CN112538556A - 一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法及摇炉方法 - Google Patents

一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法及摇炉方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法及摇炉方法，属于冶金自动化控制技术领域；本发明的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，以及包括该倾倒方法的出钢摇炉方法，当所述转炉需要进行出钢时，使转炉转动倾倒，当钢液液面漫过出钢口，且到达出钢口上方的炉帽时，根据钢液液面到出钢口竖直方向距离L，当L达到0.1m～0.3m时，打开出钢口进行出钢；且出钢过程中保持所述L值，其波动下限为0.02m，波动上限为0.05m，直至钢水倾倒结束；上述钢水倾倒方法可以保证在出钢过程中，钢液表面的钢渣可以远离出钢口，避免下渣量过大；同时可以保证钢液远离转炉炉口，在一定程度上杜绝了溢钢的可能性，在一定程度上避免出钢过程中的安全隐患。

Description

一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法及摇炉方法
技术领域
本发明涉及冶金自动化控制技术领域，更具体地说，涉及一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法及转炉出钢摇炉方法。
背景技术
目前转炉冶炼控制已经实现自动化，正朝着智能化炼钢的方向发展。转炉全自动炼钢和智能炼钢，自动出钢都是其中重要一环，转炉出钢过程由于需要通过摇炉实现转炉倾动，达到出钢之目的，自动出钢能有效提高炼钢成功率、缩短出钢周期、改善工人的工作环境并减轻工人的劳动强度。
但是目前就算是自动出钢，其出钢时间也是按照以往转炉出钢经验设置的固定参数，没有按照各个转炉具体的工况实现转炉个性化出钢，尤其是出钢时间的把控，如果出钢时间过早，容易导致出钢下渣量增加，如果出刚过晚，极易导致溢钢事故的发生，十分危险，因此，现亟需一种自动化出钢过程中使用的转炉倾倒出钢方法。
经检索，公开号为CN110616288A的专利公开了一种转炉全自动出钢方法及系统，其方案中公开以下出钢方法：具体步骤包括：
(1)通过计算获取转炉内冶炼钢水的重量G1；
(2)基于转炉内冶炼钢水的重量G1设定转炉在开始出钢时的初始角度θ0；
(3)开始出钢后，根据出钢时间而调节转炉倾角θ，同时控制钢包台车行走位移量xt，以使钢包台车始终位于出钢钢流冲击点；
(4)当检测到出钢结束条件时，停止出钢并且抬炉。
上述方案虽然提及结合转炉内冶炼钢水的重量对出钢过程进行调控，但是仍然无法解决出钢开始或者结束以及中间过程钢水中钢渣对于出钢的影响。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于，针对现有技术中倒钢过程中开始出钢点难以把握导致出钢下渣量大以及安全隐患大的技术问题，提供一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法及转炉出钢摇炉方法；该方案结合转炉内钢液实际状态对出钢点进行控制，改善出钢效果并且在一定程度上杜绝出钢过程中存在的安全隐患。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，当所述转炉需要进行出钢时，使转炉转动倾倒，当钢液液面漫过出钢口，且到达出钢口上方的炉帽时，根据钢液液面到出钢口竖直方向距离L，当L达到0.10m～0.30m时，打开出钢口进行出钢；且出钢过程中保持所述L值，其波动下限为0.02m，波动上限为0.05m，直至钢水倾倒结束。
优选地，所述钢液液面到出钢口竖直方向距离L通过计算得到，计算方法为：
步骤一、先计算转炉内钢水体积Vsteel0；
步骤二、根据炉内钢水体积Vsteel0计算钢液液面与转炉炉底的接触处到转炉侧壁的距离B，根据以下公式计算：
