CN110157848A - 一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法，首先在3种底吹供气模式基础上增加3个流量系列：即高流量系列、中流量系列以及低流量系列；3种底吹供气模式与3个流量系列排列组合成共计9种基础底吹曲线，基础底吹曲线的时间坐标轴上设有8个时间区间；然后再将测量的之前炉次的转炉吹炼终点的碳含量[C]、氧含量[O]、熔池液位a、终点温度T以及待吹炼的下一炉的炉龄作为变量参数带入公式，经公式计算对9种基础底吹曲线进行动态修正，经动态修正后的底吹瞬时流量即为下一炉的实际喷吹的底吹瞬时流量；解决了底吹流量固定不变的问题，实现了底吹流量的动态控制，降低了吹炼终点的碳氧积，改善了底吹的冶金效果，提高了钢水的质量。
Description
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法。
背景技术
转炉顶底复合吹炼的冶金效果在于：加速脱碳反应，降低脱碳速度特性发生变化时的临界碳含量；降低渣中金属含量；降低钢中氧含量；提高钢水中余锰含量；节约合金；减少石灰、白云石等用量；提高钢水收得率等。
传统的底吹控制系统基本上是按照钢种对氮含量的要求分为全程吹氩、氮氩切换、全称吹氮三种模式，设定的总耗氧量及底吹参数不能动态修正，当装入制度、铁水条件、吹炼条件等发生变化时，过程控制(如脱碳速度、返干喷溅期等)也将发生较大变化，这就意味着切换时机的提前或滞后，从而影响底吹效果；同时在各个阶段的流量值基本是一成不变的，不能根据实际需求机动灵活的调整；同时传统控制系统的底吹瞬时流量大小及切换时机，仅仅考虑到了钢水对氮含量的要求，根据钢种对氮含量的要求简单地区分了3种底吹模式，却偏离了顶底复吹转炉复吹冶金效果的真正意义，限制了顶底复吹冶金功能的更好发挥。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法，所述方法基于底吹供气模式和流量系列的组合，再结合前面炉次的转炉吹炼终点的碳含量、氧含量、转炉熔池液位、炉龄等参数变化，通过建立动态模型来及时调整底吹瞬时流量。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法，首先在3种底吹供气模式基础上增加3个流量系列：即高流量系列、中流量系列以及低流量系列；
3种底吹供气模式与3个流量系列排列组合成共计9种基础底吹曲线，基础底吹曲线的时间坐标轴上设有8个时间区间；
然后再将测量的之前炉次的转炉吹炼终点的碳含量[C]、氧含量[O]、熔池液位a、终点温度T以及待吹炼的下一炉的炉龄作为变量参数带入公式，经公式计算对9种基础底吹曲线进行动态修正，经动态修正后的底吹瞬时流量即为下一炉的实际喷吹的底吹瞬时流量；
所述的3种底吹供气模式分别为：
A.钢种要求[N]＜40ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用全程吹氩；
B.钢种要求40ppm≤[N]≤70ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用氮氩切换；
C.钢种要求[N]＞70ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用全程吹氮；
所述的3个流量系列分别为：
a.超低碳钢种系列：转炉吹炼过程中底吹采用高流量；
b.品种钢系列：转炉吹炼过程中底吹采用中流量；
c.普通钢种系列：转炉吹炼过程中底吹采用低流量；
下一炉的实际喷吹的底吹瞬时流量的计算公式：
F低n＝D低n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C低n公式(1)；
F中n＝D中n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C中n公式(2)；
F高n＝D高n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C高n公式(3)；
公式(1)中：D低n—低流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(2)中：D中n—中流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(3)中：D高n—高流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(1)、(2)以及(3)中：n为1、2、3、4、5、6、7或8；
m＝[C]×[O]，[C]的单位为质量百分数wt％，[O]的单位为ppm；
m0＝-0.0132+9×10-6×T+10-6×a；
a—熔池液位，单位为cm；
b为炉龄修正系数，b＝待吹炼的下一炉的炉龄/1000，炉龄的单位为炉；
T—终点温度，单位为℃；
且[C]、[O]、T、a均为前10炉的平均值；
当测量失败时的取值：T＝1651℃，a＝880cm，[C]或[O]有1个无数值则取m＝[C]×[O]＝0.0025；
C低n—低流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C低n＝(低流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D低n)-(低流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D低n)；
C中n—中流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C中n＝(中流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D中n)-(中流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D中n)；
