CN110991772B - 一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法 - Google Patents

一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，属于转炉炼钢领域。本发明本发明包括通过数据采集模块实时收集钢厂二级加料系统的数据并传输给计算处理模块；计算处理模块加工处理得出的数据经判断处理模块分类处理后，得出不同输出结果；最后以输出模块来控制二级系统，减少人为干涉、缩短冶炼时间，实现自动化、高效护炉。该系统可以通过预测模型计算得出转炉终渣粘度，可以实时得出终渣特性是否满足溅渣护炉的要求，通过处理计算给出改质剂种类及加入量和配套的溅渣方案，减少改质的盲目性和随意性。本发明提出的高效护炉的方法，能够缩短溅渣时间，改善溅渣护炉效果，提高转炉作业率。

Description

一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法。
背景技术
炉渣在钢铁冶炼过程中起着重要的作用，如作为熔炼介质、溅渣护炉原材料等，液态炉渣粘度对冶炼过程以及溅渣效果有着直接的影响。在炼钢生产流程中，转炉工序的稳定性目前存在的问题最多、最复杂，进而造成转炉炉龄、炉型维护的不可控性，恰恰这两个问题又是广大炼钢工作者高度关心的问题。粘度是炉渣的重要性质之一，不同粘度的炉渣也会直接影响溅渣效果的优劣。炉渣粘度较大，导致溅渣动力学条件较差，炉渣冲击区域较小，其大片的飞溅现象较少，冷却较差，底部渣呈现较明显的分层现象（上部凝固溅起困难，下部呈液态冲刷炉底）；摇炉发现，溅渣时间虽长，但炉渣未溅干，对炉底及熔池部位冲刷较为严重，溅渣效果较差。炉渣粘度较小，虽溅渣动力学条件较好，但对炉壁的黏附能力较弱，易使原始溅渣层剥落，同时为将炉渣溅干，需要较长的溅渣时间，影响转炉作业率。
现阶段转炉炼钢领域均为快节奏的生产模式，须杜绝因炉渣未溅干而带来的安全问题的前提下，缩短溅渣时间，达到高效溅渣的目的。为达到这一目的，国内外学者都在积极的进行技术研究与革新，通过对不同工艺条件下不同炉渣粘度的溅渣护炉试验研究发现，炉渣黏度在0.02~0.1Pa•S范围内，既能缩短溅渣时间，又有较好的溅渣效果，视为合适的溅渣粘度。那么如何在生产中稳定有效的控制终渣粘度达到高效护炉是亟待解决的技术难题。
经检索，发明专利的名称为：一种溅渣护炉的方法（CN106947845A），在出钢前，向转炉内加入生白云石，调整炉渣温度；加入改质剂降低炉渣氧化性；溅渣时，通过调整顶吹氮气流量，已达到加速炉渣的冷却、缩短溅渣时间的目的。该方法是根据以出钢温度1660℃为节点来控制生白云石的加入量，以终点钢水氧800ppm为限定值控制改质剂的加入量；因无加入量的精确计算控制，使得该方案具有一定的随意性与盲目性，易造成资源的浪费而达不到相应的溅渣效果，且并未涉及向转炉内加入生白云石、改质剂对炉渣粘度的影响。
此外，发明专利的名称为：一种转炉炉渣粘度在线监测系统及方法（CN106248542B），该系统通过相应的炉渣粘度监测模型计算得到炉渣粘度，可以实时得出炉内渣的粘度情况，提高化渣状态的稳定性和准确性，以实现平稳自动炼钢。但该系统需要较多的、较复杂的辅助设备，投资成本较大，对设备的精密性依赖严重；且无法对转炉终点渣粘度进行稳定控制。
综上所述，以上两种方式并不适用于现阶段快节奏生产模式下的高效溅渣、提高转炉作业率的目的。因此，需将终渣粘度通过模型控制、改质在一个合适的范围，粘度合适，溅渣动力学好，渣更容易被大片的甩溅起来，冷却较好；既保证了溅渣效果，又缩短了溅渣时间。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现阶段快节奏的生产模式下，转炉终渣粘度的变化带来的一系列难题，如：溅渣动力学变差、溅渣时间延长、熔池部位侵蚀严重、抗侵蚀效果变差等等，本发明拟提供一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，通过对改质剂的种类及加入量的精确控制以及配套相应的溅渣指导方案，可直接用于不同渣系条件下的自动化、高效化溅渣护炉。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，按照以下步骤进行，预测模型的数据采集模块实时采集钢厂加料系统的数据信息并传输给计算处理模块，计算处理模块加工处理得出信息经判断处理模块分类处理后得出不同输出结果，并经输出模块输出得到溅渣方案。
