CN110218833B - 一种转炉底吹过程中氮氩切换点的动态控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种转炉底吹过程中氮氩切换点的动态控制方法，根据转炉脱氮原理，转炉脱氮速度主要依靠吹炼过程中碳氧反应产生的CO气泡将钢液中的氮去除，所以脱氮速度的快慢主要取决于转炉脱碳速度。随着吹炼的进行，脱氮速度随着脱碳速度加快而提高。当CO含量达到最大值时，脱碳速度也达到最大值，从而脱氮速度也达到最大值。吹炼后期，随着碳氧反应速度降低，脱氮速度开始降低。为此，提出一种高效低成本的转炉底吹方法，即在吹炼阶段，炉气分析的CO曲线中的CO含量最大值时刻由氮气切换成氩气，实现氮氩切换点的动态控制。从而在满足钢种对氮要求的情况下，达到最大限度的节约氮气消耗。

Description

一种转炉底吹过程中氮氩切换点的动态控制方法
技术领域
本发明属于转炉炼钢领域，特别是涉及一种转炉底吹过程中氮氩切换点的动态控制方法。
背景技术
对于控氮的钢种,钢中的氮在钢凝固过程中的晶界析出,与钢中的钛等生成TiN夹杂物,影响钢的强度和韧性,因此为了提高钢的性能,降低钢中的氮含量是一个重要条件。在顶底复吹转炉生产时，往往采取全程吹氩或静态氮氩切换的底吹模式，来控制转炉出钢氮含量。现有控氮钢种转炉生产，全程吹氩，需要全冶炼周期底吹氩气，造成大量氩气浪费。而且,静态氮氩切换需要提前设定氮氩切换的时间点,不能最大限度的节约氩气。中国专利申请CN201410338148.6公开了一种“通过调节底吹氮氩切换时刻控制氮含量的方法”，此申请是根据钢水目标氮含量范围和炉次总的吹氧量，转炉PLC计算气体由氮气切换为氩气时的吹氧量，但是未提到根据炉气分析CO曲线CO含量的最大值时刻氮气切换氩气。
发明内容
本发明的目的为克服现有技术中的问题，提供一种转炉底吹过程中氮氩切换点的动态控制方法。
根据转炉脱氮原理，转炉脱氮速度主要依靠吹炼过程中碳氧反应产生的CO气泡将钢液中的氮去除，所以脱氮速度的快慢主要取决于转炉脱碳速度。随着吹炼的进行，脱氮速度随着脱碳速度加快而提高。当CO含量达到最大值时，脱碳速度也达到最大值，从而脱氮速度也达到最大值。吹炼后期，随着碳氧反应速度降低，脱氮速度开始降低。
为此，提出一种高效低成本的转炉底吹方法，即在吹炼阶段，炉气中的CO含量达到最大值时刻时由氮气切换成氩气，实现氮氩切换点的动态控制。
进一步的，所述方法还包括以下步骤：
步骤1，分别设定在吹炼准备阶段、吹炼阶段和吹炼结束阶段的转炉底吹供气强度参数和气体类型；
步骤2，将所述气体类型和气体流量数据通过通信数据链下装到控制转炉底吹的PLC控制系统，所述PLC控制系统选择相应的气体类型，控制底吹气体流量阀；
步骤3，在吹炼阶段中，当CO含量达到最大值时刻时，所述PLC控制系统下达气体切换指令，并由氮气切换至氩气。
进一步的，步骤3中所述的CO含量达到最大值时刻的获得方法为：在吹炼阶段进行至10-12分钟时，禁止向炉内加入矿石(也即含铁氧化剂)，并每2秒比较该时间段内的CO含量X的大小，当出现CO含量比前后2秒大时，即Xn-2﹤Xn﹥Xn+2，则规定n+2秒时即为CO含量达到最大值时刻，，其中n为吹炼阶段进行时间。
本发明取得的技术效果为：通过监测炉气CO含量，并在吹炼阶段中CO含量最大值时刻由氮气切换成氩气，实现氮氩切换点的动态控制。通过氮氩切换点的动态控制，在吹炼后期，CO含量逐渐降低，此时已切换为氩气，提高吹炼阶段后期底吹氩气供气强度，加强熔池搅拌，促进钢中氮尽可能的排除。在满足钢种对氮要求的情况下，达到最大限度的节约氮气消耗。
