测参数，还有部分数据是属于脱碳预测中某一阶段的计算参数。
62.可选地，可以根据所述废气流量、废气中co含量、co2含量、废气压力、废气温度以及吹氧流量，得到所述钢水碳含量的变化量；若所述变化量满足预设条件，则确定所述真空脱碳过程所处的脱碳阶段为脱碳结束。
63.作为一种可选地实施例，可以通过下述公式得到经历时间范围t后钢水中所剩钢水碳含量。具体地，时间范围t内带走的碳含量计算公式如下：
[0064][0065]
式中：mc(t)为在脱碳时间为t时废气所带走的总碳量，kg；
[0066]
nc(t)为脱碳时间为t时从钢水进入废气的碳的物质的量，mol；
[0067]
mc为碳的摩尔质量，12g/mol；
[0068]
t为脱碳时长，s。
[0069]
根据理想气体状态方程，可知：
[0070][0071]
xc(t)＝x
co
(t) x
co2
(t)
[0072]
式中：q
off
(t)为脱碳时间为t时刻废气体积流量，m3/h；
[0073]
α为模型修正系数，-；
[0074]
xc(t)为脱碳时间为t时废气中co和co2体积分数；
[0075]
x
co
(t)为在脱碳时间为t时废气中co体积百分数；
[0076]
为在脱碳时间为t时废气中co2体积百分数；
[0077]
p(t)为在脱碳时间为t时气体压力，pa；
[0078]
r为在理想气体常数，8.314j/(mol
·
k)；
[0079]
t为废气温度，k。
[0080]
经历时间范围t后钢水中所剩碳含量的计算公式如下：
[0081][0082]
式中：pc(t)为在经历时间t后钢水中的碳含量，ppm；
[0083]wc0
为钢水中的初始碳含量，ppm；
[0084]ms
为钢水质量，t。
[0085]
由此，得到经历时间范围t后钢水中碳含量，若此时的钢水中碳含量满足预设条件，则确定真空脱碳过程所处的脱碳阶段为脱碳结束。举例来说，预设条件为钢水中碳含量为20ppm。
[0086]
如图5所示，为某厂rh脱碳过程中钢水碳含量变化、数据状态以及模型状态的对应关系，其中，横坐标表示脱碳时间，纵坐标表示碳含量变化。在数据状态为钢包进站之前，模型状态一直处于计算未开始；在获取数据状态为钢包进站状态时，将设置模型状态进行计算初始化，作为计算准备；在获取数据状态为真空开始状态时，将开启预设脱碳模型，使得模型状态为计算进行；当钢水碳含量达到预设条件时，数据状态为脱碳结束状态，此时，将设置预设脱碳模型停止对碳含量的计算过程；在对脱碳相关工艺关闭后，获取到数据状态为真空结束状态，此时，将预设脱碳模型设置为计算结束保持。
[0087]
综上所述，通过本发明实施例提供的真空脱碳过程的碳含量监测方法，能够通过实时分析和判断真空脱碳过程的数据状态，调整脱碳控制模型的状态，从而实现脱碳模型的在线计算和分析。
[0088]
第二方面，基于同一发明构思，本实施例提供了真空脱碳过程的碳含量监测装置，如图6所示，包括：
[0089]
监测模块401，用于监测真空脱碳过程当前所处的数据状态，其中，所述数据状态反映了从脱碳开始直到结束的特征状态；
[0090]
控制模块402，用于若数据状态为钢包进站状态，则对预设脱碳控制模型进行计算初始化；若数据状态为真空开始状态，则将采集的每个采样时刻下真空脱碳过程的碳含量相关数据输入预设脱碳控制模型，得到每个采样时刻下的钢水碳含量；若数据状态为脱碳结束状态，则停止预设脱碳控制模型对碳含量的计算过程。
[0091]
作为一种可选的实施例，所述控制模块402，还用于：若数据状态为真空结束状态，则将对预设脱碳控制模型进行下一次计算前的启动准备。
[0092]
作为一种可选的实施例，所述装置还包括：
[0093]
进程数据获取子模型，用于获取真空脱碳过程的进程数据；
[0094]
数据状态确定子模型，用于基于进程数据，确定真空脱碳过程的数据状态。
[0095]
作为一种可选的实施例，所述数据状态确定子模型用于：
[0096]
将进程数据与真空脱碳过程的数据状态进行一一对应，得到每个进程数据对应的数据状态。
[0097]
作为一种可选的实施例，所述控制模块402还用于：
[0098]
判断当前得到的钢水碳含量是否合格；若是，则停止所述预设脱碳控制模型对所述碳含量的计算过程；若否，则反馈状态调整指令，以控制精炼生产线继续执行真空脱碳操作，直至钢水碳含量合格。
[0099]
作为一种可选的实施例，所述控制模块402还用于：
[0100]
监测所述预设脱碳控制模型的运行状态是否为未启动状态；若是，则对所述预设脱碳控制模型进行计算初始化，进入计算准备状态。
[0101]
作为一种可选的实施例，所述控制模块402还用于：
[0102]
若所述预设脱碳控制模型的运行状态为计算准备状态，则将当前采样时刻下的碳
含量相关数据输入所述设脱碳控制模型，触发计算开始指令，完成计算后，得到当前采样时刻下的钢水碳含量，再将所述预设脱碳控制模型的运行状态更新为所述计算进行状态，以计算下一个采样时刻下的钢水碳含量。
[0103]
以上各模块可以是由软件代码实现，此时，上述的各模块可存储于控制设备的存储器内。以上各模块同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。
[0104]
本发明实施例所提供的真空脱碳过程的碳含量监测装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
[0105]
第三方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种电子设备500，如图7所示，包括：存储器501、处理器502及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序503，所述处理器501执行所述程序时实现前述第一方面所述碳含量监测方法的步骤。
[0106]
第四方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备500的处理器执行时，使得电子设备500能够执行前述第一方面所述碳含量监测方法的步骤。
[0107]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0108]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0109]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。