CN103866087B - 一种适用于铝镇静类钢种的在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于铝镇静类钢种的在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量的方法，设出钢过程中钢水中铝的浓度为C_Al1,计算公式为：C_Al1=转炉加铝量-脱钢水中溶解氧消耗的铝量钢水重量，LF进站后，把吹氩管流量开到最大，搅拌1分钟，然后用定氧探头测氧测铝，设测出的钢水中铝的浓度为C_Al2，然后计算出ln(C_Al1C_Al2)的值，该值再乘以一个固定的数值K₁，即为LF精炼炉进站炉渣中FeO含量（质量百分数）。本发明实现了在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量，达到实时指导LF精炼操作的目的。本发明所述的方法操作简单，通过数学模型或Exl表格即可进行计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量，不需要增加检测设备，不增加生产成本。

Description

一种适用于铝镇静类钢种的在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量的方法

技术领域

本发明涉及一种适用于铝镇静类钢种的在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量的方法，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

LF精炼过程的主要任务有脱氧、脱硫、去除夹杂以及调整钢液温度、化学成分。LF精炼炉以其独特的精炼功能，良好的精炼效果、简单的操作工艺在冶炼过程中起着重要的作用，它能对钢液进行调温处理，并能长时间保温钢液，协调连铸设备与炼钢炉之间的生产节奏，提高钢材质量，扩大生产品种，成为保证连铸生产能够顺行不可缺少的设备。在进行LF精炼过程中，一个很重要步骤即为脱炉渣中的氧，深度脱炉渣中的氧有利于脱硫和降低钢材中的夹杂物含量。准确估算炉渣中FeO含量对精炼的顺利进行有非常重要的意义，目前精确检测炉渣成份的做法为：把炉渣碾磨成粉末，然后压成片，然后用光谱分析炉渣成份，这种方法无法在线检测炉渣中的FeO含量，不能起到在线指导生产的作用；在《石家庄铁路职业技术学院学报》2008年02期记载有作者刘艺发表的文章《炉渣中氧化亚铁含量的测定》，但是该测定方法是采用化学方法测定氧化亚铁含量的，其步骤复杂，不适用于大吨位冶金领域的氧化亚铁含量的实时测定。目前精炼车间的操作工人通过观察炉渣颜色的方法来估计炉渣中的FeO含量，但在FeO含量较高的情况下，炉渣颜色随FeO含量变化的幅度不大，而进站炉渣中的FeO质量分数较高，炉渣颜色很黑，所以用这种方法来估计LF进站炉渣中FeO的含量不准确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于铝镇静类钢种的在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量的方法，以确定LF精炼炉进站炉渣中的FeO含量。适用于铝镇静类钢种。

技术术语解释：

1、LF精炼炉：即钢包炉外精炼，有1个三相电级对钢水进行加热，钢包炉底配有吹氩装置，钢包运入LF精炼炉后，可以进行通电升温、补加渣料进行精炼、补加合金进行成份微调，是用来对初炼炉(电弧炉、平炉、转炉)所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备。

2、铝镇静类钢种：转炉出钢过程和LF精炼过程用铝来进行脱氧的钢种。

本发明的技术方案如下：

一种适用于铝镇静类钢种的在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量的方法，包括步骤如下：

(1)根据钢水中的单质Al和炉渣中的FeO的反应方程式①：

3FeO+2Al＝3Fe+Al₂O₃①

反应方程式①的反应速度正比于钢水中单质Al的浓度C_Al和炉渣中的FeO的浓度C_FeO；

(2)设K为反应速度系数，以单位时间钢水中单质Al浓度的变化量d_CAl来表征反应方程式①的反应速度，d_t为时间变量，列方程②如下：

$K\×C_{\mathrm{Al}}\×C_{\mathrm{FeO}}\×d_t=-d_{C_{\mathrm{AL}}}$ ②

(3)将步骤(2)中的方程②变换得方程③：

$K\×C_{\mathrm{FeO}}\×d_t=-\frac{d_{C_{\mathrm{AL}}}}{C_{\mathrm{Al}}}$ ③

解方程③：将方程③中的C_FeO理解为反应时间内炉渣中FeO的平均浓度，求出近似解出反应时间内炉渣中FeO的平均浓度，然后即得到方程③的近似解；本发明的目的即为求解出C_FeO，但从转炉出钢结束到LF进站测氧定铝这段时间内，由于钢水中单质铝和炉渣中FeO反应，所以C_FeO一直在变化，本发明只能近似解出反应时间内炉渣中FeO的平均浓度，然后即得到方程③的近似解；

