CN114121175A - 控制lf炉加料及终点成分的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制LF炉加料及终点成分的方法，属于钢材冶炼技术领域。本发明针对钢中需求量较小但不可或缺的合金难以准确控制的问题，提供了一种控制LF炉加料及终点成分的方法，包括：通过式1计算合金加入量，式1：gi＝G0×(wi‑ai)/fi×ci；通过式2计算钢水终点成分，式2：aj＝(ai×G0+gi×fb×ci)/G。本发明通过对钢精炼过程中合金加入量进行预报和精炼末期钢中合金元素的成分进行预报，有助于钢的精准化生产，并对精炼终点成分进行检测，以便进行工艺上的成分微调，将极大地降低冶炼成本，提高服役性能与使用寿命有效降低了钢的冶炼成本，并且显著提高钢的品质。

Description

控制LF炉加料及终点成分的方法
技术领域
本发明属于钢材冶炼技术领域，具体涉及一种在LF炉精炼过程合金添加及终点成分预报模型。
背景技术
在钢水精炼过程中，合金及辅料添加和冶炼终点成分控制是很重要的环节，因为此环节将直接影响钢产品的品质，其中下料系统控制直接关系到添加合金和辅料的重量比和生产效率，更直接影响到精炼成本，包括精炼耐材成本、精炼辅材成本、精炼合金成本、精炼能耗成本等，各项成本占比分别约为4％、8％、82％、7％，可见下料系统的精度对于整个精炼环节的成本控制的重要性不言而喻。另外，精炼末期钢水中重要元素的含量对钢的品质起到至关重要的作用，如控制不好会出现一系列质量问题，包括偏析、缩孔等。
但目前国内精炼炉合金称量加料系统的调节方式主要靠生产操作人员凭经验在操作界面上手动调节预停值和高低速变速点实现，这样的操作方式使得控制精度较低，由于人为参与控制关键参数的控制过程中，因操作人员的失误，造成结果产生大范围偏差的几率也较高，显而易见，这样的控制会使生产效率都维持在一个较低的水平。
目前国内外有关LF炉中需求量较大的普通合金的监测及控制模型较多。但像G20CrNi2Mo类合金，铬铁和镍铁矿石等是精炼过程不可缺少的原料但价格昂贵，加料次数多不但增加了成本，也影响了产品质量。由于下料系统精度不高，冶炼过程中往往会出现二次补料的情况，无形中延长了冶炼周期。
与LF炉精炼过程合金加料及终点成分含量监测工艺有关的文献《提高LF炉加料控制精度的研究与应用》(甘肃冶金，张进忠，2018年10月，第40卷第5期)中提出了加料精度控制优化策略，设计新的迭代学习控制程序，提高LF炉加料控制精度和降低加料误差率。但该优化策略值只针对加料过程中的精度控制，避免了人为因素导致的对既定量的加入失误，未考虑到既定量的准确性，和冶炼过程中各元素的含量变化。
本发明中所涉及的模型，不仅可以对原料加入量有预测，避免了冶炼前合金加入量的偏差，而且对冶炼末期钢液中的成分可进行预测，进而可对成分进行微调以保证钢液质量。
发明内容
本发明针对类似G20CrNi2Mo钢中需求量较小但不可或缺的铬铁和镍铁等合金难以准确控制的问题，提供一种预报模型，对在加料过程中合金及辅料的加入量进行合理的预测，并对精炼末期钢种合金成分进行预测，避免了冶炼前合金加入量的偏差，便于及时进行成分调整控制，保证钢液质量。
本发明提供了一种控制LF炉加料及终点成分的方法，包括：
A、合金加料控制：
根据合金的收得率、合金目标钢种成分要求，通过式1计算合金加入量，式1：gi＝G0×(wi-ai)/fi×ci；式1中：gi为合金加入量/Kg；G0为钢包中钢水质量/kg；wi为钢水中目标元素成分控制量/％；ai为钢水中目标元素初始质量分数/％；fi为合金中目标元素的收得率/％；ci为合金中目标元素的含量/％；
B、终点成分控制：
根据收得率和合金品位，通过式2计算钢水终点成分，式2：aj＝(ai×G0+gi×fb×ci)/G；式中：aj为某元素终点质量分数/％，G为精炼后钢包中钢水质量/Kg，fb为合金中某元素的收得率/％；
