本發(fā)明涉及冶金工業(yè)，特別涉及一種基于目標(biāo)碳含量的電爐噴碳吹氧工藝控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、電爐冶煉是鋼鐵生產(chǎn)中的關(guān)鍵工藝，其中熔池溫度、碳含量和氧含量的精確控制對最終產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著決定性影響。然而，傳統(tǒng)控制方法主要依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)判斷。操作人員需要根據(jù)觀察和有限的測量數(shù)據(jù)來估計熔池狀態(tài)，并決定噴碳和吹氧的時機(jī)和用量。這種方法容易受人為因素影響，難以保證控制的一致性和精確性。由于高溫環(huán)境的限制，直接測量熔池溫度和成分通常具有較大的滯后性。例如，通過取樣分析來確定熔池成分可能需要幾分鐘時間，這使得實(shí)時控制變得困難。電爐內(nèi)部發(fā)生著復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，包括氧化還原反應(yīng)、氣液反應(yīng)等。這些反應(yīng)的動態(tài)變化使得準(zhǔn)確預(yù)測熔池狀態(tài)變得極為困難。由于控制精度不足，往往需要過量添加碳粉或氧氣，導(dǎo)致能源浪費(fèi)和生產(chǎn)成本增加。

2、近年來，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，一些研究者嘗試將機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于冶煉過程控制。雖然機(jī)器學(xué)習(xí)方法取得了一定進(jìn)展，但仍存在不足：現(xiàn)有模型往往難以準(zhǔn)確捕捉電爐內(nèi)部的復(fù)雜動態(tài)過程，導(dǎo)致預(yù)測精度不足；許多方法無法滿足電爐冶煉快速變化的需求，因此實(shí)時性不夠；模型難以適應(yīng)不同的生產(chǎn)工藝和設(shè)備狀態(tài)變化，因此適應(yīng)性差；一些"黑箱"模型難以為操作人員提供直觀的決策依據(jù)，導(dǎo)致可解釋性不足；目前缺乏將溫度預(yù)測、成分控制、加料優(yōu)化等多個環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合的綜合解決方案。因此，開發(fā)一種能夠?qū)崟r、精確預(yù)測熔池溫度，并基于此實(shí)現(xiàn)碳氧含量精確控制的智能系統(tǒng)，對于提高電爐冶煉工藝的自動化水平、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于目標(biāo)碳含量的電爐噴碳吹氧工藝控制方法及系統(tǒng)，旨在解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于目標(biāo)碳含量的電爐噴碳吹氧工藝控制方法及系統(tǒng)，通過實(shí)時預(yù)測熔池溫度，計算熔池碳含量和氧含量，并根據(jù)目標(biāo)碳含量自動調(diào)整碳粉和氧氣的加入量，實(shí)現(xiàn)電爐冶煉過程的精確控制。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于目標(biāo)碳含量的電爐噴碳吹氧工藝控制方法，包括以下步驟：

3、步驟1、構(gòu)建熔池溫度實(shí)時預(yù)測模型，預(yù)測熔池溫度t；間隔t秒讀取石灰量、電耗量、煙氣成分、煙氣溫度、氧耗量、碳粉量、連續(xù)加入廢鋼量、天然氣量、爐體重量；間隔t秒使用熱電偶測量熔池溫度；以實(shí)時的石灰量、電耗量、煙氣成分、煙氣溫度、氧耗量、碳粉量、連續(xù)加入廢鋼量、天然氣量、爐體重量作為輸入，以熱電偶測量的熔池溫度作為目標(biāo)，基于時間序列的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立熔池溫度實(shí)時預(yù)測模型；