Figure BDA0002789458100000021
其中，
H0：钢水在转炉侧壁的高度，单位：m；
D0：转炉炉底直径，单位：m；
步骤三、计算钢液液面到出钢口竖直方向距离L，根据以下公式计算：
L＝B-H/tanθ
θ：转炉倾斜后其中轴线与垂直方向的夹角；转炉摇炉，向前摇炉的角度为正，向后摇炉角度为负值，取值为正。
优选地，所述钢水体积Vsteel0的计算方式为：
Vsteel0＝(π/4)×(D0^2)×h0
h0：钢水在转炉侧壁的高度，单位：m；
D0：转炉炉底直径，单位：m；
优选地，所述钢水体积Vsteel0的计算方式为：
所述钢水体积Vsteel0的计算方式为：
Vsteel0＝Wsteel0/ρsteel
Wsteel0：转炉内钢水质量，单位：t；
ρsteel：转炉内钢水质量，单位：t/m3；
所述Wsteel0的计算方式为：
Wsteel0＝(Wiron+Wscrap+Wore×P1)×P2
Wsteel：炉内钢水量，单位：t；
Wiron：入炉铁水量，单位：t；
Wscrap：入炉废钢量，单位：t；
Wore：入炉铁矿石量，单位：t；
P1：铁矿石含铁百分比，单位：％，一般取值45％～65％；
P2：主原料钢水收得率，取值0.91～0.94。
优选地，转炉转动角度大于90°后，钢液液面与转炉侧壁接触处到转炉侧壁与炉帽连接处的距离为H，当H≤d0时，关闭出钢口结束出钢，所述d0为转炉出钢口直径。
优选地，所述H通过计算得到，所述计算公式为：
H＝L/Tan(π/2-θ)
θ：转炉倾斜后其中轴线与垂直方向的夹角；转炉摇炉，向前摇炉的角度为正，向后摇炉角度为负值，取值为正；
或通过以下计算公式计算：
Figure BDA0002789458100000031
Vsteel1：转炉内实时钢水体积，单位：t/m3；其通过Vsteel0减去钢包车内承接的钢水体积计算得到。
优选地，转炉出钢口开启时转炉的倾动角度α，所述α＝arcTan((B-L)/H0)+σ，所述σ取值-1°～+3°；
转炉出钢口关闭时转炉的倾动角度β，所述倾动角度β的计算方式为：β＝π/2+arctan(L/d0)；
整个转炉倾倒出钢时间为t0，转炉倾倒角速度为：v＝(β-α)/t0。
优选地，所述出钢结束时间：
Figure BDA0002789458100000032
Figure BDA0002789458100000033
vst表示钢水流出出钢口的速度；单位为t/m3。
优选地，倾倒出钢过程中，保持：
L液≥L炉口+ω
L液≤L出钢口-δ
L＝L出钢口-L液
ω，δ为安全余量，单位m，取值0.05～0.10m
L：出钢口上方钢水的厚度，单位，m；
L炉口：转炉倾动角度为θ时，转炉炉口下沿离转炉耳轴中线的距离，单位，m；
L液：转炉倾动角度为θ时，转炉内钢水液面离转炉耳轴中线的距离，单位，m；
L出钢口：转炉倾动角度为θ时，转炉出钢口中心点离转炉耳轴中线的距离，单位，m。
本发明的一种转炉出钢摇炉方法，转炉先倾倒出钢，然后转炉回正，其中转炉倾倒出钢方法本发明前面所述的钢水倾倒方法。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，当所述转炉需要进行出钢时，使转炉转动倾倒，当钢液液面漫过出钢口，且到达出钢口上方的炉帽时，根据钢液液面到出钢口竖直方向距离L，当L达到0.1m～0.3m时，打开出钢口进行出钢；且出钢过程中保持所述L值，其波动下限为0.02m，波动上限为0.05m，直至钢水倾倒结束；上述钢水倾倒方法可以保证在出钢过程中，钢液表面的钢渣可以远离出钢口，避免下渣量过大，据统计转炉下渣量减少150kg/炉；同时可以保证钢液远离转炉炉口，在一定程度上杜绝了溢钢的可能性，在一定程度上避免自动出钢过程中的安全隐患。
(2)本发明的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，转炉转动角度大于90°后，钢液液面与转炉侧壁接触处到转炉侧壁与炉帽连接处的距离为H，当H≤D0时，关闭出钢口结束出钢，所述D0为转炉炉底直径；上述转炉倾倒结束点的把控，不仅可以避免下渣量增加，同时减少转炉内的留钢。