(4)设0时刻为转炉出钢加完铝质脱氧剂的时刻，0时刻钢水中铝的浓度为C_Al1，t时刻为LF钢包进站后用定氧探头测钢水中溶解氧的时刻，t时刻钢水中铝的浓度为C_Al2；

(5)对方程③在0到t时刻积分：

${\∫}_0^{t}K\×C_{\mathrm{FeO}}\×d_t=C_{\mathrm{Al}1}{C}_{\mathrm{Al}2}{d}_{C_{\mathrm{AL}}}{C}_{\mathrm{Al}}$

求解得：K×C_FeO×t＝In(C_Al1C_Al2)④；

变换得： $C_{\mathrm{FeO}}=\mathrm{In}\left(C_{\mathrm{Al}1}{C}_{\mathrm{Al}2}\right)\×\frac{1}{K}\×\frac{1}{t}$ ⑤；

由公式⑤可知，所述C_FeO是与K、t、C_Al1、C_Al2有关的一个函数，对于从转炉出钢加完铝质脱氧剂到LF钢包进站这个过程中，操作工艺为：转炉出钢直至结束，钢包被从转炉出钢工位运入LF精炼工位，然后吹大气量氩搅拌几分钟就进行测温定氧操作，其中，通过制定严格的转炉出钢工艺、钢包运转工艺、LF精炼工艺，使得从转炉出钢加完铝质脱氧剂到出钢结束这段时间为固定值，从转炉出钢结束到LF吹大气量氩搅拌这段时间为固定值，LF吹大气量氩搅拌的时间也为固定值，这样从转炉出钢加完铝质脱氧剂到LF进站测氧定铝这段时间t即为固定值；K为反应速度系数，与炉渣粘度有关，但对于相同的钢种，由于转炉出钢加合成渣数量相同，所以钢包顶渣成份波动不大，对于相同的钢种，K可以认为固定值；即所述C_FeO与In(C_Al1C_Al2)成正比；

(6)列方程如下：C_FeO＝K1×In(C_Al1C_Al2)⑥

在公式⑥中，所述K1确定的步骤如下；

对于相同的钢种，不同炉次对应的K1为固定值，可通过采集已精炼完成的炉次数据总结出这个值，具体做法为：选取三炉已精炼完成的钢水，根据采集的数据计算出各炉对应的In(C_Al1C_Al2)值，利用光谱分析法检测各炉对应的LF进站炉渣中的C_FeO的值，然后根据式⑥计算出对应的K11、K12、K13，则，K1＝(K11+K12+K13)/3；即K1为这个钢种的固定值；

C_Al1用下式近似表征：

C_Al1＝转炉加铝量-脱钢水中溶解氧消耗的铝量钢水重量⑦；

C_Al2:利用定氧探头测钢水中溶解氧的时候直接检测出来，属于现有技术；

(7)在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量：

根据公式⑥、⑦和利用定氧探头测钢水中溶解氧的时候直接检测出的C_Al2，并将步骤(6)中确定的K1代入公式⑥、⑦，最终计算出对应LF精炼炉进站炉渣中FeO含量C_FeO的值。

本发明的优势在于：

本发明实现了在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量，达到实时指导LF精炼操作的目的。

本发明所述的方法操作简单，通过数学模型或Exl表格即可进行计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量，不需要增加检测设备，不增加生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

一种适用于铝镇静类钢种的在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量的方法，包括步骤如下：

(1)根据钢水中的单质Al和炉渣中的FeO的反应方程式①：

3FeO+2Al＝3Fe+Al₂O₃①

反应方程式①的反应速度正比于钢水中单质Al的浓度C_Al和炉渣中的FeO的浓度C_FeO；

(2)设K为反应速度系数，以单位时间钢水中单质Al浓度的变化量d_CAl来表征反应方程式①的反应速度，d_t为时间变量，列方程②如下：

$K\×C_{\mathrm{Al}}\×C_{\mathrm{FeO}}\×d_t=-d_{C_{\mathrm{AL}}}$ ②

(3)将步骤(2)中的方程②变换得方程③：

$K\×C_{\mathrm{FeO}}\×d_t=-\frac{d_{C_{\mathrm{AL}}}}{C_{\mathrm{Al}}}$ ③

解方程③：将方程③中的C_FeO理解为反应时间内炉渣中FeO的平均浓度，求出近似解出反应时间内炉渣中FeO的平均浓度，然后即得到方程③的近似解；

(4)设0时刻为转炉出钢加完铝质脱氧剂的时刻，0时刻钢水中铝的浓度为C_Al1，t时刻为LF钢包进站后用定氧探头测钢水中溶解氧的时刻，t时刻钢水中铝的浓度为C_Al2；

