CN112522476A - 一种预测rh精炼钢水碳含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，所述方法包括，S1，获取RH精炼钢水中碳的质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式；所述关系式为A＝a×[C]‑b×10‑4，其中，a的取值为210‑305，b的取值为1.5‑6.5；S2，在RH精炼过程中，实时监测废气中CO和CO2总体积分数；S3，根据步骤S1中的关系式和步骤S2中CO和CO2总体积分数，确定RH精炼钢水中的碳含量。采用本发明公开的预测RH精炼钢水中碳含量的方法，所用时间远远比传统的取样化验的时间短，平均脱碳时间至少缩短5min，可显著降低生产成本，且碳含量预测准确率可达97％以上。
Description
技术领域
本发明属于钢水RH精炼技术领域，尤其涉及一种预测RH精炼钢水碳含量的方法。
背景技术
RH精炼是生产超低碳钢的重要炉外精炼方式，是钢水脱碳的重要方法。在RH精炼过程中，通常了解钢水碳含量的变化是通过取样化验的方式，即对钢水进行取样，然后制样、送样、化验，最后得出试样的化学成分，这个过程一般需要3～5分钟的时间。这种传统监测钢水脱碳过程成分的方法是准确和有效的测量方式，但在判断钢水脱碳终点时，这种方法由于取样、送样和化验时间较长，增加了等待时间，从而延长了RH处理周期，同时钢水存在过度脱碳的现象。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明提供了一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，以快速有效的判断钢水中的碳含量，从而判断钢水中的碳含量是否达到目标，来确定下一道工序，提高RH精炼生产效率，缩短脱碳周期。
本发明提供了一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，所述方法包括，
S1，获取RH精炼钢水中碳的质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式；所述关系式为A＝a×[C]-b×10-4，其中a的取值为210-305，b的取值为1.5-6.5；
S2，在RH精炼过程中，实时监测废气中CO和CO2总体积分数；
S3，根据步骤S1中的关系式和步骤S2中CO和CO2总体积分数，确定RH精炼钢水中的碳含量。
进一步地，所述RH精炼钢水的目标碳含量为0.0009-0.0024％时，步骤S1中a的取值为210-220，b的取值为6.0-6.5。
进一步地，所述a的取值为215，所述b的取值为6.3。
进一步地，所述RH精炼钢水的目标碳含量为C≤0.0009％时，步骤S1中的a取值为295-305，b的取值为1.5-2.0。
进一步地，所述a的取值为300，所述b的取值为1.8。
进一步地，所述获取RH精炼钢水碳的质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式，包括，
RH精炼过程中取钢水样；
检测所述钢水样的碳质量分数，记录所述取钢水样时刻废气中CO和CO2的总体积分数；
根据所述检测的钢水样的碳质量分数和所述取钢水样时刻的废气中CO和CO2的总体积分数，确定钢水中的碳质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式。
进一步地，所述取钢水样的频率为在脱碳中后期每隔1min取1个钢水样，所述取钢水样的炉次为40-60炉。
进一步地，所述RH精炼开始时，钢水中碳的质量分数为0.02-0.04％，所述RH钢水温度为1560～1620℃。
进一步地，所述RH精炼过程中，真空室最低压力为30～80Pa，真空处理时间为16～30min。
进一步地，所述RH精炼钢水的重量为300±10t。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供了一种预测RH精炼钢水碳含量的方法。在RH精炼钢水脱碳过程中，钢水中脱除的碳全部进入废气中，形成含以CO和CO2气体为主的脱碳产物，因此废气中CO+CO2的体积分数与钢水中的碳质量分数变化有着显著的对应关系。在RH精炼脱碳初期，钢水中碳含量较高，脱碳反应剧烈，废气中CO+CO2的体积分数也较高；随着脱碳反应的进行，在脱碳末期，反应缓慢，产生的脱碳产物较少，此时废气中CO+CO2的体积分数也较低。在脱碳过程中，尤其是脱碳中后期，钢水中的碳含量与废气中的CO+CO2含量呈现一定的线性对应关系，即A＝a×[C]-b×10-4。根据检测的废气中CO和CO2总体积分数以及该关系式，就可以预测此时RH精炼钢水中的碳含量，将钢水中的碳含量与目标碳含量比较，就可以确定是否达到了脱碳终点。如果预测的碳含量比目标碳含量高，则未达到冶炼终点，如果预测的碳含量与目标碳含量一致，则表示达到了冶炼终点。由于废气中CO和CO2体积分数的数值是实时监测的，随时可以获取，因此，这种方法预测的RH精炼钢水中碳含量的时间远远比传统的取样、送样和检测的时间短，可使平均脱碳时间缩短至少5min，且碳含量预测准确率可达97-100％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法步骤图；