(3)本发明的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，转炉出钢口开启时转炉的倾动角度α，所述α＝arcTan((B-L)/H0)+σ，所述σ取值-1°～+3°；转炉出钢口关闭时转炉的倾动角度β，所述倾动角度β的计算方式为：β＝π/2+arctan(L/D0)；整个转炉倾倒出钢时间为t0，转炉倾倒角速度为：v＝(β-α)/t0；上述出钢速度的控制，可以减少因观察不到位等因素导致炉内留钢量波动，提高金属元素收得率；并且可以保证钢水出钢过程稳定，实现转炉内渣-钢分离过程稳定，减少因卷渣、带渣等因素污染钢水，提高了钢水品质和纯净度。
(4)减少出钢时间，提高炼钢节奏：本发明的一种转炉出钢摇炉方法，转炉先倾倒出钢，然后转炉回正，其中转炉倾倒出钢方法本发明前面所述的钢水倾倒方法；控制出钢总时间，提高炼钢节奏，据统计出钢时间可以减少1分钟/炉。
附图说明
图1为本发明的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法的转炉倾倒状态示意图；
图2为本发明的一种转炉的示意图；
图3为本发明的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法的流程示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴；除此之外，本发明的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。
实施例1
本实施例的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，当所述转炉需要进行出钢时，使转炉转动倾倒，当钢液液面漫过出钢口，且到达出钢口上方的炉帽时，根据钢液液面到出钢口竖直方向距离L，当L达到0.10m～0.30m时，打开出钢口进行出钢；且出钢过程中保持所述L值，其波动下限为0.02m，波动上限为0.05m，直至钢水倾倒结束。上述钢水倾倒方法可以保证在出钢过程中，钢液表面的钢渣可以远离出钢口，避免下渣量过大；同时可以保证钢液远离转炉炉口，在一定程度上杜绝了溢钢的可能性，在一定程度上避免出钢过程中的安全隐患。本实施例在最终技术效果统计中表明转炉下渣量可以减少150kg/炉。
更具体的，如图1～3所示，本实施例中，
所述钢液液面到出钢口竖直方向距离L通过计算得到，计算方法为：
步骤一、先计算转炉内钢水体积Vsteel0；
步骤二、根据炉内钢水体积Vsteel0计算钢液液面与转炉炉底的接触处到转炉侧壁的距离B，根据以下公式计算：
Figure BDA0002789458100000051
其中，
H0：钢水在转炉侧壁的高度，单位：m；
D0：转炉炉底直径，单位：m；
步骤三、计算钢液液面到出钢口竖直方向距离L，根据以下公式计算：
L＝B-H/tanθ
θ：转炉倾斜后其中轴线与垂直方向的夹角。
其中，所述钢水体积Vsteel0的计算方式为：
Vsteel0＝(π/4)×(D0^2)×h0
h0：钢水在转炉侧壁的高度，单位：m；
D0：转炉炉底直径，单位：m。
但是为了结合转炉内实际钢液状态进行出钢，其计算方式还可以通过以下方式计算：所述钢水体积Vsteel0的计算方式为：
Vsteel0＝Wsteel0/ρsteel
Wsteel0：转炉内钢水质量，单位：t；
ρsteel：转炉内钢水质量，单位：t/m3；
所述Wsteel0的计算方式为：
Wsteel0＝(Wiron+Wscrap+Wore×P1)×P2
Wsteel：炉内钢水量，单位：t；
Wiron：入炉铁水量，单位：t；
Wscrap：入炉废钢量，单位：t；
Wore：入炉铁矿石量，单位：t；
P1：铁矿石含铁百分比，单位：％，一般取值45％～65％；
P2：主原料钢水收得率，取值0.91～0.94，本实施例为0.93。
当转炉转动角度大于90°后，整个过程中都在进行出钢，钢液液面与转炉侧壁接触处到转炉侧壁与炉帽连接处的距离为H，当H≤d0时，关闭出钢口结束出钢，所述d0为转炉炉底直径。