4、步驟2、利用煙氣成分計算熔池碳含量；

5、步驟3、根據(jù)碳氧積計算熔池氧含量；

6、步驟4、根據(jù)熔池碳含量、熔池氧含量和目標(biāo)終點(diǎn)碳含量，調(diào)整噴碳和吹氧工藝；

7、步驟5、熔池碳含量或熔池氧含量超出預(yù)設(shè)范圍時，進(jìn)行報警；

8、步驟6、對熔池溫度實(shí)時預(yù)測模型進(jìn)行定期更新。

9、所述步驟2具體為：

10、獲得煙氣成分中的一氧化碳體的體積分?jǐn)?shù)和二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)、煙氣總體積、鋼液總質(zhì)量后，根據(jù)公式<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>(</mo><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mfrac><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>y</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>v</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>+</mo></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>2</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>y</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>2</mn></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>v</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>2</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>2</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>.</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>4</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>q</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>l</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle></mstyle></mfrac></mstyle></mstyle><mo>)</mo></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>×</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>0</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>0</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>%</mi></mstyle></mstyle>計算獲得熔池碳含量<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>；

11、所述煙氣總體積根據(jù)煙氣分析儀獲得；所述鋼液總質(zhì)量=鋼液的密度×高度下爐膛的幾何體積；所述高度為鋼渣界面的高度，該作為鋼液距離爐底的高度，通過爐門口安裝的工業(yè)相機(jī)獲得。

12、所述步驟3具體為：

13、根據(jù)活度系數(shù)計算方法得到碳的活度系數(shù)和氧的活度系數(shù)；

14、根據(jù)碳的活度系數(shù)、氧的活度系數(shù)、目前的熔池溫度t、熔池碳含量<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>，根據(jù)公式<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mfrac><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>.</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>0</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>3</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>2</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>5</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>×</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>0</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>5</mn></mstyle></msup></mstyle><mstyle displaystyle="true" 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15、所述活度系數(shù)計算方法具體為：根據(jù)目前的熔池溫度，通過查找目前的熔池溫度對應(yīng)的相互作用系數(shù)表，獲得元素?j?相對于?i?的一階相互作用系數(shù)和二階相互作用系數(shù)，根據(jù)元素?j?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>%</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle></mstyle>，和公式<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>l</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>f</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><munder><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>∑</mi></mstyle><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>m</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>n</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>.</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>.</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>.</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>.</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>.</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>.</mi></mstyle></mrow></munder></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><munderover><mi /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle></munderover></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>%</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>+</mo></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>γ</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><munderover><mi /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle></munderover></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>%</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi></mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>j</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>2</mn></mstyle></msup></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>計算得到元素i的活度系數(shù)。

16、所述步驟4具體為：當(dāng)電爐泡沫渣冶煉工藝平穩(wěn)后，熔池的碳粉和氧氣的加入量保持恒定，此時獲得當(dāng)前冶煉的目標(biāo)終點(diǎn)碳含量<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>&#160;</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>；當(dāng)目標(biāo)終點(diǎn)碳含量<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>&#160;</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>大于當(dāng)前熔池碳含量<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>時，碳粉的額外加入量根據(jù)公式<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>d</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>d</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>n</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>l</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mfrac><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>×</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>2</mn></mstyle></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>6</mn></mstyle></mstyle></mfrac></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>+</mo></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>q</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>l</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>×</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>獲得，氧氣不用額外加入；當(dāng)目標(biāo)終點(diǎn)碳含量<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>&#160;</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>小于當(dāng)前熔池碳含量<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>時，氧氣的額外加入量根據(jù)公式<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>d</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>d</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>n</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>l</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>(</mo><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mfrac><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>4</mn></mstyle></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>3</mn></mstyle></mstyle></mfrac></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>×</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>c</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>×</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>q</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mrow><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>t</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>e</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>l</mi></mstyle></mrow></msub></mstyle></mstyle><mo>)</mo></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>w</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>[</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>]</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle></mstyle>獲得。

17、所述熔池溫度實(shí)時預(yù)測模型采用長短期記憶網(wǎng)絡(luò)lstm或門控循環(huán)單元網(wǎng)絡(luò)gru。

18、所述熔池溫度實(shí)時預(yù)測模型的訓(xùn)練過程包括：

19、收集歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括石灰量、電耗量、煙氣成分和溫度、氧耗量、碳粉量、連續(xù)加入廢鋼量、天然氣量、爐體重量和對應(yīng)的熔池溫度；