更进一步地，数据采集模块采集信息包括铁水成分及温度、金属装入量和造渣辅料加入量信息。
更进一步地，计算处理模块包括数据库模块、渣量计算模块、终渣成分计算模块和粘度计算模块，数据库模块用于粘度范围的选择，渣量计算模块用于计算总渣量，终渣成分计算模块用于预测终渣成分范围，粘度计算模块通过在数据库模块中选择得出转炉终渣粘度。
更进一步地，渣量计算模块为
Figure SMS_1
其中，
Figure SMS_2
为转炉总渣量，kg；G为转炉中金属装入量，kg；R为预设炉渣碱度；
Figure SMS_3
为转炉铁水中含硅量，wt%；
Figure SMS_4
为加入的废钢中含硅量，wt%；
Figure SMS_5
为造渣辅料带入的SiO2量，wt%。
更进一步地，终渣成分计算模块为：
Figure SMS_6
Figure SMS_7
其中，f(M)和f(T)分别为转炉终渣中MgO、Tfe的含量，wt%；f(t)为钢水出钢温度，℃；f(O2)为出钢后钢水氧含量，ppm；gi为各造渣辅料加入量，kg；
Figure SMS_8
为各造渣辅料中MgO含量，wt %；
Figure SMS_9
为转炉内壁的耐火材料带入的MgO量，kg。
更进一步地，粘度计算模块为：
Figure SMS_10
其中，
Figure SMS_11
为转炉终渣粘度，Pa·S；
Figure SMS_12
为修正系数，为0.5～2；
Figure SMS_13
为在数据库模块（220）中选择。
更进一步地，判断处理模块包括一级判断程序模块和二级判断程序模块，其中
一级判断程序模块为
Figure SMS_14
，则处理函数为：
Figure SMS_15
当不满足
Figure SMS_16
，则进入二级判断程序模块（311）；
二级判断程序模块为：当不满足
Figure SMS_17
时，则处理函数为：
Figure SMS_18
其中
Figure SMS_20
、
Figure SMS_23
分别为改质剂A、改质剂B加入量，kg；
Figure SMS_26
为渣样Tfe含量平均值，取18%；f(T)为转炉终渣中Tfe的含量，wt%；
Figure SMS_19
为转炉总渣量，kg；
Figure SMS_22
为转炉终渣粘度，Pa·S；
Figure SMS_25
、
Figure SMS_27
为标准粘度范围0.02～0.1Pa·S，其中
Figure SMS_21
取0.08Pa·S，
Figure SMS_24
取0.02Pa·S。
更进一步地，改质剂A为镁质改质剂，且其中氧化镁的质量分数不低于50%，粒度为5～15mm。
更进一步地，改质剂B为铁质改质剂，且其中氧化铁的质量分数不低于40%，粒度为5～20mm。
更进一步地，溅渣方案中氧枪到基准液面的距离控制在0.7m～2.5m之间，溅渣时间为2min～3min之间。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）本发明的一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，通过改质方式有效控制终渣粘度在一个合适的范围内，并搭配合理的溅渣方案，有效的缩短溅渣时间，减少因溅渣动力学条件不好，对炉况的维护成本。
（2）本发明的一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，通过转炉终渣粘度预测模型，对不同粘度范围的渣系，采用不同的改质方式，并计算出改质剂的指导加入量。从而减少了改质的盲目性、随意性，避免了人为因素的干扰，从而达到自动化、高效化溅渣护炉。
附图说明