C高n—高流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C高n＝(高流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D高n)-(高流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D高n)；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C低n＝0；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C中n＝0；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C高n＝0。
优选的，之前炉次的转炉吹炼终点的碳含量[C]、氧含量[O]、熔池液位a以及终点温度T是采用副枪测量得到的。
本申请提供了一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法，3种底吹供气模式与3个流量系列排列组合成的共计9种基础底吹曲线，再根据之前炉次的转炉吹炼终点碳含量、氧含量、熔池液位及实时炉龄等条件及时反馈修正，进行动态调整，解决了现有技术中底吹瞬时流量固定不变的问题，实现了底吹瞬时流量的动态控制，降低了吹炼终点的碳氧积，改善了底吹的冶金效果，提高了钢水的质量；
本申请实现了底吹瞬时流量的动态控制，提高了底吹气体对熔池的搅拌作用，吹炼过程平稳，不易发生喷溅，吹炼终点碳氧积更接近平衡值，对比优化前后的终点碳氧积的结果表明，当炉龄为10000炉左右时，在终点w([C])＝0.07wt％、温度为1650℃的条件下，优化前碳氧积平均为0.00276，优化后碳氧积平均为0.00264，即优化后的碳氧积平均值比优化前降低0.00012，且优化后的值更加稳定；
通过底吹优化加强了熔池的搅拌力，使熔池内成分和温度的不均匀性得到有效改善，碳氧反应更进一步接近平衡，避免了钢水的过氧化，对终点渣样的成分分析对比发现，优化后终点渣样中w(TFe)下降3.16wt％，从而减少了渣中的金属损失，提高了金属收得率；
通过底吹系统优化，增强了底吹气体对熔池的搅拌作用，促进了吹炼过程中的传热和传质，加速钢-渣间的界面反应，有利于提高熔池温度和均匀成分，提高了氧气的利用率，降低了吨钢耗氧量，统计数据表明，在相同装入制度下，吨钢耗氧量由优化前的51.28m3/t(平均值)降至48.53m3/t，下降2.75m3/t。
附图说明
图1为本发明的实施例1提供的一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法在底吹供气模式为氮氩切换且流量系列为低流量时的底吹瞬时流量—时间的底吹曲线图。
图1中1-8个时间节点的含义：
A点：转炉吹炼前期到吹炼中期的时间节点，即本炉转炉吹炼所设定的总耗氧量被消耗掉30％(体积百分数)时的时间节点；
C点：底吹气体种类氮气和氩气的切换时机，即本炉转炉吹炼所设定的总耗氧量被消耗掉67％(体积百分数)时的时间节点；
B点：转炉吹炼中期到吹炼后期的时间节点，即本炉转炉吹炼所设定的总耗氧量被消耗掉75％(体积百分数)时的时间节点；
BE点：转炉吹炼结束点，即停止供氧气的时间节点；
TS点：转炉出钢开始时间节点；
TE点：转炉出钢结束时间节点；
SB点：溅渣护炉开始时间节点；
SE点：溅渣护炉结束时间节点。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本申请提供了一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法，首先在3种底吹供气模式基础上增加3个流量系列：即高流量系列、中流量系列以及低流量系列；
3种底吹供气模式与3个流量系列排列组合成共计9种基础底吹曲线，基础底吹曲线的时间坐标轴上设有8个时间区间；
然后再将测量的之前炉次的转炉吹炼终点的碳含量[C]、氧含量[O]、熔池液位a、终点温度T以及待吹炼的下一炉的炉龄作为变量参数带入公式，经公式计算对9种基础底吹曲线进行动态修正，经动态修正后的底吹瞬时流量即为下一炉的实际喷吹的底吹瞬时流量；
所述的3种底吹供气模式分别为：
A.钢种要求[N]＜40ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用全程吹氩；
B.钢种要求40ppm≤[N]≤70ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用氮氩切换；
C.钢种要求[N]＞70ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用全程吹氮；
所述的3个流量系列分别为：
a.超低碳钢种系列：转炉吹炼过程中底吹采用高流量；
b.品种钢系列：转炉吹炼过程中底吹采用中流量；
c.普通钢种系列：转炉吹炼过程中底吹采用低流量；
下一炉的实际喷吹的底吹瞬时流量的计算公式：
F低n＝D低n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C低n公式(1)；
F中n＝D中n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C中n公式(2)；
F高n＝D高n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C高n公式(3)；
公式(1)中：D低n—低流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(2)中：D中n—中流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(3)中：D高n—高流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(1)、(2)以及(3)中：n为1、2、3、4、5、6、7或8；
m＝[C]×[O]，[C]的单位为质量百分数wt％，[O]的单位为ppm；
m0＝-0.0132+9×10-6×T+10-6×a；
a—熔池液位，单位为cm；
b为炉龄修正系数，b＝待吹炼的下一炉的炉龄/1000，炉龄的单位为炉；
T—终点温度，单位为℃；
且[C]、[O]、T、a均为前10炉的平均值；