20、對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、歸一化和時間序列對齊；

21、將處理后的數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集；

22、使用訓(xùn)練集對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，并使用驗(yàn)證集評估模型性能；

23、根據(jù)評估結(jié)果對模型進(jìn)行優(yōu)化，直至達(dá)到預(yù)定的精度要求。

24、還包括一個報警機(jī)制和一個數(shù)據(jù)可視化步驟；當(dāng)計算得到的熔池碳含量或氧含量超出預(yù)設(shè)范圍時，向操作人員發(fā)出警報；將實(shí)時計算的熔池溫度、碳含量、氧含量以及碳粉和氧氣的加入量以圖表形式顯示在控制界面上。

25、一種基于目標(biāo)碳含量的電爐噴碳吹氧工藝控制系統(tǒng)，包括：

26、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集石灰量、電耗量、煙氣成分、煙氣溫度、氧耗量、碳粉量、連續(xù)加入廢鋼量、天然氣量、爐體重量實(shí)時數(shù)據(jù)；

27、熔池溫度預(yù)測模塊，用于預(yù)測熔池溫度；

28、碳氧含量計算模塊，用于計算熔池碳含量和氧含量；

29、加料控制模塊，用于計算并控制碳粉和氧氣的額外加入量；

30、報警模塊，用于實(shí)現(xiàn)報警機(jī)制；

31、可視化模塊，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化功能。

32、還包括一個數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)和模型參數(shù)，以支持模型的定期更新和優(yōu)化。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

34、1.?精確控制熔池溫度和成分

35、實(shí)時預(yù)測和控制：本發(fā)明利用基于時間序列的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（如lstm或gru）實(shí)時預(yù)測熔池溫度，能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際生產(chǎn)過程中的溫度變化。相比傳統(tǒng)方法，本發(fā)明避免了由于滯后性和不準(zhǔn)確性導(dǎo)致的溫度控制問題，提高了預(yù)測的精度和響應(yīng)速度。

36、精確計算成分：通過精確的模型計算熔池的碳含量和氧含量，能夠更好地控制熔池成分。傳統(tǒng)方法中往往依賴于經(jīng)驗(yàn)，存在較大的不確定性，而本發(fā)明通過實(shí)時計算和調(diào)整，使成分控制更加穩(wěn)定和可靠。

37、2.?提高生產(chǎn)效率

38、自動化調(diào)節(jié)：本發(fā)明通過實(shí)時數(shù)據(jù)采集和模型計算，自動調(diào)節(jié)碳粉和氧氣的加入量，減少了人工干預(yù)。傳統(tǒng)工藝中，操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，效率較低且容易出現(xiàn)誤差。本發(fā)明顯著提高了生產(chǎn)效率，使得生產(chǎn)過程更加連續(xù)和高效。

39、減少資源浪費(fèi)：通過實(shí)時精確控制碳粉和氧氣的加入量，避免了資源的浪費(fèi)。傳統(tǒng)方法中，由于控制不精確，往往會出現(xiàn)過量或不足的情況，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和生產(chǎn)成本增加。通過本發(fā)明的精確控制，可有效降低生產(chǎn)成本。

40、3.?提高產(chǎn)品質(zhì)量

41、穩(wěn)定的成分控制：本發(fā)明通過精確控制熔池的碳、氧含量，使鋼液成分更加穩(wěn)定，顯著提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。傳統(tǒng)工藝中，由于成分控制不精確，產(chǎn)品質(zhì)量波動較大，容易出現(xiàn)不合格品。本發(fā)明提高了成品率和產(chǎn)品一致性。

42、減少缺陷：由于成分控制更加精確和穩(wěn)定，減少了由于碳、氧含量不穩(wěn)定導(dǎo)致的產(chǎn)品缺陷，提高了產(chǎn)品的合格率和客戶滿意度。