加入合金前后钢水总量发生变化，为消除钢水总量变化对终点成分的影响，需要计算精炼后钢水的量，各元素在加入合金后的总量通过式3计算：mj＝(ai×G0+gi×fb×ci)；式3中：mj为某元素终点质量/Kg；精炼后钢水总量G通过式4计算：G＝m1+m2+m3+……mi。
其中，上述控制LF炉加料及终点成分的方法中，精炼钢中Cr含量除去转炉钢带入的Cr，剩下的全部来自于合金料，合金料为铬铁，则铬铁合金加入量
Figure BDA0003380545480000021
其中，上述控制LF炉加料及终点成分的方法中，精炼钢中Ni含量除去转炉钢带入的Ni，剩下的全部来自于合金料，合金料为镍铁，则镍铁合金加入量
Figure BDA0003380545480000022
本发明的有益效果：
本发明通过对钢精炼过程中合金及辅料的加入量进行预报和精炼末期钢中合金元素的成分进行预报，有助于钢的精准化生产，并对精炼终点成分进行检测，以便进行工艺上的成分微调，将极大地降低冶炼成本，提高服役性能与使用寿命有效降低了钢的冶炼成本，并且显著提高钢的品质。
附图说明
图1为铬铁投入模型预测值与实际值对比图。
图2为镍投入模型预测值与实际值对比图。
图3为模型应用前所产G20CrNi2Mo合金偏析图。
图4为模型应用后所产G20CrNi2Mo合金偏析图。
图5为终点铬模型预测值与实际值对比图。
图6为终点镍模型预测值与实际值对比。
具体实施方式
具体的，控制LF炉加料及终点成分的方法，其包括：
A、合金加料控制：
根据合金的收得率、合金目标钢种成分要求，通过式1计算合金加入量，式1：gi＝G0×(wi-ai)/fi×ci；式1中：gi为合金加入量/Kg；G0为钢包中钢水质量/kg；wi为钢水中目标元素成分控制量/％；ai为钢水中目标元素初始质量分数/％；fi为合金中目标元素的收得率/％；ci为合金中目标元素的含量/％；
B、终点成分控制：
根据收得率和合金品位，通过式2计算钢水终点成分，式2：aj＝(ai×G0+gi×fb×ci)/G；式中：aj为某元素终点质量分数/％，G为精炼后钢包中钢水质量/Kg，fb为合金中某元素的收得率/％；
加入合金前后钢水总量发生变化，为消除钢水总量变化对终点成分的影响，需要计算精炼后钢水的量，各元素在加入合金后的总量通过式3计算：mj＝(ai×G0+gi×fb×ci)；式3中：mj为某元素终点质量/Kg；精炼后钢水总量G通过式4计算：G＝m1+m2+m3+……mi。
本发明方法特别适用于对G20CrNi2Mo钢中的铬和镍合金进行预测。
采用本发明方法预报铬合金加料加入量时，精炼钢中Cr含量除去转炉钢带入的Cr，剩下的全部来自于合金料，合金料为铬铁，则铬铁合金加入量
Figure BDA0003380545480000031
采用本发明方法预报镍合金加料加入量时，精炼钢中Ni含量除去转炉钢带入的Ni，剩下的全部来自于合金料，合金料为镍铁，则镍铁合金加入量
Figure BDA0003380545480000032
本发明方法中，金属收得率为生产的钢坯产量与生产这批钢坯所消耗的钢铁料和其他合金料的总和的比值。
采用本发明方法预测合金加入量时，只需在冶炼间隙，即转炉向精炼炉过程中监测一次成分，便可通过模型对后续的加料给出精准的合金添加量，无需对钢种成分进行定时取样检测，且以前的操作人员对合金的加入量控制完全依靠在冶炼过程中的取样检测反馈结果使用铁锹凭借经验添加，这样一是增加了冶炼的危险性，并且增添了其他不可控因素对元素含量检测结果的准确性。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
将计算模型式1导入到炼钢厂加料系统内，使用时提前输入钢水加入量G、系统检测出的加入钢水中的铬或镍的含量w、铬或镍的终点成分控制需求量a，通过
Figure BDA0003380545480000041
和
Figure BDA0003380545480000042
