CN111074038B - 一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法，属于转炉炼钢技术领域。本发明通过出钢结束后或停炉等待时，由激光测厚仪精确测量炉衬各部位的侵蚀情况；分析得出炉衬薄弱区域高度(靶向溅渣区域H)；并通过物理模拟、数值模拟以及现场大量试验修正，建立起靶向溅渣枪位控制数学计算模型；利用该数学计算模型对溅渣枪位进行了科学化的量化控制；从而实现了对炉衬薄弱区域做到“指哪打哪”的靶向精确溅渣控制，使溅渣护炉过程的可控制性、可操作性增强，消除现溅渣方法带来炉型不规则问题，提升各经济指标。

Description

一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法。
背景技术
目前各大钢厂普遍采用溅渣护炉操作对炉体进行维护，利用造碱度和氧化镁相对合适的高温终点渣，在高压氮气的吹溅作用下，使其较为均匀的黏附在炉衬表面，并与炉衬很好的结合在一起，形成致密的溅渣保护层，进而减少在吹炼过程中钢水、炉渣等因素的冲刷，起到保护炉衬，提高转炉寿命的作用。转炉在装料和冶炼过程中，炉衬各部分由于受废钢、铁水的撞击冲刷程度和炉渣、钢水的侵蚀速度不同，常出现各部位侵蚀程度不一的现象；目前多数钢厂采用氧枪与溅渣枪合一操作，溅渣时工人通过观察炉口跳渣情况，进行溅渣枪位调整控制，操作的盲目性、随意性较大，必然造成溅渣的不均匀性，无法对炉衬薄弱区域进行“定向定点”溅渣。综上，采用目前的溅渣模式，无法对炉衬的各部位指定区域实现“定向定点”精确溅渣控制，由于溅渣护炉无法得到精确控制，常出现炉衬个别区域溅渣层过厚或者过薄，导致转炉炉型的不规则，造成冶炼工序操作的不稳定。为解决这一现象，目前行业内通常是被迫采用停炉补炉方式进行炉型维护，对生产稳定性和冶炼成本影响较大。
行业内采用氧枪进行溅渣的过程为：采用氧枪向转炉熔池喷吹高压氮气，冲击炉渣，使之飞溅到炉衬上，高压气体通过枪孔射出后冲击炉渣，将炉渣溅起。该过程中，除炉渣本身物理性质外，射流与炉渣的相互作用主要受氧枪枪位高度h、喷孔与氧枪中心线夹角α、喷孔扩张角β、气体工作压力M、枪孔数n等因素的影响，其过程气流变化示如图2所示。在射流喷吹过程中，氧枪喷孔与氧枪中心线呈一定夹角α，在不受外力影响下，下游射流与中心线夹角α保持不变。然而，对于多孔射流氧枪，多孔射流之间的区域受射流影响，气体在射流抽引作用下随射流一起向射流方向运动，在此作用下，多股射流中心区域压力P1下降，而射流外侧压力与炉口压力P0大致相等，导致射流靠近氧枪中线线内侧压力小于外侧压力，此时射流与氧枪中心线实际角度θ在压力差的作用下偏向压力小的一侧，即氧枪中心线方向，不同压力、喷孔角度和枪位都会影响射流角度θ的大小。根据物理模拟和数值模拟的结果表明：对气流实际夹角θ与中心夹角α、喷孔扩张角β、氧枪枪位h进行科学化的量化控制，对实现精确靶向溅渣控制影响较大。那么如何有效地优化溅渣护炉工艺解决因炉衬侵蚀程度不同带来的炉型不规则的问题，从而稳定有效的控制转炉炉型是亟待解决的技术难题。
经检索，发明专利名称为：一种转炉精准溅渣方法(CN10981110A)，在出钢时对转炉炉体进行检查，根据炉衬各部位侵蚀情况相应调整底吹流量、炉体偏离夹角、顶枪枪位与流量，实现对各部位溅渣层厚度的精准控制；该方法对溅渣枪位的控制采用在最佳枪位上下波动500mm的方式，并未对溅渣枪位与需溅渣区域间关系进行量化控制，使得该方案具有一定的随意性与盲目性。
经检索，发明专利名称为：一种控制转炉炉型的溅渣护炉方法(CN105821175A)，根据各部位溅渣层厚度变化，采取高低低、高低、低三种不同枪位控制炉型变化问题；整个过程溅渣枪位匀速下降或0.7m保持不动，该过程具备一定的随意性，无法实现对炉衬的各部位指定区域实现“靶向”精确溅渣控制，同时该溅渣过程加入稠化剂，增加冶炼成本。
综上所述，以上两种方式并不适用于对炉衬的各部位指定区域实现“靶向”精确溅渣控制，如何解决现有溅渣方法带来炉型不规则问题，从而稳定有效的控制转炉炉型是亟待解决的技术难题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有溅渣护炉过程容易导致的炉型不规则问题，本发明拟提供一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法，通过分析气流实际夹角θ与中心夹角α、喷孔扩张角β、氧枪枪位h以及靶向溅渣区域H之间的关系，将氧枪溅渣枪位h与靶向溅渣区域H之间进行了量化控制，从而实现了对炉衬薄弱区域做到“指哪打哪”的靶向精确溅渣控制；将消除现溅渣方法带来的炉型不规则问题，保证溅渣的均匀性以及炉型良好控制，溅渣护炉效果和炉型控制将得到改善。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法，出钢结束或停炉等待时，测量炉衬各部位的侵蚀情况，得出炉衬薄弱区域高度，即需靶向溅渣区域高度H，建立靶向溅渣枪位控制的数学计算模型，利用该数学计算模型确定溅渣枪位，溅渣完毕后，进行下一炉冶炼。