图2为实施例1中记录的废气中CO和CO2总体积分数与钢水中碳含量的分布图；
图3为实施例4中记录的废气中CO和CO2总体积分数与钢水中碳含量的分布图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例提供了一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，图1为本发明实施例的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法步骤图，结合图1，所述方法包括，
S1，获取RH精炼钢水中碳的质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式；所述关系式为A＝a×[C]-b×10-4，其中，a的取值为210-305，b的取值为1.5-6.5；
S2，在RH精炼过程中，实时监测废气中CO和CO2总体积分数；
S3，根据步骤S1中的关系式和步骤S2中CO和CO2总体积分数，预测RH精炼钢水中的碳含量。
目前，在生产超低碳钢时，RH精炼一般是必不可少的冶炼工序。在RH精炼钢水脱碳过程中，钢水中脱除的碳全部进入废气中，形成含有以CO和CO2气体为主的脱碳产物，因此废气中CO+CO2的体积分数与钢水中的碳质量分数变化有着显著的对应关系。在RH精炼脱碳初期，钢水中碳含量较高，脱碳反应剧烈，废气中CO+CO2的体积分数也较高；随着脱碳反应的进行，在脱碳末期，反应缓慢，产生的脱碳产物较少，此时废气中CO+CO2的体积分数也较低。在脱碳中后期，钢水中的碳含量与废气中CO+CO2含量呈现一定的线性对应关系，即A＝a×[C]-b×10-4。根据检测的废气中CO和CO2总体积分数以及该关系式，就可以预测此时RH精炼钢水中的碳含量，将钢水中的碳含量与目标碳含量比较，就可以确定是否达到了脱碳终点。如果预测的碳含量比目标碳含量高，则未达到冶炼终点，如果预测的碳含量与目标碳含量一致，则表示达到了冶炼终点。由于废气中CO和CO2体积分数的数值是实时监测的，随时可以获取，因此，这种方法预测的RH精炼钢水中碳含量的时间远远比传统的取样化验的时间短，可使平均脱碳时间减少至少5min，且碳含量预测准确率可达97％以上，节约了生产成本，同时更加利于超低碳钢冶炼全流程的高效化协同操作。
在本发明中，A表示废气中CO和CO2总体积分数，[C]表示RH精炼钢水中的碳质量分数。
当判断钢水中的碳含量达到目标后，就可进行脱氧合金化等后续操作。
该方法还可以实时了解脱碳中后期钢水中的碳含量，为技术人员掌握钢水中的碳含量变化，优化脱碳工艺提供数据支撑。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述RH精炼钢水的目标碳含量为0.0009-0.0024％时，步骤S1中a的取值为210-220，b的取值为6.0-6.5。
作为本发明实施例的一种实施方式，更优选的，所述a的取值为215，所述b的取值为6.3，即表达式为A＝215×[C]-6.3×10-4。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述RH精炼钢水的目标碳含量为[C]≤0.0009％时，步骤S1中的a取值为295-305，b的取值为1.5-2.0。
作为本发明实施例的一种实施方式，优选的，所述a的取值为300，所述b的取值为1.8，即关系式为A＝300×[C]-1.8×10-4。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述获取RH精炼钢水碳的质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式，包括，
RH精炼过程中取钢水样；
检测所述钢水样的碳质量分数，记录所述取钢水样时刻废气中CO和CO2的总体积分数；
根据所述检测的钢水样的碳质量分数和所述取钢水样时刻的废气中CO和CO2的总体积分数，确定钢水中的碳质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述取钢水样的频率为在脱碳中后期每隔1min取1个钢水样，所述取钢水样的炉次为40-60炉。
取钢水样的频率不易过小，否则可能导致后续获得的关系式不准确，从而影响钢水中碳含量判断的准确率。受生产实际的影响，取钢水样的频率也不可能过大。具体可以根据现场情况进行灵活调节。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述RH精炼开始时，钢水中碳的质量分数为0.02-0.04％，所述RH钢水温度为1560～1620℃。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述RH精炼过程中，真空室最低压力为30～80Pa，真空处理时间为16～30min。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述RH精炼钢水的重量为300±10t。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法进行详细说明。
实施例1