本实施例中更为具体的，
所述H通过计算得到，所述计算公式为：
H＝L/Tan(π/2-θ)
θ：转炉倾斜后其中轴线与垂直方向的夹角；转炉摇炉，向前摇炉的角度为正，向后摇炉角度为负值。为了计算方便，此处取值为正。
或者为了更加切合实际转炉中钢液状态，还可以通过以下方式进行计算：
Figure BDA0002789458100000061
Vsteel1：转炉内实时钢水体积，单位：t/m3；其通过Vsteel0减去钢包车内承接的钢水体积计算得到。上述转炉倾倒结束点的把控，不仅可以避免下渣量增加，同时减少转炉内的留钢。
而整个过程中，对于转炉转动速度的控制也至关重要，转炉出钢口开启时转炉的倾动角度α，所述α＝arcTan((B-L)/H0)+σ，所述σ取值-1°～+3°；
转炉出钢口关闭时转炉的倾动角度β，所述倾动角度β的计算方式为：β＝π/2+arctan(L/d0)；
整个转炉倾倒出钢时间为t0，转炉倾倒角速度为：v＝(β-α)/t0。
其中t0的计算方式为：
Figure BDA0002789458100000071
Figure BDA0002789458100000072
vst表示钢水流出出钢口的速度；单位为t/m3。
通过上述出钢速度的控制，可以减少因观察不到位等因素导致炉内留钢量波动，提高金属元素收得率；并且可以保证钢水出钢过程稳定，实现转炉内渣-钢分离过程稳定，减少因卷渣、带渣等因素污染钢水，提高了钢水品质和纯净度。
需要说明的是，为了保证出钢过程中的安全性，倾倒出钢过程中，保持：
L液≥L炉口+ω
L液≤L出钢口-δ
ω，δ为安全余量，单位m，取值0.05～0.10m
L炉口：转炉倾动角度为θ时，转炉炉口下沿离转炉耳轴中线的距离，单位，m；
L液：转炉倾动角度为θ时，转炉内钢水液面离转炉耳轴中线的距离，单位，m；
L出钢口：转炉倾动角度为θ时，转炉出钢口中心点离转炉耳轴中线的距离，单位，m。
本实施例中，以某厂150吨转炉为例，当L在0.23m时，打开出钢口进行出钢；按照上述方法进行转炉出钢。
实施例2
本实施例中，以某厂200吨转炉为例，当L在0.28m时，打开出钢口进行出钢；按照上述方法进行转炉出钢。
实施例1、2给出的一种转炉出钢摇炉方法，转炉先倾倒出钢，然后转炉回正，其中转炉倾倒出钢方法为前面实施例1、2中所述的钢水倾倒方法。具体流程如图3所示。
实施例1与实施例2使用效果统计，钢铁料的收得率分别提高了0.17％和0.18％，减少了铁元素损失。下表为实施过程统计数据。
实施使用效果统计表(主原料钢水收得率)
Figure BDA0002789458100000073
Figure BDA0002789458100000081
实施例1与实施例2使用效果统计，计出钢时间平均减少0.4分钟/炉和0.63分钟/炉，下表为下表为实施过程统计数据。
实施使用效果统计表(出钢时间)
Figure BDA0002789458100000082
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (10)

1.一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，当所述转炉需要进行出钢时，使转炉转动倾倒，当钢液液面漫过出钢口，且到达出钢口上方的炉帽时，根据钢液液面到出钢口竖直方向距离L，当L达到0.10m～0.30m时，打开出钢口进行出钢；且出钢过程中保持所述L值，其波动下限为0.02m，波动上限为0.05m，直至钢水倾倒结束。
2.根据权利要求1所述的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，所述钢液液面到出钢口竖直方向距离L通过计算得到，计算方法为：
步骤一、先计算转炉内钢水体积Vsteel0；
步骤二、根据炉内钢水体积Vsteel0计算钢液液面与转炉炉底的接触处到转炉侧壁的距离B，根据以下公式计算：
Figure FDA0002789458090000011
其中，
H0：钢水在转炉侧壁的高度，单位：m；
