CN103451353A - 基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，该方法包括：选择静态吹炼模式，控制静态结束时炉渣泡沫化程度；使用模拟副枪检测钢水结晶温度，根据将所述钢水结晶温度得出钢水中的碳含量；使用测温枪检测钢水实际温度值；将所述钢水中的碳含量数据和钢水实际温度值传输给计算机炼钢数学模型，进行动态模型计算，计算出需加入冷却剂或发热剂的设定值，并将所述设定值发送给基础自动化一级机控制执行；基础自动化一级机按动态计算结果进行控制，以校正吹炼过程，达到终点C-T目标值。本发明方法通过模拟副枪检测出相关数据，以及测温枪测出的温度，以启动转炉动态控制模型，实现转炉计算机动态控制炼钢。

Description

基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法

技术领域

本发明涉及炼钢中的转炉动态控制，具体地指一种基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，属于转炉自动炼钢领域。

背景技术

20世纪80年代后，国外先进钢铁厂逐步研究采用转炉动态或全自动控制。国内仅有宝钢、武钢、首钢等大型钢企部分转炉采用了动态控制技术，其中，主要是副枪动态控制，少数是炉气分析动态控制。目前，国内在建或即将投产转炉的426座100t以下的中小转炉和58座100t以上的转炉中，因技术、设备、资金等原因，绝大多数仍采用经验炼钢。

副枪动态控制技术是在吹炼接近终点时(终点前约2～3min)，向熔池内插入副枪，检测熔池温度（T）、碳含量[C]及钢水氧活度，并取出金属试样。然后根据检测数据，修正静态模型的计算结果，计算命中终点所需的供氧量(或供氧时间)和冷却剂加入量，调整终点前2～3min的吹炼参数。由于副枪是消耗性材料，采用副枪测温定碳需要消耗大量的副枪及副枪探头，累积消耗费用和维护费用都很高(国内某炼钢厂仅副枪消耗一项就达1500万元／a)；副枪动态控制技术由于受炉口尺寸的限制，一般也只适用于150t以上的转炉，因此难以应用到我国大部分中小型企业。

炉气分析法是利用炉气成分的信息，由数学模型计算温度，没有副枪直接测量的数据可靠性高。在单纯使用炉气分析进行动态控制的情况下，温度命中率主要取决于诸如废钢重量、铁水重量及成分、造渣料的重量及成分等输入数据的准确和稳定，通过热平衡计算。目前大部分炉气分析模型对于温度的预测仍然依靠静态模型，且由于炉气分析法属于间接测量方法，其精度受诸多因素影响，如称量设备的精度、吹炼操作、炉气分析设备的分析精度、对炉气流量校正计算的准确性、炉气分析系统的响应时间、模型本身精度(数学模型的建设都要进行一定的假设或简化)等，这些都对预报及控制效果有较大影响。此外，用于炉气分析的质谱仪主要依赖进口，由于国内生产秩序和原料条件较差，导致生产环境和样气比较恶劣，从国外引进的气体分析设备往往容易在取样系统及分析设备本身出现问题，且国内装有质谱仪的钢厂普遍缺乏专业的设备维护队伍，因而时常因为设备不能正常运转而影响生产节奏。

TCO投弹是国内近年试验的检测技术，在转炉冶炼终点从转炉氮封口投入弹头，测量钢水温度、钢水结晶温度、氧含量，再根据碳氧积计算钢水碳含量。但是转炉现场环境恶劣，影响投弹设备正常运行，且弹头是否按要求投入钢水中还受炉渣状况影响，若炉渣较粘，弹头没有进入钢水中，就会导致检测失败。并且TCO投弹技术只能检测终点时的C、T，投弹厂家还没有开发出测定静态时碳温的高碳弹头，因此不能检测静态时的C、T，不能启动计算机控制炼钢的动态控制系统。

因此，需要开发或利用一种适应于无副枪的转炉的静态检测技术启动动态控制模型，实现转炉计算机动态控制炼钢。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，该方法通过模拟副枪检测出相关数据，以及测温枪测出的温度，以启动转炉动态控制模型，实现转炉计算机动态控制炼钢。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，包括以下步骤：