当测量失败时的取值：T＝1651℃，a＝880cm，[C]或[O]有1个无数值则取m＝[C]×[O]＝0.0025；
C低n—低流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C低n＝(低流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D低n)-(低流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D低n)；
C中n—中流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C中n＝(中流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D中n)-(中流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D中n)；
C高n—高流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C高n＝(高流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D高n)-(高流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D高n)；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C低n＝0；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C中n＝0；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C高n＝0。
在本申请的一个实施例中，之前炉次的转炉吹炼终点的碳含量[C]、氧含量[O]、熔池液位a以及终点温度T是采用副枪测量得到的。
所述的3种底吹供气模式中，B.钢种要求40ppm≤[N]≤70ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用氮氩切换；图1中，C点到TE点吹的为氩气，其余包括空炉时间吹的是氮气，即在C点由氮气切换为氩气，在TE点由氩气切换为氮气。空炉时间也要吹氮气，防止残存液渣等堵塞底吹透气孔。
另外的两种底吹供气模式，A模式是全程吹氩气，C模式则是全程吹氮气。
如图1所示，每个底吹曲线的时间坐标轴上均设有8个时间节点：
A点：转炉吹炼前期到吹炼中期的时间节点，即本炉转炉吹炼所设定的总耗氧量被消耗掉30％(体积百分数)时的时间节点；
C点：底吹气体种类氮气和氩气的切换时机，即本炉转炉吹炼所设定的总耗氧量被消耗掉67％(体积百分数)时的时间节点；
B点：转炉吹炼中期到吹炼后期的时间节点，即本炉转炉吹炼所设定的总耗氧量被消耗掉75％(体积百分数)时的时间节点；
BE点：转炉吹炼结束点，即停止供氧气的时间节点；
TS点：转炉出钢开始时间节点；
TE点：转炉出钢结束时间节点；
SB点：溅渣护炉开始时间节点；
SE点：溅渣护炉结束时间节点；
根据上述8个时间节点，可在底吹曲线的时间坐标轴划出8个时间区间：
从吹炼开始点到A点的时间区间为第1个时间区间；从A点到C点的时间区间为第2个时间区间；从C点到B点的时间区间为第3个时间区间；从B点到BE点的时间区间为第4个时间区间；从BE点到TS点的时间区间为第5个时间区间；从TS点到TE点的时间区间为第6个时间区间；从TE点到SB点的时间区间为第7个时间区间；从SB点到SE点的时间区间为第8个时间区间。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
氮氩切换模式+中流量系列，且副枪测量前10炉的转炉终点的平均值：[C]含量：0.082wt％、[O]含量：310ppm、熔池液位892cm、温度T＝1651℃；且待吹炼的下一炉的炉龄为9865炉；将变量参数带入公式(2)，计算出本实施例1的8个时间区间的底吹瞬时流量的实际喷吹值，详见下表1：
表1氮氩切换模式+中流量系列下的8个时间区间的底吹瞬时流量的实际喷吹值
| 组别 | F<sub>中1</sub> | F<sub>中2</sub> | F<sub>中3</sub> | F<sub>中4</sub> | F<sub>中5</sub> | F<sub>中6</sub> | F<sub>中7</sub> | F<sub>中8</sub> |
| 实施例1 | 236m<sup>3</sup>/h | 222m<sup>3</sup>/h | 395m<sup>3</sup>/h | 429m<sup>3</sup>/h | 211m<sup>3</sup>/h | 139m<sup>3</sup>/h | 211m<sup>3</sup>/h | 139m<sup>3</sup>/h |
实施例2
氮氩切换模式+高流量系列，且副枪测量前10炉的转炉终点的平均值：[C]含量：0.091wt％、[O]含量：276ppm、熔池液位为880cm、温度T＝1645℃；且待吹炼的下一炉的炉龄为9868炉；将变量参数带入公式(3)，计算出本实施例2的8个时间区间的底吹瞬时流量的实际喷吹值，详见下表2：
表2氮氩切换模式+高流量系列下的8个时间区间的底吹瞬时流量的实际喷吹值
| 组别 | F<sub>高1</sub> | F<sub>高2</sub> | F<sub>高3</sub> | F<sub>高4</sub> | F<sub>高5</sub> | F<sub>高6</sub> | F<sub>高7</sub> | F<sub>高8</sub> |
| 实施例2 | 266m<sup>3</sup>/h | 246m<sup>3</sup>/h | 442m<sup>3</sup>/h | 483m<sup>3</sup>/h | 246m<sup>3</sup>/h | 144m<sup>3</sup>/h | 218m<sup>3</sup>/h | 146m<sup>3</sup>/h |
实施例3
