CN102373310B - 一种指导转炉补吹过程操作的方法 - Google Patents

Abstract

一种指导转炉补吹过程操作的方法，属于钢铁冶金领域。通过炼钢数学模型与转炉补吹工艺过程的结合，本发明在获取钢水成分和温度信息的基础上，提供了一种自动判断冶炼终点以及未达到吹炼终点时确定相应补吹方案的方法。本发明极大地避免了由于人工经验判断而造成补吹后钢水成分和温度控制不准确的问题，缩短了转炉冶炼周期；此外，本发明还能预测补吹方案实施后的钢水成分和温度，省去了取样分析钢水成分的时间，提高了转炉的生产效率。将该方法应用于80t转炉生产实际，从试验结果可以看出：炼钢数学模型提供的补吹方案准确有效，补吹操作完成后钢水成分及温度均达到出钢要求，且炼钢数学模型还能准确预测终点钢水成分和温度。

Description

一种指导转炉补吹过程操作的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，特别是提供了一种指导转炉补吹过程操作的方法。该方法适用于中小型转炉生产各种高、中、低碳钢产品。

背景技术

1.转炉吹炼的目的是为了获得成分和温度均合格的钢水。在转炉吹炼过程中，转炉出钢与否的限制性环节是冶炼终点钢水成分和温度是否达到出钢要求。为了实现转炉终点控制高命中率的目标，转炉吹炼由以前的人工经验操作向自动化炼钢方向发展。目前，钢厂比较常用方法是炼钢数学模型结合动态检测设备，通过将检测设备采集到的冶炼过程信息反馈给炼钢数学模型，炼钢数学模型利用这些信息从而不断修正模型，达到提高终点命中率的目标。当前比较常用的检测手段有副枪、炉气分析和投弹法等。

2.大型转炉可以利用副枪测量冶炼后期钢水温度及成分，通过炼钢数学模型计算，动态调整冶炼后期所需的氧耗量及冷却剂加入量，从而实现对冶炼后期钢水温度和成分控制；大型转炉也可以使用炉气分析设备，在线分析转炉炉口废气成分，根据冶炼过程中的物料平衡和热平衡对熔池碳含量和温度进行实时计算，从而对冶炼终点进行控制；大型转炉还可以将副枪和炉气分析两种动态检测手段结合起来，对转炉炼钢过程进行动态控制，从而进一步提高转炉终点命中率。

3.中小型转炉由于转炉炉口的限制，无法安装副枪这种动态检测设备；而基于炉气分析的终点定碳模型将碳含量影响因素之间的关系过分简单化，使得终点定碳模型的计算值与实际值之间产生一定的偏差；其温度预测模型是在定碳模型的基础上，利用定碳模型计算得到的熔池碳含量和碳氧反应产生的热效应进行推导计算得出熔池温度，这使得温度预测模型计算结果的偏差进一步增大。国内大部分中小型转炉没有安装炉气分析检测设备。对于这些缺乏动态检测设备的转炉来说，有些采用转炉投弹式检测技术，在不倒炉的情况下对钢水成分和温度进行检测；有些仍然采用人工经验判断终点，再通过倒炉取样分析的方法检测获得钢水成分和温度信息。

4.以上两种方法的不足之处在于它们只能对钢水成分和温度进行检测，不能自动判断钢水成分和温度信息是否符合出钢要求，以及当钢水成分和温度信息不符合出钢要求时不能适时提供相应的补吹方案，而吹炼终点的判断以及相应补吹方案的提供均需要操作人员依靠人工经验完成，不利于提高终点控制的命中率。

发明内容

本发明的目的是通过炼钢数学模型与转炉补吹工艺过程相结合，在获取钢水成分和温度信息的基础上，提供了一种自动判断冶炼终点以及未达到终点时计算相应补吹方案的方法，从而指导转炉补吹过程操作。