图1是本发明中终渣粘度预测模型的结构示意图；
图2是本发明中预测模型的计算处理模块的剖析结构示意图；
图3是本发明中预测模型的判断处理模块的剖析结构示意图。
附图中的标号说明：
11、数据采集模块；21、计算处理模块；31、判断处理模块；41、输出模块；
210、渣量计算模块；211、终渣成分计算模块；212、粘度计算模块；220、数据库模块；
310、一级判断程序模块；311、二级判断程序模块。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1-图3所示，本实施例的一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，按照以下步骤进行，预测模型的数据采集模块11实时采集钢厂加料系统的数据信息并传输给计算处理模块21，计算处理模块21加工处理得出信息经判断处理模块31分类处理后得出不同输出结果，并经输出模块41输出得到溅渣方案。
本实施例的数据采集模块11用于和钢厂二级加料系统交换信息数据，采集信息包括铁水成分及温度、金属装入量和造渣辅料加入量信息，实际生产时不同企业所用辅料可能不同，可确定出各自所使用原辅料，并对各原辅料进行取样，分析检测器主要化学成分。
本实施例中计算处理模块21用于加工处理上一级传输来的数据信息，包括数据库模块220、渣量计算模块210、终渣成分计算模块211和粘度计算模块212，数据库模块220用于粘度范围的选择，渣量计算模块210用于计算总渣量，终渣成分计算模块211用于预测终渣主要成分所处范围，即转炉终渣中MgO、Tfe的含量，粘度计算模块212通过建立数学模型在数据库模块220中选择，从而得出转炉终渣粘度。
具体地，本实施例中渣量计算模块210为
Figure SMS_28
其中，
Figure SMS_29
为转炉总渣量，kg；G为转炉中金属装入量，即转炉中铁水和废钢的金属装入量，kg；R为预设炉渣碱度，通常取2.5-4.0；
Figure SMS_30
为转炉铁水中含硅量，wt%；
Figure SMS_31
为加入的废钢中含硅量，wt%；
Figure SMS_32
为造渣辅料带入的SiO2量，wt%。
终渣成分计算模块211为：
Figure SMS_33
Figure SMS_34
其中，f(M)和f(T)分别为转炉终渣中MgO、Tfe的含量，wt%；f(t)为钢水出钢温度，℃；f(O2)为出钢后钢水氧含量，ppm；gi为各造渣辅料加入量，kg；
Figure SMS_35
为各造渣辅料中MgO含量，wt %；
Figure SMS_36
为转炉内壁的耐火材料带入的MgO量，kg，一般为2～8kg/t钢。
粘度计算模块212为：
Figure SMS_37
其中，
Figure SMS_38
为转炉终渣粘度，Pa·S；
Figure SMS_39
为修正系数，为0.5～2，一般取0.95；
Figure SMS_40
为在数据库模块220中选择；R为预设炉渣碱度；f(M)和f(T)分别为转炉终渣中MgO、Tfe的含量，wt%；f(t)为钢水出钢温度，℃。
需要说明的是，本实施例中的数据库模块220为提前建立的数据库模型，该数据库为根据大量现场工业试验和理论计算等，拟合出不同成分、不同碱度转炉渣以及不同钢水出钢温度等条件下所对应的的炉渣粘度数据所建立的数据库，用于指导后续生产，在该数据库中，可以根据不同的转炉终渣中MgO、Tfe的含量、预设炉渣碱度，以及不同的钢水出钢温度找到对应的合适的终渣粘度作为参考。
判断处理模块31用于对上一级的数据进行判断后分类处理，得出相应的输出结果，其包括一级判断程序模块310和二级判断程序模块311，分别对数据进行分类计算，并将得出方案以电信号形式输出，其中如图3所示，一级判断程序和二级判断程序分别为：
Figure SMS_41
；
Figure SMS_42
其中，
Figure SMS_43
、
Figure SMS_44
为标准粘度范围0.02～0.1Pa·S，
Figure SMS_45
取0.08，
Figure SMS_46
取0.02；
具体地，一级判断程序模块310为