D0：转炉炉底直径，单位：m；
步骤三、计算钢液液面到出钢口竖直方向距离L，根据以下公式计算：
L＝B-H/tanθ
θ：转炉倾斜后其中轴线与垂直方向的夹角；转炉摇炉，向前摇炉的角度为正，向后摇炉角度为负值，取值为正。
3.根据权利要求2所述的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，所述钢水体积Vsteel0的计算方式为：
Vsteel0＝(π/4)×(D0^2)×h0
h0：钢水在转炉侧壁的高度，单位：m；
D0：转炉炉底直径，单位：m。
4.根据权利要求2所述的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，所述钢水体积Vsteel0的计算方式为：
所述钢水体积Vsteel0的计算方式为：
Vsteel0＝Wsteel0/ρsteel
Wsteel0：转炉内钢水质量，单位：t；
ρsteel：转炉内钢水质量，单位：t/m3；
所述Wsteel0的计算方式为：
Wsteel0＝(Wiron+Wscrap+Wore×P1)×P2
Wsteel：炉内钢水量，单位：t；
Wiron：入炉铁水量，单位：t；
Wscrap：入炉废钢量，单位：t；
Wore：入炉铁矿石量，单位：t；
P1：铁矿石含铁百分比，单位：％，一般取值45％～65％；
P2：主原料钢水收得率，一般取值0.91～0.94。
5.根据权利要求1所述的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，转炉转动角度大于90°后，钢液液面与转炉侧壁接触处到转炉侧壁与炉帽连接处的距离为H，当H≤d0时，关闭出钢口结束出钢，所述d0为转炉出钢口直径。
6.根据权利要求5所述的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，所述H通过计算得到，所述计算公式为：
H＝L/Tan(π/2-θ)
θ：转炉倾斜后其中轴线与垂直方向的夹角；转炉摇炉，向前摇炉的角度为正，向后摇炉角度为负值，取值为正；
或通过以下计算公式计算：
Figure FDA0002789458090000021
Vsteel1：转炉内实时钢水体积，单位：t/m3；其通过Vsteel0减去钢包车内承接的钢水体积计算得到。
7.根据权利要求3所述的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，
转炉出钢口开启时转炉的倾动角度α，所述α＝arcTan((B-L)/H0)+σ，所述σ取值-1°～+3°；
转炉出钢口关闭时转炉的倾动角度β，所述倾动角度β的计算方式为：β＝π/2+arctan(L/d0)；
整个转炉倾倒出钢时间为t0，转炉倾倒角速度为：v＝(β-α)/t0。
8.根据权利要求7所述的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，所述出钢结束时间：
Figure FDA0002789458090000022
Figure FDA0002789458090000023
vst表示钢水流出出钢口的速度；单位为t/m3。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种用于转炉自动化炼钢的转炉钢水倾倒方法，其特征在于，倾倒出钢过程中，保持：
L液≥L炉口+ω
L液≤L出钢口-δ
L＝L出钢口-L液
ω，δ为安全余量，单位m，取值0.05～0.10m
L：出钢口上方钢水的厚度，单位，m；
L炉口：转炉倾动角度为θ时，转炉炉口下沿离转炉耳轴中线的距离，单位，m；
L液：转炉倾动角度为θ时，转炉内钢水液面离转炉耳轴中线的距离，单位，m；
L出钢口：转炉倾动角度为θ时，转炉出钢口中心点离转炉耳轴中线的距离，单位，m。
10.一种摇炉方法，其特征在于，转炉先倾倒出钢，然后转炉回正，其中转炉倾倒出钢方法为权利要求1～9任一项所述的钢水倾倒方法。
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