首先，本发明结合冶金原理和生产历史数据，分析得出转炉补吹过程中各元素(C、Mn、P和S)和温度随补吹时间的变化规律以及冷却剂的冷却效应；其次，根据所冶炼钢种的出钢目标值与取样分析获得的实际值进行比较，判断本炉次是否需要补吹；最后，若判断结果为本炉次不需要补吹操作，则直接出钢，若判断结果为本炉次需要补吹操作，则炼钢数学模型根据检测的钢水成分和温度信息进行计算得出补吹方案(补吹氧时间和冷却剂加入量)。与此同时，炼钢数学模型还能预测补吹方案实施后钢水的成分和温度，进而为出钢过程的合金加料提供指导。

本发明所涉及的转炉补吹过程各元素含量及温度变化与补吹时间之间的定量关系如下所示。

(1)补吹开始时钢水中的碳浓度已降到较低水平，钢水中碳的扩散成为限制性环节，此时的脱碳速度随着钢水中碳含量的减少不断下降。该阶段可把脱碳速度近似看作为：

式中：

——脱碳速率，％/s；

k——脱碳速率常数；

w[c]——钢水中的碳含量，％。

对上式分离变量然后两边同时积分得：

化简得：w[c]＝w[c]_D·exp(-k．t)

式中：w[c]——t时刻钢水中的碳含量，％；

w[c]_D——倒炉取样检测所得钢水碳含量，％；

t——补吹时间，s。

(2)分别以w[Mn]_D和t为参数，统计历史生产数据的w[Mn]_D、t和w[Mn]_E数据，并进行曲线拟合得到补吹过程锰含量变化与补吹时间之间的关系：

w[Mn]_E＝A_Mn+B_Mn·w[Mn]_D-C_Mn·t

式中：w[Mn]_E——终点钢水中锰含量，％；

w[Mn]_D——倒炉取样所测钢水锰含量，％；

t——补吹时间，s；

A_Mn、B_Mn、C_Mn——曲线拟合系数。

(3)分别以w[P]_D和t为参数，统计历史生产数据的w[P]_D、t和w[P]_E数据，并进行曲线拟合得到补吹过程磷含量变化与补吹时间之间的关系：

w[P]_E＝A_P+B_P·w[P]_D-C_P·t

式中：w[P]_E——终点钢水中磷含量，％；

w[P]_D——倒炉取样所测钢水磷含量，％；

t——补吹时间，s；

A_P、B_P、C_P——曲线拟合系数。

(4)分别以w[S]_D和t为参数，统计历史生产数据的w[S]_D、t和w[S]_E数据，并进行曲线拟合得补吹过程硫含量变化与补吹时间之间的关系：

w[S]_E＝A_S+B_S·w[S]_D-C_S·t

式中：w[S]_E——终点钢水中硫含量，％；

w[S]_D——倒炉取样所测钢水硫含量，％；

t——补吹时间，s；

A_S、B_S、C_S——为曲线拟合系数。

(5)结合历史生产数据及实际生产经验，得到补吹过程温度变化与补吹时间之间的关系：

ΔT＝λ·t

式中：ΔT——补吹过程的温度变化，℃；

t——补吹时间，s；

λ——补吹过程温升速率常数，℃/s。

(6)根据实际所使用的冷却剂种类及生产经验，得到冷却剂的冷却温降与加入量之间的关系如下式所示：

ΔT＝m·θ

式中：ΔT——加入冷却剂导致的温降，℃；

m——加入的冷却剂质量，Kg；

θ——单位质量冷却剂的冷却效应，℃/Kg。

本发明具有如下优点：

(1)在获取钢水成分和温度的基础上，能根据所冶炼钢种实际情况自动判断是否符合出钢要求，进而判断是否需要进行补吹操作。如果炼钢数学模型判断结果为该炉次不需要补吹操作，则直接出钢；如果炼钢数学模型判断结果为该炉次需要补吹操作，则模型可计算并提供补吹方案(补吹氧时间和冷却剂加入量)。这可以避免由于人工经验判断而造成的终点成分和温度控制不准确的问题，进而缩短冶炼周期，提高产量。