更进一步地，数学计算模型中，氧枪喷孔射出气流实际夹角θ具体为：
θ＝-(0.06α+1.2)h4+(20.75-0.66α)h3-(2.22α-15.8)h2+(2.77α-37.05)h+1.12α-2.7+β
其中，θ为氧枪喷孔射出气流与氧枪中心线实际夹角，°；α为喷孔与氧枪中心线夹角，°；
β为喷孔扩张角，°；h为溅渣时氧枪枪位高度，m。
更进一步地，数学计算模型中，氧枪溅渣枪位高度h与靶向溅渣区域H之间量化控制具体为：
Figure BDA0002339992910000031
其中，θ为氧枪喷孔射出气流与氧枪中心线实际夹角，°；h为溅渣时氧枪枪位高度，m；n为氧枪喷孔数；D为转炉熔池直径，m；
Figure BDA0002339992910000032
为靶向溅渣区域波动系数，取0.95～1.05。
更进一步地，溅渣护炉所用氧枪的喷孔与氧枪中心线夹角α范围为：13°～17°。
更进一步地，溅渣护炉所用氧枪的氮气工作压力控制在0.96MPa～1.08MPa。
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)本发明的一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法，通过出钢结束后或停炉等待时，由激光测厚仪精确测量炉衬各部位的侵蚀情况，分析得出炉衬薄弱区域高度；并通过物理模拟、数值模拟以及现场大量试验修正，建立起了靶向精确溅渣枪位控制数学计算模型，利用该数学计算模型确定合适的溅渣枪位；从而实现了对炉衬薄弱区域做到“指哪打哪”的靶向精确溅渣控制，使溅渣护炉过程的可控制性、可操作性增强，消除现溅渣方法带来的炉型不规则问题。
附图说明
图1为本发明的一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法的流程示意图；
图2为溅渣护炉过程气流变化的简化示意图；
图3为靶向溅渣前后耳轴附近炉衬厚度变化示意图；
图4为靶向溅渣前后出钢口下部附近炉衬厚度变化示意图。
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
本实施例的一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法，具体如下：出钢结束或停炉等待时，可采用激光测厚仪精确测量炉衬各部位的侵蚀情况，分析得出炉衬薄弱区域高度，即需靶向溅渣区域高度H，通过物理模拟、数值模拟以及现场大量试验修正建立具体靶向溅渣枪位控制的数学计算模型，利用该数学计算模型确定合适的溅渣枪位，溅渣完毕后，进行下一炉冶炼。从而实现了对炉衬薄弱区域做到“指哪打哪”的靶向精确溅渣控制，使溅渣护炉过程的可控制性、可操作性增强，消除现溅渣方法带来的炉型不规则问题，溅渣护炉效果和炉型控制将得到改善。
具体地，建立的数学计算模型中，氧枪喷孔射出气流实际夹角θ具体为：
θ＝-(0.06α+1.2)h4+(20.75-0.66α)h3-(2.22α-15.8)h2+(2.77α-37.05)h+1.12α-2.7+β
其中，θ为氧枪喷孔射出气流与氧枪中心线实际夹角，°；α为喷孔与氧枪中心线夹角，°；β为氧枪喷头的喷孔扩张角，°，具体可采用拉瓦尔喷头；h为溅渣时氧枪枪位高度，m。
该数学计算模型中，氧枪溅渣枪位高度h与靶向溅渣区域H之间量化控制具体为：
Figure BDA0002339992910000041
其中，θ为氧枪喷孔射出气流与氧枪中心线实际夹角，°；h为溅渣时氧枪枪位高度，m；n为氧枪喷孔数；D为转炉熔池直径，m；
Figure BDA0002339992910000042
为靶向溅渣区域波动系数，取0.95～1.05，考虑炉渣粘度影响，本实施例可具体取0.95。
本实施例中溅渣护炉所用氧枪的喷孔与氧枪中心线夹角α范围为：13°～17°，溅渣护炉所用氧枪的氮气工作压力控制在0.96MPa～1.08MPa。