实施例1提供了一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，冶炼钢种为IF钢，其成品化学成分为：0.0015％≤C≤0.0030％，Si≤0.03％、0.05％≤Mn≤0.15％、P≤0.15％、S≤0.15％、0.035％≤Alt≤0.065％、0.04％≤Ti≤0.06％。RH精炼钢水目标碳含量为0.0009-0.0024％，每炉次RH精炼处理钢水重量为300±10t。具体操作步骤如下：
(1)RH到站钢水碳含量为0.02-0.04％，RH精炼过程中，从抽真空处理开始8min时每隔1min取一钢水试样，直到第13min，每炉次共取6个钢水试样，取样实验炉次共计40炉，同时记录取样时刻废气中CO和CO2总体积分数。
(2)检测步骤(1)中所有钢水试样进行碳含量分析；
(3)将步骤(2)中钢水试样碳含量和对应时刻的废气中CO+CO2总体积分数(设定为A)进行归纳分析，得出二者的关系式为A＝215×[C]-6.3×10-4；
(4)RH进站，钢水温度为1560～1610℃，在RH精炼过程中，监测废气中CO和CO2总体积分数，从关系式计算可以得出，当废气中CO+CO2体积分数降低到0.45％时，钢水中碳含量已经可以降低到0.0024％，达到精炼结束目标碳含量，此时可以停止脱碳，进行合金化等操作。RH脱碳结束时加入Al粒，三分钟后加入Ti-Fe合金，之后进行钢水纯循环操作，最后进行破空，结束精炼。其中，RH真空极限压力为30-80Pa，真空处理时间为17-23min最后进行破空，结束精炼。
实施例2
实施例2以实施例1为参照，与实施例1不同的是废气中CO+CO2总体积分数(设定为A)与RH钢水碳含量的关系式为A＝240×[C]-4.5×10-4；
当废气中CO+CO2体积分数降低到0.53％时，钢水中碳含量已经可以降低到0.0024％，达到精炼结束目标碳含量。
实施例3
实施例3以实施例1为参照，与实施例1不同的是废气中CO+CO2总体积分数(设定为A)与RH钢水碳含量的关系式为A＝220×[C]-6.5×10-4；
当废气中CO+CO2体积分数降低到0.46％时，钢水中碳含量已经可以降低到0.0024％，达到精炼结束目标碳含量。
对比例1
对比例1采用传统RH精炼碳含量控制方法，冶炼钢种为IF钢，其成品化学成分为：C≤0.0030％，Si≤0.03％、0.05％≤Mn≤0.15％、P≤0.15％、S≤0.15％、0.035％≤Alt≤0.065％、0.04％≤Ti≤0.06％。RH脱碳结束目标C为0.0009-0.0024％，每炉次RH精炼处理钢水重量为300±10t。具体操作步骤如下：
(1)RH到站钢水碳含量为0.02-0.04％，按常规精炼脱碳方式进行处理；
(2)精炼到10min左右取钢水样，然后进行制样、送样和化验，待化验成分返回后进行碳含量判断；
(3)如碳含量高于目标C，则继续真空精炼，然后取样、制样、送样和化验，直至化验后的钢样碳含量在目标碳含量的范围内；
(4)当步骤(3)的样品碳含量符合目标C含量的范围时，则进行合金化等操作，先加入Al粒，三分钟后加入Ti-Fe合金，之后进行钢水纯循环操作，最后进行破空，结束精炼。其中，RH真空极限压力为30-80Pa，真空处理时间为23-28min，终点碳均值为0.0010％
实施例4
实施例4提供了一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，冶炼钢种为IF钢，其成品化学成分为：C≤0.0015％，Si≤0.03％、0.09％≤Mn≤0.15％、P≤0.12％、S≤0.12％、0.035％≤Alt≤0.065％、0.05％≤Ti≤0.08％。RH脱碳结束目标C≤0.009％，每炉次RH精炼处理钢水重量为300±10t。具体操作步骤如下：
(1)RH到站钢水碳含量在0.02-0.04％，RH精炼过程中，从抽真空处理开始10min时每隔1min取一钢水试样，直到第18min，每炉次共取9个钢水试样，取样实验炉次共计50炉，同时记录取样时刻废气中CO和CO2总体积分数。
(2)检测步骤(1)中所有钢水试样进行碳含量分析；
(3)将步骤(2)中钢水试样碳含量和对应时刻的废气中CO+CO2总体积分数(设定为A)进行归纳分析，得出二者的关系式为A＝300×[C]-1.8×10-4；
(4)RH进站，钢水温度为1570～1620℃，在RH精炼过程中，根据废气中CO和CO2总体积分数，从关系式计算可以得出，当废气中CO+CO2体积分数降低到0.25％时，钢水中碳含量已经可以降低到0.0009％，达到精炼结束目标碳含量，此时可以停止脱碳，进行合金化等操作。RH脱碳结束时加入Al粒，三分钟后加入Ti-Fe合金，之后进行钢水纯循环操作，最后进行破空，结束精炼。其中，RH真空极限压力为30-80Pa，真空处理时间为18-23min，最后进行破空，结束精炼。
实施例5
实施例5以实施例4为参照，与实施例1不同的是废气中CO+CO2总体积分数(设定为A)与RH钢水碳含量的关系式为A＝295×[C]-1.5×10-4；
因此，当废气中CO+CO2体积分数降低到0.25％时，钢水中碳含量已经可以降低到0.0009％，达到精炼结束目标碳含量。
实施例6
实施例6以实施例4为参照，与实施例2不同的是废气中CO+CO2总体积分数(设定为A)与RH钢水碳含量的关系式为A＝270×[C]-2.5×10-4；
当废气中CO+CO2体积分数降低到0.22％时，钢水中碳含量已经可以降低到0.0009％，达到精炼结束目标碳含量。