(5)对方程③在0到t时刻积分：

${\∫}_0^{t}K\×C_{\mathrm{FeO}}\×d_t=C_{\mathrm{Al}1}{C}_{\mathrm{Al}2}{d}_{C_{\mathrm{AL}}}{C}_{\mathrm{Al}}$

求解得：K×C_FeO×t＝In(C_Al1C_Al2)④；

变换得： $C_{\mathrm{FeO}}=\mathrm{In}\left(C_{\mathrm{Al}1}{C}_{\mathrm{Al}2}\right)\×\frac{1}{K}\×\frac{1}{t}$ ⑤；

由公式⑤可知，所述C_FeO是与K、t、C_Al1、C_Al2有关的一个函数，对于从转炉出钢加完铝质脱氧剂到LF钢包进站这个过程中，操作工艺为：转炉出钢直至结束，钢包被从转炉出钢工位运入LF精炼工位，然后吹大气量氩搅拌几分钟就进行测温定氧操作，其中，通过制定严格的转炉出钢工艺、钢包运转工艺、LF精炼工艺，使得从转炉出钢加完铝质脱氧剂到出钢结束这段时间为固定值，从转炉出钢结束到LF吹大气量氩搅拌这段时间为固定值，LF吹大气量氩搅拌的时间也为固定值，这样从转炉出钢加完铝质脱氧剂到LF进站测氧定铝这段时间t即为固定值；K为反应速度系数，与炉渣粘度有关，但对于相同的钢种，由于转炉出钢加合成渣数量相同，所以钢包顶渣成份波动不大，对于相同的钢种，K可以认为固定值；即所述C_FeO与In(C_Al1C_Al2)成正比；

(6)列方程如下：C_FeO＝K1×In(C_Al1C_Al2)⑥

在公式⑥中，所述K1确定的步骤如下；

对于相同的钢种，不同炉次对应的K1为固定值，可通过采集已精炼完成的炉次数据总结出这个值，具体做法为：选取三炉已精炼完成的钢水，根据采集的数据计算出各炉对应的In(C_Al1C_Al2)值，利用光谱分析法检测各炉对应的LF进站炉渣中的C_FeO值，然后根据式⑥计算出对应的K11、K12、K13，则，K1＝(K11+K12+K13)/3；即K1为这个钢种的固定值；

C_Al1用下式近似表征：

C_Al1＝转炉加铝量-脱钢水中溶解氧消耗的铝量钢水重量⑦；

C_Al2:利用定氧探头测钢水中溶解氧的时候直接检测出来，属于现有技术；

(7)在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量：

根据公式⑥、⑦和利用定氧探头测钢水中溶解氧的时候直接检测出的C_Al2，并将步骤(6)中确定的K1代入公式⑥、⑦，最终计算出对应LF精炼炉进站炉渣中FeO含量C_FeO的值。

具体实施步骤如下：

制定严格的转炉出钢LF精炼工艺，转炉冶炼末期，用副枪采集钢水中溶解氧(ppm),转炉出钢过程中脱氧按含铝脱氧剂→合金顺序加入，在放钢1/5时加入，在3/4时加完，合金对准钢流冲击区加入，出钢临近结束时用滑板档渣，严控转炉下渣量，设出钢过程中钢水中铝的浓度为C_Al1,计算公式为：C_Al1＝转炉加铝量-脱钢水中溶解氧消耗的铝量钢水重量，LF进站后，把吹氩管流量开到最大，搅拌1分钟，然后用定氧探头测氧测铝，设测出的钢水中铝的浓度为C_Al2，然后计算出In(C_Al1C_Al2)的值，该值再乘以一个固定的数值K₁，即为LF精炼炉进站炉渣中FeO含量(质量百分数)。