下面将结合具体案例进行说明：
采用本实施例的一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法，在马钢股份300吨顶底复吹转炉成功试验，参照附图1所示过程，本实施例通过建立靶向精确溅渣枪位控制数学计算模型，实现了对炉衬薄弱区域做到“指哪打哪”的靶向精确溅渣控制，使溅渣护炉过程的可控制性、可操作性增强，消除现溅渣方法带来炉型不规则问题。具体过程为：
(1)首先对现场工艺参数进行收集、筛选，了解设备运行状况；本转炉吹炼时所用氧枪的工艺参数为：氧枪喷孔数为5；工作压力为0.98MPa，符合试验要求；喷孔与氧枪中心线夹角为16°，符合试验要求；拉瓦尔喷头的喷孔扩张角4.5°，转炉熔池直径为6.74m。
(2)出钢结束后或停炉等待时，由现场工人操作激光测厚仪精确测量炉衬具体形状；由作业长对测厚图纸分析得出，近期耳轴附近侵蚀较为严重，为整个炉体相对薄弱区域；即得出靶向溅渣区域高度H范围为4.5m～5.5m。
(3)将上述所描述的数据值，带入根据物理模拟、数值模拟以及现场大量试验修正而建立好的靶向溅渣枪位控制数学计算模型中，通过运算得出要想对耳轴薄弱区域进行靶向溅渣，需将溅渣枪位h控制在0.81m～1.38m之间。
(4)每次进行靶向溅渣试验，需用激光测厚仪对溅渣前后的炉衬厚度进行精确测量；试验完毕后对耳轴薄弱区域的炉衬厚度进行分析处理，得图3。由图3可知，试验结果与溅渣护炉靶向溅渣的目标较为相符。
实施例2
本实施例的一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法，在马钢股份300吨顶底复吹转炉成功试验，参照附图1所示，本实施例通过建立靶向精确溅渣枪位控制数学计算模型，实现了对炉衬薄弱区域做到“指哪打哪”的靶向精确溅渣控制，使溅渣护炉过程的可控制性、可操作性增强，消除现溅渣方法带来炉型不规则问题。具体过程为：
(1)首先对现场工艺参数进行收集、筛选，了解设备运行状况；本转炉吹炼时所用氧枪的工艺参数为：氧枪喷孔数为5；工作压力为0.98MPa，符合试验要求；喷孔与氧枪中心线夹角为16°，符合试验要求；拉瓦尔喷头的喷孔扩张角4.5°，转炉熔池直径为6.74m。
(2)出钢结束后或停炉等待时，由现场工人操作激光测厚仪精确测量炉衬具体形状；由作业长对测厚图纸分析得出，近期出钢口下部附近侵蚀较为严重，为整个炉体相对薄弱区域；即得出靶向溅渣区域高度H范围为6.0m～7.5m。
(3)将上述所描述的数据值，带入根据物理模拟、数值模拟以及现场大量试验修正而建立好的靶向溅渣枪位控制数学计算模型中，通过运算得出要想对出钢口下部薄弱区域进行靶向溅渣，需将溅渣枪位h控制在2.69m～2.73m之间。
(4)每次进行靶向溅渣试验，需用激光测厚仪对溅渣前后的炉衬厚度进行精确测量；试验完毕后对出钢口下部薄弱区域的炉衬厚度进行分析处理，得图4。由图4可知，试验结果与溅渣护炉靶向溅渣的目标较为相符。
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 (1)

1.一种转炉溅渣护炉靶向溅渣枪位控制的方法，其特征在于：出钢结束或停炉等待时，测量炉衬各部位的侵蚀情况，得出炉衬薄弱区域高度，即需靶向溅渣区域高度H，建立靶向溅渣枪位控制的数学计算模型，利用该数学计算模型确定溅渣枪位，溅渣完毕后，进行下一炉冶炼；
数学计算模型中，氧枪喷孔射出气流实际夹角θ具体为：
θ＝-(0.06α+1.2)h4+(20.75-0.66α)h3-(2.22α-15.8)h2+(2.77α-37.05)h+1.12α-2.7+β
其中，θ为氧枪喷孔射出气流与氧枪中心线实际夹角，°；α为喷孔与氧枪中心线夹角，°；β为喷孔扩张角，°；h为溅渣时氧枪枪位高度，m；
氧枪溅渣枪位高度h与靶向溅渣区域H之间量化控制具体为：
Figure FDA0003358185330000011
其中，θ为氧枪喷孔射出气流与氧枪中心线实际夹角，°；h为溅渣时氧枪枪位高度，m；n为氧枪喷孔数；D为转炉熔池直径，m；
Figure FDA0003358185330000012
为靶向溅渣区域波动系数，取0.95～1.05；
溅渣护炉所用氧枪的喷孔与氧枪中心线夹角α范围为：13°～17°；
溅渣护炉所用氧枪的氮气工作压力控制在0.96MPa～1.08MPa。
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