1)选择静态吹炼模式，控制静态结束时炉渣泡沫化程度；

2)使用模拟副枪检测钢水结晶温度，根据将所述钢水结晶温度得出钢水中的碳含量；

3)使用测温枪检测钢水实际温度值；

4)将所述钢水中的碳含量数据和钢水实际温度值传输给二级机，启动动态控制模型，进行动态模型计算，所述二级机根据测量结果和钢种目标值，计算出需加入冷却剂或发热剂的设定值，并将所述设定值发送给基础自动化一级机控制执行；

5)基础自动化一级机按动态计算结果进行控制，以校正吹炼过程，达到终点C-T目标值，吹炼结束。

在上述步骤1）中所述炉渣泡沫化程度以确保炉渣不会倒以及测碳枪能够进入钢液为准。

在上述技术方案中，所述使用模拟副枪检测钢水结晶温度包括：

2.1）在测碳枪上插上测碳探头，信号接通后，指示器上的绿色指示灯亮；

2.2）在静态结束后向炉前方向倒炉，摇炉后进行测碳操作；

2.3）将测碳探头插入钢水中，插入深度为探头长度的1/3～2/3，待指示灯变成黄色，然后将测碳探头提起并离开钢水，指示灯变成红色，此时，结晶温度表显示的温度值为钢水结晶温度；

2.4）将所述结晶温度表显示的温度值传输给信号处理器，通过信号处理器进行处理后则显示出钢水中的碳含量。

本发明方法具有以下优点：

1.利用模拟副枪静态检测技术成功启动转炉动态控制模型，实现了转炉计算机动态控制炼钢，自动炼钢率达到98%，并可以在所有无副枪的转炉上推广。

2.根据静态结束时检测的可靠数据启动动态模型计算，进行拉碳、调温，提高了终点C-T命中率，终点碳温命中率达到90.2%。

3.相比副枪转炉，其探头消耗成本降低约50%；

4.相比炉气分析，大幅减少了一次性设备投入；

5.为提高模拟副枪检测成功率，静态吹炼模式分为单渣、双渣、补炉三大类，每类9种，共27种，以确保冶炼终点前静态检测碳含量误差在±10%以内，同时测出温度等数据为下一步操作提供可靠依据；

6.后期设备使用稳定，几乎没有额外的维护费用。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明方法作进一步的说明。

如图1所示，本发明基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，包括以下步骤：

步骤S101、选择静态吹炼模式，控制静态结束时炉渣泡沫化程度；炉渣泡沫化程度为：炉渣不能太泡，以确保炉渣不会倒出为准；以及，炉渣也不能太粘，以测碳枪能够进入钢液为准。

步骤S102、在测碳枪上插上测碳探头，信号接通后，指示器上的绿色指示灯亮。

步骤S103、在静态结束后向炉前方向倒炉，摇炉至最佳角度80度后，进行测碳操作，摇炉至80度可以防止炉渣不会倒出，同时方便测碳探头插入到钢水中。

步骤S104、将测碳探头插入钢水中，插入深度为探头长度的1/3～2/3，待指示灯变成黄色，然后将测碳探头提起并离开钢水，指示灯变成红色，此时，结晶温度表显示的温度值为钢水结晶温度。

步骤S105、将所述结晶温度表显示的温度值传输给信号处理器，通过信号处理器进行处理后则显示出钢水中的碳含量。

步骤S106、使用测温枪检测钢水实际温度值。

步骤S107、将所述碳含量数据和钢水实际温度值传输给计算机炼钢数学模型，进行动态模型计算。

步骤S108、计算机炼钢数学模型根据测量结果和钢种目标值，计算出需加入冷却剂或发热剂的设定值，并将所述设定值发送给基础自动化一级机控制执行。

步骤S109、基础自动化一级机按动态计算结果进行控制，以校正吹炼过程，达到终点C-T目标值，吹炼结束。

本发明所用模拟副枪为公开号为202131326U，名称为“用于90吨及以下转炉的测碳装置”的中国专利所公开的测碳装置，通过该测碳装置能够测量终点前约2～3min的碳含量。再通过测温枪测出温度，就可以启动动态控制模型。

在使用模拟副枪检测时，需要倒炉然后从炉前将装有测碳探头的测碳枪插入钢液进行测量。因此炉渣不能太泡，确保炉渣不会倒出，否则容易导致检测失败，还会影响物料平衡和热平衡。炉渣也不能太粘，否则装有测碳探头的测碳枪不能进入钢液从而导致检测失败。只有把炉渣控制好，确保很高的检测成功率，才可能推进动态控制，实现自动炼钢，提高终点碳温命中率。