附图说明
图1为吹炼阶段CO含量曲线图。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：
以铝脱氧轴承钢(GCr15)为例，其生产工艺流程:120t转炉→精炼炉→真空脱气炉→连铸机。轴承钢要求控制钢中氮化钛夹杂，因此，轴承钢控制出钢氮含量，同时转炉加入的合金、原辅料也都控制Ti含量。
120t复吹转炉不同底吹模式的设置如表1所示：
表1 120t复吹转炉底吹设置表
Figure BDA0002110975430000031
表1所示的是120t复吹转炉不同底吹模式的设置表，全程吹氩即全冶炼周期底吹氩气。静态氮氩切换一般在达到设定的供氧时间由氮气切换氩气，若氮氩切换时间点设置在吹炼后期，碳氧反应减弱，根据转炉脱氮原理，会出现增氮现象。动态氮氩切换则根据吹炼过程炉气分析中CO曲线图，当CO含量达到最大值时刻时，控制转炉底吹的PLC控制程序下达气体切换的指令由氮气切换成氩气，供氮时间能占吹炼时间的70％左右，从而实现动态控制氮氩切换时间点，最大限度节约氩气的目的。
不同底吹模式的具体实施方式见下方：各实施例中除底吹模式不同，其余操作均相同。
实施例1：
转炉生产轴承钢时，转炉底吹过程中氮氩切换点采用动态控制方法，即当CO含量达到最大值时刻时，控制转炉底吹的PLC控制程序下达气体切换的指令由氮气切换成氩气。
具体的，转炉底吹过程中氮氩切换点的动态控制方法，包括以下步骤：
步骤1，分别设定在吹炼准备阶段、吹炼阶段和吹炼结束阶段的转炉底吹供气强度参数和气体类型；
步骤2，将所述气体类型和气体流量数据通过通信数据链下装到控制转炉底吹的PLC控制系统，所述PLC控制系统选择相应的气体类型，控制底吹气体流量阀；
步骤3，在吹炼阶段中，当CO含量达到最大值时刻时，所述PLC控制系统下达气体切换指令，并由氮气切换至氩气。
步骤1所设定的气体供气强度和类型是将整个冶炼阶段分为三个阶段：吹炼准备阶段、吹炼阶段、吹炼结束阶段，吹炼前包括兑铁水加废钢，吹炼阶段是指给转炉供氧阶段，吹炼结束包括测温取样、出钢、溅渣护炉、倒渣和炉次结束。吹炼前，气体类型为氮气，吹炼阶段，气体类型为氮气或氩气，吹炼结束，气体类型为氩气。
步骤3中的CO含量达到最大值时刻的获得方法为：在吹炼阶段进行至10-12分钟时，禁止向炉内加入矿石(即含铁氧化剂)，并每2秒比较该时间段内的CO含量X的大小，当出现CO含量比前后2秒大时，即Xn-2﹤Xn﹥Xn+2，则规定n+2秒时即为CO含量达到最大值时刻。具体的，转炉炉气中CO含量是从达涅利引进转炉炉气分析在线控制系统质谱仪分析，其核心设备是型号：VG PRIMA δB质谱仪，安装在转炉烟道上，可对炉气中CO含量进行在线分析，反应时间为2秒。质谱仪将CO分析数据传输到主控室副枪软件模型，模型根据传来的CO数据绘制出供氧时间—CO含量曲线图，见图1，图中横坐标为吹炼阶段供氧时间，也即吹炼阶段进行时间。
根据大量数据统计，转炉炉气中CO含量发生最大值时刻在吹炼阶段10分00秒～12分00秒，因此预先在主控室副枪软件模型中编写程序，即每2秒比较该时间段内CO含量大小，当某时刻出现CO含量比前后2秒大时，即Xn-2﹤Xn﹥Xn+2，则规定n+2秒时即为CO含量达到最大值时刻，然后在n+2秒时，该程序给予一个由氮气切换氩气信号到控制转炉底吹的PLC，PLC接收到信号切断氮气阀门，打开氩气阀门，完成氮氩切换操作，式中n为吹炼阶段进行时间。