实验例：

针对用铝脱氧的SPHC钢种，对已精炼完成4-912、3-6430、4-825三炉钢水采集数据如下表1，其中铝锰铁中的铝含量质量分数为55％，根据采集的数据计算出各炉对应的In(C_Al1C_Al2)值，利用光谱分析法检测各炉对应的LF进站炉渣中的C_FeO值，然后根据式⑥计算出对应的K11、K12、K13，则，K1＝(K11+K12+K13)/3；即K1为这个钢种的固定值；

表1：已精炼完成4-912、3-6430、4-825三炉钢水采集数据

将这三炉数据计算出的K₁取平均值为1.61。对炉号3-6448、2-6015、3-6447三炉钢采集数据，代入K₁＝1.61，根据式⑥来计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量，并检测取进站炉渣成份，以验证本方法的准确性。检测取进站炉渣成份如下表2：

表2：检测LF进站渣中FeO质量分数

由上表2对比可知，计算出的LF进站渣中FeO含量与检测出的LF进站渣中FeO含量偏差在15％以内，该偏差范围对脱氧合金加入量的影响范围约为每吨10公斤铝，属于可接受的偏差。以此作为LF炉脱氧合金加入量的依据，生产出的产品质量合格。

Claims (1)

1.一种适用于铝镇静类钢种的在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量的方法，包括步骤如下：

(1)根据钢水中的单质Al和炉渣中的FeO的反应方程式①：

3FeO+2Al＝3Fe+Al₂O₃①

反应方程式①的反应速度正比于钢水中单质Al的浓度C_Al和炉渣中的FeO的浓度C_FeO；

(2)设K为反应速度系数，以单位时间钢水中单质Al浓度的变化量d_CAl来表征反应方程式①的反应速度，d_t为时间变量，列方程②如下：

②

(3)将步骤(2)中的方程②变换得方程③：

③

解方程③：将方程③中的C_FeO理解为反应时间内炉渣中FeO的平均浓度，求出近似解反应时间内炉渣中FeO的平均浓度，然后即得到方程③的近似解；

(4)设0时刻为转炉出钢加完铝质脱氧剂的时刻，0时刻钢水中铝的浓度为C_Al1，t时刻为LF钢包进站后用定氧探头测钢水中溶解氧的时刻，t时刻钢水中铝的浓度为C_Al2；

(5)对方程③在0到t时刻积分：

求解得：K×C_FeO×t＝ln(C_Al1C_Al2)④；

变换得：⑤；

由公式⑤可知，所述C_FeO是与K、t、C_Al1、C_Al2有关的一个函数，对于从转炉出钢加完铝质脱氧剂到LF钢包进站这个过程中，操作工艺为：转炉出钢直至结束，钢包被从转炉出钢工位运入LF精炼工位，然后吹大气量氩搅拌几分钟就进行测温定氧操作，其中，通过制定严格的转炉出钢工艺、钢包运转工艺、LF精炼工艺，使得从转炉出钢加完铝质脱氧剂到出钢结束这段时间为固定值，从转炉出钢结束到LF吹大气量氩搅拌这段时间为固定值，LF吹大气量氩搅拌的时间也为固定值，这样从转炉出钢加完铝质脱氧剂到LF进站测氧定铝这段时间t即为固定值；K为反应速度系数，与炉渣粘度有关，但对于相同的钢种，由于转炉出钢加合成渣数量相同，所以钢包顶渣成份波动不大，对于相同的钢种，K认为固定值；即所述C_FeO与ln(C_Al1C_Al2)成正比；

(6)列方程如下：C_FeO＝K1×ln(C_Al1C_Al2)⑥

在公式⑥中，所述K1确定的步骤如下；

选取三炉已精炼完成的钢水，根据采集的数据计算出各炉对应的ln(C_Al1C_Al2)值，利用光谱分析法检测各炉对应的LF进站炉渣中的C_FeO值，然后根据式⑥计算出对应的K11、K12、K13，则，K1＝(K11+K12+K13)/3；

C_Al1用下式近似表征：

C_Al1＝转炉加铝量-脱钢水中溶解氧消耗的铝量钢水重量⑦；

C_Al2:利用定氧探头测钢水中溶解氧的时候直接检测出来，属于现有技术；

(7)在线计算LF精炼炉进站炉渣中FeO含量：

根据公式⑥、⑦和利用定氧探头测钢水中溶解氧的时候直接检测出的C_Al2，并将步骤(6)中确定的K1代入公式⑥、⑦，最终计算出对应LF精炼炉进站炉渣中FeO含量C_FeO的值。