Figure SMS_47
，则处理函数为：
Figure SMS_48
当不满足
Figure SMS_49
，则进入二级判断程序模块（311）；
二级判断程序模块311为：当不满足
Figure SMS_50
时，则处理函数为：
Figure SMS_51
其中
Figure SMS_54
、
Figure SMS_57
分别为改质剂A、改质剂B加入量，kg；
Figure SMS_59
为近阶段渣样Tfe含量平均值，通常取18%；f(T)为转炉终渣中Tfe的含量，wt%；
Figure SMS_53
为转炉总渣量，kg；
Figure SMS_56
为转炉终渣粘度，Pa·S；
Figure SMS_58
、
Figure SMS_60
为标准粘度范围0.02～0.1Pa·S，其中
Figure SMS_52
取0.08Pa·S，
Figure SMS_55
取0.02Pa·S。
本实施例中改质剂A为镁质改质剂，且其中中氧化镁的质量分数不低于50%，粒度为5～15mm；改质剂B为铁质改质剂，且其中氧化铁的质量分数不低于40%，粒度为5～20mm。
本实施例的输出模块41用于将上级计算得出的输出方案，经处理后输入钢厂二级系统实现自动化、高效护炉。其中溅渣方案中氧枪到基准液面的距离控制在0.7m～2.5m之间，溅渣时间为2min～3min之间。
应用本实施例提供的预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，通过对钢厂二级系统的数据采集，经过一系列模块加工处理，计算得出相应的转炉终渣粘度，通过判断处理模块31指导出溅渣方案、改质剂种类的加入量，以控制终渣粘度在一个合适的范围内，实现缩短溅渣时间、提高转炉作业率，达到自动化、高效化溅渣护炉的目的。
本实施例通过改质方式有效控制终渣粘度在一个合适的范围内，并搭配合理的溅渣方案，有效的缩短溅渣时间，减少因溅渣动力学条件不好，对炉况的维护成本。
本实施例通过转炉终渣粘度预测模型，对不同粘度范围的渣系，采用不同的改质方式，并计算出改质剂的指导加入量。从而减少了改质的盲目性、随意性，避免了人为因素的干扰，从而达到自动化、高效化溅渣护炉。下面将结合具体案例说明：
采用上述预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，在马钢顶底复吹转炉成功试验，对转炉终渣粘度进行控制，实现高效溅渣目的，步骤为：
S1、先通过数据采集模块11和钢厂二级系统进行数据交换，采集包括铁水成分、温度、金属装入量和造渣辅料加入量信息，如下表1所示，将数据以信号形式传递给下一级处理；
表1 钢厂二级系统采集数据
Figure SMS_61
S2、计算处理模块21接收上一级传输数据，进行加工处理，通过建立数学模型方式在数据库模块220中选择寻找，得出转炉终渣粘度，并经判断处理模块31分类处理，给出该炉次是否需要改质、改质剂的种类及加入量，以及溅渣方案等，如下表2所示；然后根据改质情况和溅渣方案，通过输出模块41对钢厂二级系统进行控制，减少人为干涉，从而达到自动化高效化溅渣。
表2 预测模型输出结果
Figure 10000257423331
实施例2
采用上述预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，在马钢顶底复吹转炉成功试验，对转炉终渣粘度进行控制，实现高效溅渣目的，步骤为：
S1、先通过数据采集模块11和钢厂二级系统进行数据交换，采集包括铁水成分、温度、金属装入量和造渣辅料加入量信息，如下表3所示，将数据以信号形式传递给下一级处理；
表3二级系统采集数据
Figure 10000257452536
S2、计算处理模块21接收上一级传输数据，进行加工处理，通过建立数学模型方式在数据库模块220中选择寻找，得出转炉终渣粘度，并经判断处理模块31分类处理，给出该炉次是否需要改质、改质剂的种类及加入量，以及溅渣方案等，如下表4所示；然后根据改质情况和溅渣方案，通过输出模块41对钢厂二级系统进行控制，减少人为干涉，从而达到自动化高效化溅渣。
表4预测模型输出结果