出钢使用铝块脱氧，加入低钛合金，禁止下渣，控制钢水的钛含量。吹炼过程采用单渣法。对比转炉终点以及轧材N含量。
对比实施例1
转炉生产轴承钢时，底吹采用全程吹氩的模式，出钢使用铝块脱氧，加入低钛合金，禁止下渣，控制钢水的钛含量。吹炼过程采用单渣法。对比转炉终点以及轧材N含量。
对比实施例2
转炉生产轴承钢时，底吹采用静态氮氩切换的模式，切换时间点设置为吹氧时间达到8min时刻，由氮气切换成氩气。出钢使用铝块脱氧，加入低钛合金，禁止下渣，控制钢水的钛含量。吹炼过程采用单渣法。对比转炉终点以及轧材N含量。
对比实施例3
转炉生产轴承钢时，底吹采用静态氮氩切换的模式，切换时间点设置为吹氧时间达到12min时刻，由氮气切换成氩气。出钢使用铝块脱氧，加入低钛合金，禁止下渣，控制钢水的钛含量。吹炼过程采用单渣法。对比转炉终点以及轧材N含量。
根据以上对比例，分析试样中氮含量，如表2所示：
表2轴承钢平均N含量数据
Figure BDA0002110975430000061
如表2所示，三种底吹模式下，动态氮氩切换比全程吹氩高出1.81ppm，静态氮氩切换(8min)高出1.67ppm，轧材样分别高出3.1ppm，0.9ppm，满足轴承钢对氮含量的要求。但是如果静态氮氩切换时刻设置太短，达不到最大程度节约氩气效果；如果静态氮氩切换时刻设置太长，容易导致转炉终点增氮现象，如对比实例3所示。
效益测算：以120t复吹转炉为例，底吹供气强度(标态)在0.03～0.07Nm3/t·min，取平均值0.05Nm3/t·min。轴承钢平均供氧时间16min，静态氮氩切换时间点在8min，动态氮氩切换按供氧时间70％计算，即11.2min。
所以，一个冶炼周期静态氮氩切换底吹氮气时间＝3.5min(兑铁装料)+8min(吹炼阶段底吹氮时间)+3min(溅渣)+2min(倒渣)+1min(等待)＝17.5min。与全程吹氩相比，吨钢节省氩气消耗＝0.05×17.5＝0.875m3/t。
动态氮氩切换底吹氮气时间＝3.5min(兑铁装料)+11min12s(n＝11min10秒时，CO达到最大值时刻，11min12时进行氮氩切换)+3min(溅渣)+2min(倒渣)+1min(等待)＝20.7min。与全程吹氩相比，吨钢节省氩气消耗＝0.05×20.7＝1.035m3/t。
综上，动态氮氩切换根据每炉钢CO最大值的时间点不同，对切换时间点进行动态控制，供氮时间能达到吹炼时间70％左右，满足钢材控氮要求，可最大限度的节约氩气，降低转炉底吹氩气消耗。

Claims (1)

1.一种转炉底吹过程中氮氩切换点的动态控制方法，其特征在于：所述方法包括吹炼阶段，当转炉炉气中CO含量最大值时刻时将氮气切换成氩气；
所述方法还包括以下步骤：
步骤1，分别设定在吹炼准备阶段、所述吹炼阶段和吹炼结束阶段的转炉底吹气体流量和气体类型；
步骤2，将所述气体类型和气体流量数据通过通信数据链下装到控制转炉底吹的PLC控制系统，所述PLC控制系统选择相应的气体类型，控制底吹气体流量阀；
步骤3，在吹炼阶段中，当CO含量达到最大值时，所述PLC控制系统下达气体切换指令，并由氮气切换至氩气；
所述的CO含量达到最大值时刻的获得方法为：在吹炼阶段进行至10-12分钟时，禁止向炉内加入含铁氧化剂，并每2秒比较该时间段内的CO含量X的大小，当出现CO含量比前后2秒大时，即Xn-2﹤Xn﹥Xn+2，则规定n+2秒时即为CO含量达到最大值时刻，其中n为吹炼阶段进行时间。
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