CN101832967B - 一种连续预测转炉熔池碳含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续预测转炉熔池碳含量的方法，主要包括数据采集、原料控制、操作控制、工艺过程；数据采集中利用炉气流量计对炉气流量进行检测，所有检测信息通过数据通讯系统传输至计算机，经以下两个数学模型w[C]＝0.1×(∑C_ori-∑C_de)/W_m(1)，

Description

一种连续预测转炉熔池碳含量的方法

技术领域

本发明涉及炼钢过程中碳含量预测的处理方法，特别是转炉冶炼过程对熔池中碳含量的连续预测方法。

背景技术

在转炉炼钢控制过程中普遍应用静态模型控制和动态模型控制两种方法。无论是哪种控制方法都需要准确的入炉原始数据和过程检测数据。其中入炉原始数据由各个炼钢厂的具体现实条件而定，在一定时期内很难做到大幅度的提升和改变，因此，如何做好过程检测对于转炉吹炼的终点判定便显得更为重要。转炉炼钢的重点任务之一就是定碳。如何快速、准确、低成本地得到吹炼过程中熔池碳含量的变化，具有巨大的现实意义和经济价值。

在现有技术中，一种检测转炉熔池碳含量的方法，是在吹炼过程中，一般是在接近终点时由操作人员凭经验判断炉况后倒炉取样，经光谱或化学分析后，以此检测数据作为终点目标的判定依据。这种方法因需要进行倒炉方能取样，不仅增加冶炼周期，一般增加2～3分钟，影响转炉前后工序的顺行，而且还会增加工人的劳动强度。

另一种检测碳含量的方法，是以副枪为代表的检测技术的逐步成熟后，使得转炉测点成分的快速分析成为可能。在此基础上，以静态模型作为全程控制的主导，结合吹炼终点前副枪检测结果而进行吹炼调整的动态控制模型在炼钢过程得以实现。但副枪工艺只能提供吹炼过程中某一瞬时的碳含量和温度，并不能提供连续的信息。严格来说，副枪仍是一种静态控制手段，只不过检测点距终点的时间很短，实质上转炉生产的大部分时间仍是在静态模型的指导下进行的，并且由于受到炉口大小等条件的限制，一般在120吨以下的转炉上不能应用。

再一种检测碳含量的方法，是利用光学感应探头采集炉口火焰的强度，并把采集到的信息传输至光纤谱分系统，由光纤将采集到的各分光谱信息传输至多光谱光强复合探测系统，复合探测系统测量由光纤送至的在线炉口瞬态辐射强度，最后由计算机分析获得实时数据，经数学模型依据各辐射光谱光强与熔池中碳含量的对应关系，从而可以找到能适应不同转炉的终点控制参数。但这种方法仅对低碳时的终点控制有效。

还有一种检测碳含量的方法，是采用激光在线分析仪进行炉气分析，由发射单元发射特定频率的激光直接穿过烟道，被接收单元中的传感器接收，激光束能够通过被测气体分子时被吸收，从而接收单元探测到的光强度将发生衰减，利用光强度的衰减与发射器和接收器之间被测气体含量的函数关系，接收单元将检测信号传输至中央分析仪器，中央分析仪器完成对过程气体的检测分析和输出控制，再结合相应的数学模型完成对熔池中碳含量的预测。但这种方法仅能分析炉气中CO和CO₂的含量。

以上几种方法都集中在检测手段的研究上，过分依赖利用检测数据进行计算的数学模型，已查得的文献材料均未对原料控制做出规定，如废钢的类型及比例，也未对工艺控制过程做出说明，如枪位的控制及吹氧量，而这些均是影响终点碳命中的重要因素，数学模型必须与实际工艺控制相结合才能发挥应有的作用。

发明内容

本发明的目的在于通过数学模型与工艺控制过程相结合，提供一种在转炉吹炼过程中在不停吹的情况下能够连续预测转炉熔池碳含量的方法，实现连续预测转炉熔池碳含量的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种连续预测转炉熔池碳含量的方法主要包括数据采集、原料控制、操作控制、工艺过程。

a数据采集：由炉气流量检测计和炉气成分分析系统组成。利用炉气流量计对炉气流量进行检测。炉气成分分析系统由取样系统、分析系统、数据通讯系统三部分组成。所有检测信息通过数据通讯系统传输至主控室的计算机，经数学模型进行分析计算。

b原料控制：废钢比为8％～13％，控制轻型废钢和重型废钢的比例(轻型废钢与重型废钢的比值14％～70％)，确保废钢在吹炼10分钟后完全熔化。石灰等造渣料的成分尽可能的稳定。

c操作控制：在吹炼结束前的2～3分钟保持拉碳枪位、固定烟罩。

d工艺过程：采用质量平衡和数据拟合相结合的办法对碳含量进行全程预测，当吹氧量占总吹氧量的比值小于或等于75％时，熔池中碳含量满足公式(1)，当吹氧量占总吹氧量的比值大于75％时，熔池中碳含量满足公式(2)

w[C]＝0.1×(∑C_ori-∑C_de)/W_m    (1)