Figure 10000257477602
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，其特征在于：按照以下步骤进行，预测模型的数据采集模块（11）实时采集钢厂加料系统的数据信息并传输给计算处理模块（21），计算处理模块（21）加工处理得出信息经判断处理模块（31）分类处理后得出不同输出结果，并经输出模块（41）输出得到溅渣方案；
计算处理模块（21）包括数据库模块（220）、渣量计算模块（210）、终渣成分计算模块（211）和粘度计算模块（212），数据库模块（220）用于粘度范围的选择，渣量计算模块（210）用于计算总渣量，终渣成分计算模块（211）用于预测终渣成分范围，粘度计算模块（212）通过在数据库模块（220）中选择得出转炉终渣粘度；
渣量计算模块（210）为
Figure QLYQS_1
其中，
Figure QLYQS_2
为转炉总渣量，kg；G为转炉中金属装入量，kg；R为预设炉渣碱度；
Figure QLYQS_3
为转炉铁水中含硅量，wt%；
Figure QLYQS_4
为加入的废钢中含硅量，wt%；
Figure QLYQS_5
为造渣辅料带入的SiO2量，wt%；
终渣成分计算模块（211）为：
Figure QLYQS_6
；
其中，f(M)和f(T)分别为转炉终渣中MgO、Tfe的含量，wt%；f(t)为钢水出钢温度，℃；f(O2)为出钢后钢水氧含量，ppm；gi为各造渣辅料加入量，kg；
Figure QLYQS_7
为各造渣辅料中MgO含量，wt%；
Figure QLYQS_8
为转炉内壁的耐火材料带入的MgO量，kg；
粘度计算模块（212）为：
Figure QLYQS_9
其中，
Figure QLYQS_10
为转炉终渣粘度，Pa·S；
Figure QLYQS_11
为修正系数，为0.5～2；
Figure QLYQS_12
为在数据库模块（220）中选择；
判断处理模块（31）包括一级判断程序模块（310）和二级判断程序模块（311），其中
一级判断程序模块（310）为
Figure QLYQS_13
，则处理函数为：
Figure QLYQS_14
当不满足
Figure QLYQS_15
，则进入二级判断程序模块（311）；
二级判断程序模块（311）为：当不满足
Figure QLYQS_16
时，则处理函数为：
Figure QLYQS_17
其中
Figure QLYQS_18
、
Figure QLYQS_19
分别为改质剂A、改质剂B加入量，kg；
Figure QLYQS_20
为渣样Tfe含量平均值，取18%；f(T)为转炉终渣中Tfe的含量，wt%；
Figure QLYQS_21
为转炉总渣量，kg；
Figure QLYQS_22
为转炉终渣粘度，Pa·S；
Figure QLYQS_23
、
Figure QLYQS_24
为标准粘度范围0.02～0.1Pa·S。
2.根据权利要求1所述的一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，其特征在于：数据采集模块（11）采集信息包括铁水成分及温度、金属装入量和造渣辅料加入量信息。
3.根据权利要求1所述的一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，其特征在于：改质剂A为镁质改质剂，且其中氧化镁的质量分数不低于50%，粒度为5～15mm。
4.根据权利要求1所述的一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，其特征在于：改质剂B为铁质改质剂，且其中氧化铁的质量分数不低于40%，粒度为5～20mm。
5.根据权利要求1所述的一种预测转炉终渣粘度模型的高效护炉方法，其特征在于：溅渣方案中氧枪到基准液面的距离控制在0.7m～2.5m之间，溅渣时间为2min～3min之间。
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