本文应用冶金热力学、动力学及传输原理等相关知识,对熔池中各种杂质元素的氧化机理及其限制环节分别进行了讨论,同时结合质谱仪测得的炉气成分数据,建立了描述转炉冶炼过程的动态数学模型。找出了碳含量与炉气量及其成分的函数关系;温度与碳含量及脱碳速率的关系;氧含量与温度和脱碳速率的关系;锰、磷等元素的变化趋势;炉气成分的变化规律与炉况的关系等。通过数学模型计算出在冶炼过程中,熔池中各组元的成分变化及熔池温度变化,并对其计算结果与现场数据进行比较,得到较好的吻合。通过调整相关模型参数来模拟供氧强度与成分变化的关系、并根据炉气成分的变化趋势及特点得出如下结论。(1)根据质谱仪对炉气成分的在线检测,应用物料平衡可准确并实时计算熔池中碳含量。本模型通过对相关参数的修正,碳含量的预测值与实际值之差在±0.03%范围可达90%。(2)温度是熔池中碳含量w[C]和脱碳率的函数,利用该模型可根据炉气成分和脱碳率的异常表现,实时监控炉内的温度变化;由模型计算结果与实际炉内温度变化基本一致,预测值与实际值之差在±10℃为60%,误差±20℃为90%。(3)由模型仿真知:碳氧积m是温度T和CO分压的函数,其值在炼钢的大部分时间内处于0.001-0.006之间,受温度变化的影响不明显,主要随着CO分压的降低而减小,在靠近吹炼始末两端表现尤为突出,符合转炉冶炼实际情况。(4)模型中的氧含量w[O]是脱碳率与温度的函数。在顶底复吹的情况下,采用该模型控制钢水终点氧值与实际吹炼的终点氧值相吻合。(5)本模型预测熔池钢水中锰、磷元素随温度的变化趋势与实际转炉冶炼相似。