对比例2
对比例2采用传统RH精炼碳含量控制方法，冶炼钢种为IF钢，其成品化学成分为：C≤0.0015％，Si≤0.03％、0.09％≤Mn≤0.15％、P≤0.12％、S≤0.12％、0.035％≤Alt≤0.065％、0.05％≤Ti≤0.08％。RH脱碳结束目标C≤0.009％，每炉次RH精炼处理钢水重量为300±10t。具体操作步骤如下：
(1)RH到站钢水碳含量为0.02-0.04％，按常规精炼脱碳方式进行处理；
(2)精炼到13min左右取钢水样，然后进行制样、送样和化验，待化验成分返回后进行碳含量判断；
(3)判断碳含量符合目标后进行合金化等操作，先加入Al粒，三分钟后加入Ti-Fe合金，之后进行钢水纯循环操作，最后进行破空，结束精炼。其中，RH真空极限压力为30-80Pa，真空处理时间为27-32min，终点碳均值为0.0006％。
在实际生产中分别采用实施例1-5、对比例1-2的方法，各自生产了50炉，并对真空处理平均时间，RH精炼脱碳终点碳以及预测准确率结果进行统计，如表1所示。
表1
根据表1中的数据可知，本发明实施例1-3的RH脱碳时间为9.7-10min，RH脱碳终点碳(均值)为0.0021％，预测准确率为97-100％。对比例1的脱碳时间为15min，RH脱碳终点碳(均值)为0.0010％，其脱碳时间比本发明长，且终点碳低，存在过度脱碳现象。本发明实施例4-6的RH脱碳时间为12.5-13.5min，RH脱碳终点碳(均值)为0.0009％，预测准确率为97-99％。对比例1的脱碳时间为19min，RH脱碳终点碳(均值)为0.0006％，其脱碳时间比本发明长，且终点碳低，同样存在过度脱碳现象。
本发明实施例提供了一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，利用获得的脱碳中后期废气中的CO+CO2总体积分数与RH精炼钢水中的碳质量分数的关系式以及实施监测的废气中CO+CO2总体积分数，来预测RH精炼钢水中的碳含量。通过这种方法，可以使平均脱碳时间缩短至少5min，准确率为97-100％，提高了生产效率。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述方法包括，
S1，获取RH精炼钢水中碳的质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式；所述关系式为A＝a×[C]-b×10-4，其中，a的取值为210-305，b的取值为1.5-6.5；
S2，在RH精炼过程中，实时监测废气中CO和CO2总体积分数；
S3，根据步骤S1中的关系式和步骤S2中CO和CO2总体积分数，确定RH精炼钢水中的碳含量。
2.根据权利要求1所述的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述RH精炼钢水的目标碳含量为0.0009-0.0024％时，步骤S1中a的取值为210-220，b的取值为6.0-6.5。
3.根据权利要求2所述的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述a的取值为215，所述b的取值为6.3。
4.根据权利要求1所述的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述RH精炼钢水的目标碳含量为C≤0.0009％时，步骤S1中的a取值为295-305，b的取值为1.5-2.0。
5.根据权利要求4所述的一种预测RH精炼末期钢水碳含量的方法，其特征在于，所述a的取值为300，所述b的取值为1.8。
6.根据权利要求1所述的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述获取RH精炼钢水中碳的质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式，包括，
RH精炼过程中取钢水样；
检测所述钢水样的碳质量分数，记录所述取钢水样时刻废气中CO和CO2的总体积分数；
根据所述检测的钢水样的碳质量分数和所述取钢水样时刻的废气中CO和CO2的总体积分数，确定钢水中的碳质量分数与对应的废气中CO和CO2总体积分数的关系式。
7.根据权利要求6所述的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述取钢水样的频率为在脱碳每隔1min取1个钢水样，所述取钢水样的炉次为40-60炉。
8.根据权利要求1所述的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述RH精炼开始时，钢水中碳的质量分数为0.02-0.04％，所述RH钢水进站温度为1560～1620℃。
9.根据权利要求1所述的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述RH精炼过程中，真空室最低压力为30～80Pa，真空处理时间为16～30min。
10.根据权利要求1所述的一种预测RH精炼钢水碳含量的方法，其特征在于，所述RH精炼钢水的重量为300±10t。
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