全程吹氩模式+低流量系列，且副枪测量前10炉的转炉终点的平均值：[C]含量：0.062wt％、[O]含量：412ppm、熔池液位为876cm、温度T＝1639℃；且待吹炼的下一炉的炉龄为9870炉；将变量参数带入公式(1)，计算出本实施例3的8个时间区间的底吹瞬时流量的实际喷吹值，详见下表3：
表3全程吹氩模式+低流量系列下的8个时间区间的底吹瞬时流量的实际喷吹值
| 组别 | F<sub>低1</sub> | F<sub>低2</sub> | F<sub>低3</sub> | F<sub>低4</sub> | F<sub>低5</sub> | F<sub>低6</sub> | F<sub>低7</sub> | F<sub>低8</sub> |
| 实施例3 | 212m<sup>3</sup>/h | 208m<sup>3</sup>/h | 358m<sup>3</sup>/h | 396m<sup>3</sup>/h | 143m<sup>3</sup>/h | 141m<sup>3</sup>/h | 214m<sup>3</sup>/h | 140m<sup>3</sup>/h |
本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。
本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法，其特征在于，首先在3种底吹供气模式基础上增加3个流量系列：即高流量系列、中流量系列以及低流量系列；
3种底吹供气模式与3个流量系列排列组合成共计9种基础底吹曲线，基础底吹曲线的时间坐标轴上设有8个时间区间；
然后再将测量的之前炉次的转炉吹炼终点的碳含量[C]、氧含量[O]、熔池液位a、终点温度T以及待吹炼的下一炉的炉龄作为变量参数带入公式，经公式计算对9种基础底吹曲线进行动态修正，经动态修正后的底吹瞬时流量即为下一炉的实际喷吹的底吹瞬时流量；
所述的3种底吹供气模式分别为：
A.钢种要求[N]＜40ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用全程吹氩；
B.钢种要求40ppm≤[N]≤70ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用氮氩切换；
C.钢种要求[N]＞70ppm，转炉吹炼过程中底吹供气模式采用全程吹氮；
所述的3个流量系列分别为：
a.超低碳钢种系列：转炉吹炼过程中底吹采用高流量；
b.品种钢系列：转炉吹炼过程中底吹采用中流量；
c.普通钢种系列：转炉吹炼过程中底吹采用低流量；
下一炉的实际喷吹的底吹瞬时流量的计算公式：
F低n＝D低n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C低n公式(1)；
F中n＝D中n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C中n公式(2)；
F高n＝D高n+(a-860)×0.57+(m/m0-1)×0.0025×40/0.0011-b+C高n公式(3)；
公式(1)中：D低n—低流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(2)中：D中n—中流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(3)中：D高n—高流量系列的基础底吹曲线的时间坐标轴上的第n个时间区间的底吹瞬时流量的基准设定值：
公式(1)、(2)以及(3)中：n为1、2、3、4、5、6、7或8；
m＝[C]×[O]，[C]的单位为质量百分数wt％，[O]的单位为ppm；
m0＝-0.0132+9×10-6×T+10-6×a；
a—熔池液位，单位为cm；
b为炉龄修正系数，b＝待吹炼的下一炉的炉龄/1000，炉龄的单位为炉；
T—终点温度，单位为℃；
且[C]、[O]、T、a均为前10炉的平均值；
当测量失败时的取值：T＝1651℃，a＝880cm，[C]或[O]有1个无数值则取m＝[C]×[O]＝0.0025；
C低n—低流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C低n＝(低流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D低n)-(低流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D低n)；
C中n—中流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C中n＝(中流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D中n)-(中流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D中n)；
C高n—高流量系列中的各时间区间的反馈修正系数，C高n＝(高流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最大值/D高n)-(高流量系列中的第n个时间区间的前10炉的底吹瞬时流量的实际喷吹值中的最小值/D高n)；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C低n＝0；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C中n＝0；
所述底吹流量动态控制方法中最初10炉的C高n＝0。
2.根据权利要求1所述的一种顶底复吹转炉的底吹流量动态控制方法，其特征在于，之前炉次的转炉吹炼终点的碳含量[C]、氧含量[O]、熔池液位a以及终点温度T是采用副枪测量得到的。
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- 2019-05-06 CN CN201910370603.3A patent/CN110157848A/zh active Pending
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