43、4.?適應(yīng)性強(qiáng)

44、模型可更新：本發(fā)明的預(yù)測模型能夠根據(jù)新的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定期更新，適應(yīng)生產(chǎn)工藝和設(shè)備性能的變化，保持預(yù)測和控制的高精度。傳統(tǒng)方法中，模型和控制參數(shù)固定，難以適應(yīng)變化的生產(chǎn)條件。本發(fā)明具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。

45、適用于多種爐型：本發(fā)明的方法和系統(tǒng)適用于各種類型的電爐，具有廣泛的適應(yīng)性。傳統(tǒng)方法往往針對特定爐型優(yōu)化，適應(yīng)性差。本發(fā)明具有更廣泛的應(yīng)用前景。

46、5.?提高安全性

47、實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警：通過實(shí)時監(jiān)測熔池溫度和成分，當(dāng)溫度或成分超出預(yù)設(shè)范圍時，系統(tǒng)能夠及時報警，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高生產(chǎn)安全性。傳統(tǒng)方法中，預(yù)警機(jī)制不完善，容易出現(xiàn)安全隱患。本發(fā)明顯著提高了生產(chǎn)安全性。

48、數(shù)據(jù)可視化：通過對數(shù)據(jù)的可視化展示，操作人員可以直觀地了解生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)變化，更好地進(jìn)行生產(chǎn)管理和控制。傳統(tǒng)方法中，數(shù)據(jù)展示不直觀，操作人員難以全面掌握生產(chǎn)情況。本發(fā)明提高了操作的便利性和管理水平。

49、6.?減少環(huán)境影響

50、優(yōu)化資源使用：本發(fā)明通過精確控制碳粉和氧氣的加入量，減少了不必要的資源消耗，降低了環(huán)境污染。傳統(tǒng)方法中，資源浪費(fèi)較多，環(huán)境負(fù)擔(dān)較大。本發(fā)明優(yōu)化了資源使用，具有顯著的環(huán)保效益。

51、降低能耗：通過提高生產(chǎn)效率和減少資源浪費(fèi)，降低了能耗，具有顯著的環(huán)保效益。傳統(tǒng)方法中，能耗較高，對環(huán)境影響較大。本發(fā)明通過優(yōu)化控制，降低了生產(chǎn)能耗。

52、7.?提高操作便利性

53、自動化系統(tǒng)：本發(fā)明的系統(tǒng)能夠自動采集數(shù)據(jù)、預(yù)測溫度、計算成分并調(diào)整加入量，操作人員只需進(jìn)行監(jiān)控和管理，操作更加簡便。傳統(tǒng)方法中，操作人員需要手動調(diào)整和控制，操作復(fù)雜且效率低。本發(fā)明顯著提高了操作的便利性。

54、友好的用戶界面：本發(fā)明提供直觀易用的用戶界面，操作人員可以方便地查看和管理生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)和數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)方法中，界面復(fù)雜且不友好，操作人員難以快速掌握。本發(fā)明提升了用戶體驗(yàn)和操作效率。

55、8.?數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策支持

56、歷史數(shù)據(jù)分析：通過對歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的潛在問題和優(yōu)化機(jī)會，為生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支持。傳統(tǒng)方法中，數(shù)據(jù)利用率低，決策依賴經(jīng)驗(yàn)。本發(fā)明通過數(shù)據(jù)分析，為生產(chǎn)優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)。

57、持續(xù)優(yōu)化：本發(fā)明基于數(shù)據(jù)和模型的反饋，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝和參數(shù)設(shè)置，持續(xù)提升生產(chǎn)性能和產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)方法中，優(yōu)化過程緩慢且不系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的持續(xù)優(yōu)化。

58、綜上所述，本發(fā)明通過先進(jìn)的預(yù)測和控制技術(shù)，顯著提高了電爐噴碳吹氧工藝的精度和效率，降低了生產(chǎn)成本和環(huán)境影響，提升了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。