$w\left[C\right]=a+b{v}_C+{\mathrm{cv}}_C^2+{\mathrm{dv}}_C^3---\left(2\right)$

式中w[C]——熔池中碳的质量分数，％

∑C_ori——熔池中初始碳量，kg

∑C_de——连续脱碳量的总和，kg

W_m——熔池中钢水质量，t

a、b、c、d——修正参数，推荐值a＝3.2×10^-2、b＝7.0×10^-4、c＝-2.6×10^-6、d＝8.0×10^-9。

v_C——脱碳速度，％/s

对于公式(1)，

∑C_ori＝W_ironw[C]_iron×1000

$\mathrm{\Σ}{C}_{\mathrm{de}}={\∫}_0^t\left({10W}_m{v}_C\right)\mathrm{dt}$

$v_C=0.1\×Q_{\mathrm{gas}}\×(x_{\mathrm{co}}+x_{{\mathrm{co}}_2})\×\frac{12}{22.4}\×\frac{1}{W_m}$

式中W_iron——铁水质量，t

w[C]_iron——铁水中碳含量，％

Q_gas——炉气流量，m³/s

x_co——炉气中CO的摩尔分数

——炉气中CO₂的摩尔分数

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1)本发明通过废钢类型及比例的控制，保证了废钢在吹氧10分钟内熔化，防止了倒炉出钢过程由于未熔废钢的翻料致使增碳的发生，确保钢液成分、温度的均匀；

2)本发明通过控制终点枪位、固定烟罩等措施保证了炉气流量及成分的稳定，使质谱仪检测的信息稳定可靠；

3)本发明针对转炉不同吹炼时期关注不同操作要点的特征，在吹氧量占总吹氧量的比值小于或等于75％时，数学模型应用质量平衡原理对熔池碳含量进行连续预测，在吹氧量占总吹氧量的比值大于75％时，数学模型应用数据拟合原理对熔池碳含量进行连续预测，从而实现了全程预测的目的。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

一种连续预测转炉熔池碳含量的方法，在原料控制中，废钢比为8％～13％，石灰用量30～80kg/t，轻烧白云石用量20～70kg/t，铁水化学成分的重量百分比为C 3.90％～4.60％、Si 0.15％～0.80％、Mn 0.07％～0.20％、P＜0.10％、S＜0.10％，铁水温度控制在1260℃～1360℃。

本发明以260t转炉炼钢的有关原料数据列于表1，利用质谱仪检测的数据，根据公式w[C]＝0.1×(∑C_ori-∑C_de)/W_m  (1)和 $w\left[C\right]=a+b{v}_C+{\mathrm{cv}}_C^2+{\mathrm{dv}}_C^3---\left(2\right)$ 计算熔池中碳含量的变化，对比结果列于表2。操作过程控制吹炼平稳，在吹炼过程中未出现喷溅和返干现象，在吹炼结束前的2～3分钟氧枪枪位控制在1.0～2.0米，固定烟罩。

从表2中数据可以看出，按照本专利的技术要点操作，关于熔池中碳含量的预测误差均未超过±0.01％。

表1原料条件

表2专利实施例的试验结果

Claims (1)

1.一种连续预测转炉熔池碳含量的方法，主要包括数据采集、原料控制、操作控制、工艺过程；数据采集中利用炉气流量计对炉气流量进行检测，利用质谱仪对炉气成分进行检测，所有检测信息通过数据通讯系统传输至计算机，经以下两个数学模型进行分析计算；

w[C]=0.1×(∑C_ori-∑C_de)/W_m  (1)

$w\left[C\right]=a+{\mathrm{bv}}_c+{\mathrm{cv}}_C^2+{\mathrm{dv}}_C^3---\left(2\right)$

式中w[C]——熔池中碳的质量分数，%；

∑C_ori——熔池中初始碳量，kg；

∑C_de——连续脱碳量的总和，kg；

W_m——熔池中钢水质量，t；

a、b、c、d——修正参数，推荐值a=3.2×10^-2、b=7.0×10^-4、c=-2.6×10^-6、d=8.0×10^-9；

v^C——脱碳速度，%/s；

对于公式(1)，

∑C_ori=W_ironw[C]_iron×1000

$\mathrm{\Σ}{C}_{\mathrm{de}}={\∫}_0^t\left(10W_m{v}_C\right)\mathrm{dt}$

$v_C=0.1\×Q_{\mathrm{gas}}\×(x_{\mathrm{co}}+x_{{\mathrm{co}}_2})\×\frac{12}{22.4}\×\frac{1}{W_m}$

式中W_iron——铁水质量，t；

w[C]_iron——铁水中碳含量，%；

Q_gas——炉气流量，m³/s；

x_co——炉气中CO的摩尔分数；

——炉气中CO₂的摩尔分数；

其特征在于：原料控制中，废钢比为8%～13%，轻型废钢与重型废钢的重量百分比控制在14%～70%，石灰用量30～80kg/t，轻烧白云石用量20～70kg/t，铁水化学成分的重量百分比为C3.90%～4.60%、Si0.15%～0.80%、Mn0.07%～0.20%、P＜0.10%、S＜0.10%，铁水温度控制在1260℃～1360；℃操作控制中，在吹炼结束前的2～3分钟内保持拉碳枪位、固定烟罩；工艺过程中，当吹氧量占总吹氧量的比值小于或等于75%时，熔池中碳含量满足公式（1），当吹氧量占总吹氧量的比值大于75%时，熔池中碳含量满足公式（2），在吹炼过程控制炉况不返干、不喷溅，在吹炼结束前的2～3分钟氧枪枪位控制在1.0～2.0米。