本发明使用模拟副枪测碳的原理与结晶定碳的原理一样：终点钢水中的主要元素是Fe和C，碳含量高低影响着钢水的结晶温度；其结晶温度按下式计算：

T=1538-∑Δt×X

式中，1538℃——纯铁的结晶温度；

△t——纯铁中某元素含量增加1％时结晶温度的下降值

X——各元素在钢中的百分含量

T——结晶温度

反之，根据结晶温度不同也可以判断碳含量。如果在钢水凝固的过程中连续地测定钢水温度，当到达结晶温度时，由于凝固潜热抵消了钢水降温散发的热量，这时温度随时间变化的曲线出现了一个平台，这个平台的温度就是钢水的结晶温度；不同碳含量的钢液凝固时就会出现不同温度的平台，所以根据结晶温度可推出钢水碳含量。

为确保模拟副枪检测成功，调整静态吹炼模式。静态吹炼模式包括单渣、双渣、补炉情况下的三类。根据铁水条件将单渣分为9种吹炼模式，见表1，表中9种模式均为本领域技术人员所公知的模式，此处不再赘述。双渣操作与单渣操作的区别主要体现在前期，因此将正常吹炼模式的前期操作过程加以调整成了双渣操作的9种吹炼模式。然后结合补炉条件校正温度计算，调整加料种类、方式，成为补炉情况下的9种吹炼模式。在这三大类情况下共27种吹炼模式里，与常规吹炼模式相比有一个共同的区别，就是调整静态结束前的加料、枪位等，使静态结束倒炉时炉渣泡沫化程度适中，炉渣不会倒出，模拟副枪的测碳枪插入钢水中后不会完全浮起而导致检测失败。吹炼760秒后（即静态结束，终点前约2～3min）提枪关氧，倒炉至最佳角度80度，将模拟副枪的测碳枪插入钢水中，模拟副枪顺利检测，测出静态钢水碳含量，静态碳含量误差在±10％以内，完全可以满足生产需求。然后用测温枪测出钢液温度。钢液碳含量、温度数据自动传入二级机（即计算机炼钢数学模型），这样既保证吹炼过程平稳。

表1

二级机接收熔池碳含量[C]、温度（T）数据后，据此进行动态模型计算，判定是否能够直接命中吹炼目标。如果计算终点能够直接命中吹炼目标C-T，即静态模型终点命中，不需要校正控制，继续完成吹炼过程。如果根据测量结果计算出吹炼终点不能直接命中，二级机根据测量结果和钢种目标值，计算出需加入冷却剂或发热剂的设定值，发送给基础自动化一级机控制执行，校正吹炼过程，达到终点C-T目标值。

Claims (4)

1.一种基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，其特征在于，包括：

1)选择静态吹炼模式，控制静态结束时炉渣泡沫化程度；

2)使用模拟副枪检测钢水结晶温度，根据将所述钢水结晶温度得出钢水中的碳含量；

3)使用测温枪检测钢水实际温度值；

4)将所述钢水中的碳含量数据和钢水实际温度值传输给二级机，启动动态控制模型，进行动态模型计算，所述二级机根据测量结果和钢种目标值，计算出需加入冷却剂或发热剂的设定值，并将所述设定值发送给基础自动化一级机控制执行；

5)基础自动化一级机按动态计算结果进行控制，以校正吹炼过程，达到终点C-T目标值，吹炼结束。

2.根据权利要求1所述基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，其特征在于：所述步骤1）中炉渣泡沫化程度以确保炉渣不会倒出以及测碳枪能够进入钢液为准。

3.根据权利要求1所述基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，其特征在于，所述步骤2）中使用模拟副枪检测钢水结晶温度包括：

2.1）在测碳枪上插上测碳探头，信号接通后，指示器上的绿色指示灯亮；

2.2）在静态结束后向炉前方向倒炉，摇炉后进行测碳操作；

2.3）将测碳探头插入钢水中，插入深度为探头长度的1/3～2/3，待指示灯变成黄色，然后将测碳探头提起并离开钢水，指示灯变成红色，此时，结晶温度表显示的温度值为钢水结晶温度；

2.4）将所述结晶温度表显示的温度值传输给信号处理器，通过信号处理器进行处理后则显示出钢水中的碳含量。

4.根据权利要求3所述基于模拟副枪静态检测的启动转炉动态控制模型的方法，其特征在于：步骤2.2）中摇炉至80度后进行测碳操作。

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