(2)除了能提供补吹方案外，本发明还能预测实施补吹方案后的钢水成分和温度，进而为出钢过程的合金加料提供指导，省去了取样分析钢水成分的时间，提高了转炉的生产效率。

(3)本发明在判断该炉次钢水是否达到出钢要求以及提供相应补吹方案时，综合考虑了钢水中的碳、锰、磷、硫以及温度，而不单单仅考虑钢水碳和温度。这样使得出钢钢水成分控制较为全面准确。

附图说明

图1为本发明所涉及的炼钢数学模型计算流程图。

具体实施方式

下面以具体实施案例对本发明作进一步阐述。

本发明以80t转炉为实施载体，在实施过程中，当转炉吹炼接近终点时，倒炉取样分析钢水成分和温度。计算机将此信息导入到炼钢数学模型中进行计算，随后模型根据计算结果判断该炉次是否需要补吹操作以及提供相应的补吹方案。在按补吹方案进行补吹的过程中，枪位处于最低脱碳枪位(0.985～1.085m)，氧枪氧流量开至最大(19000～20000Nm³/h)。实施过程中，以80t转炉冶炼60Si2Mn、SUP9和HRB335钢为例说明本发明的试验效果，表1为以上三个钢种的出钢内控标准。从试验结果可以看出，炼钢数学模型提供的补吹方案准确有效，终点钢水成分及温度均达到出钢要求，且炼钢数学模型预测的终点钢水成分和温度与取样分析值接近。

表1试验钢种的出钢内控标准

表2本发明实施后的试验结果

Claims (2)

1. 一种转炉补吹过程操作的方法，其特征在于，根据冶炼钢种的出钢成分及温度要求，并结合取样分析测得的钢水成分及温度，利用炼钢数学模型自动判断该炉次钢水是否需要进行补吹操作；如果不需要补吹操作，则可直接出钢，如果需要补吹操作，炼钢数学模型则通过计算可得出补吹方案（补吹氧时间和冷却剂加入量），所述炼钢数学模型为补吹过程碳含量、锰含量、磷含量、硫含量和温度变化模型，利用补吹过程碳含量、锰含量、磷含量、硫含量和温度变化模型计算钢水各元素含量和温度达到出钢要求所需的补吹氧时间和冷却剂加入量；炼钢数学模型还能预测按补吹方案进行操作后的钢水成分及温度，进而为出钢过程合金加料提供指导。

2.根据权利要求1所述的一种转炉补吹过程操作的方法，其特征在于，它所采用的炼钢数学模型计算公式如下：

（1）转炉补吹过程碳含量变化与补吹时间之间的关系：

式中，

为 t时刻钢水中的碳含量，%；

为倒炉取样所测钢水碳含量，%；t为补吹时间，s；

（2）转炉补吹过程锰含量变化与补吹时间之间的关系：

式中，

为终点钢水中锰含量，%；

为倒炉取样所测钢水锰含量，%；t为补吹时间，s；

为曲线拟合系数；

（3）转炉补吹过程磷含量变化与补吹时间之间的关系：

式中，

为终点钢水中磷含量，%；

为倒炉取样所测钢水磷含量，%；t为补吹时间，s；

为曲线拟合系数；

（4）转炉补吹过程硫含量变化与补吹时间之间的关系：

式中，

为终点钢水中硫含量，%；

为倒炉取样所测钢水硫含量，%；t为补吹时间，s；为曲线拟合系数；

（5）补吹过程温度变化与补吹时间之间的关系：

式中，

为补吹过程的温度变化，℃；t为补吹时间，s；

为补吹过程温升速率常数，℃/s；

（6）冷却剂引起的温降与加入的冷却剂质量之间的关系：

式中，

为加入冷却剂导致的温降，℃；

为加入的冷却剂质量，Kg；

为单位质量冷却剂的冷却效应，℃/ Kg。