预测出合金加入量后，只需将加入量输入加料机操作台便可准确装料。
以图1和2中第一炉为例，铬由原操作方式下加入的375kg，通过预测模型的合理预测，现加入量低至300kg，成本节约20％；镍由原操作方式下加入的1400kg，通过预测模型的合理预测，现加入量低至1275kg，成本节约9％。
由图1与图2可知，将本发明方法应用于以G20CrNi2Mo合金的冶炼生产中效果明显，可以看出，该预测模型使用前后，铬铁和镍铁在LF炉精炼的加入量有较大差别，由于对加入量进行了预测和监控，现每炉次的铬铁和镍铁加入量均小于原加入量，在一定程度上有效降低了冶炼成本。
根据图3与图4，模型使用后所产的G20CrNi2Mo合金较使用前有了很大程度的改善，该模型有效降低了冶炼后期由于合金元素的含量较大导致的元素偏析影响钢的质量。由图3和图4可见，图4中由于两种元素的含量经合理预测后，铬、镍最终含量处于合理的区间，不会因为过多，造成如图3中钢锭的元素偏析现象，导致钢质量较差。
现有技术中，合金加入量完全由现场工人凭借操作经验，根据炉内钢水的重量，估算合金量后在加料槽内装入即可，该操作完全没有进行精准控制，合金量的添加过多不仅增加了冶炼成本，更对钢锭成分含量的控制不利。
实施例2
预测模型使用前，冶炼终点的钢水中元素含量控制水平需由现场操作工人使用工具深入炉内取样后，送至化学分析检测，若成分偏低，则等待检测成分的时间可能会延误最佳的加料时机，且每一炉钢均有工人在1600℃的钢水中取样增加危险性。
采用本发明方法，通过预测模型可做到时刻冶炼后期监测炉内钢水的元素含量，若所需元素含量偏低，可及时通过加料或元素偏高可及时添加反应剂降低其含量，操作更为便捷有效。
根据图5与图6，使用该预测模型对精炼后期钢种合金元素进行检测预报，对于铬和镍两种微量元素来说，检测预报存在一定困难的情况下，其预报准确率较高，保证了该模型的使用既可减少现场工人的工作量、危险性，又可提高工作效率，减少元素含量检测时间。
因此本发明方法可全面适用于所有钢种的各种元素检测预报，该模型的广泛使用可大大降低钢精炼期间由元素含量较低导致的成分不足影响钢性能的可能，也避免了元素含量较高导致的元素堆积导致的偏析现象。

Claims (3)

1.控制LF炉加料及终点成分的方法，其特征在于：包括：
A、合金加料控制：
根据合金的收得率、合金目标钢种成分要求，通过式1计算合金加入量，式1：gi＝G0×(wi-ai)/fi×ci；式1中：gi为合金加入量/Kg；G0为钢包中钢水质量/kg；wi为钢水中目标元素成分控制量/％；ai为钢水中目标元素初始质量分数/％；fi为合金中目标元素的收得率/％；ci为合金中目标元素的含量/％；
B、终点成分控制：
根据收得率和合金品位，通过式2计算钢水终点成分，式2：aj＝(ai×G0+gi×fb×ci)/G；式中：aj为某元素终点质量分数/％，G为精炼后钢包中钢水质量/Kg，fb为合金中某元素的收得率/％；
加入合金前后钢水总量发生变化，为消除钢水总量变化对终点成分的影响，需要计算精炼后钢水的量，各元素在加入合金后的总量通过式3计算：mj＝(ai×G0+gi×fb×ci)；式3中：mj为某元素终点质量/Kg；精炼后钢水总量G通过式4计算：G＝m1+m2+m3+……mi。
2.根据权利要求1所述的控制LF炉加料及终点成分的方法，其特征在于：精炼钢中Cr含量除去转炉钢带入的Cr，剩下的全部来自于合金料，合金料为铬铁，则铬铁合金加入量
Figure FDA0003380545470000011
3.根据权利要求1所述的控制LF炉加料及终点成分的方法，其特征在于：精炼钢中Ni含量除去转炉钢带入的Ni，剩下的全部来自于合金料，合金料为镍铁，则镍铁合金加入量
Figure FDA0003380545470000012
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