CN114196795B - 一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法 - Google Patents
一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114196795B CN114196795B CN202010978684.8A CN202010978684A CN114196795B CN 114196795 B CN114196795 B CN 114196795B CN 202010978684 A CN202010978684 A CN 202010978684A CN 114196795 B CN114196795 B CN 114196795B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- manganese
- molten steel
- steel
- alloy
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/0006—Adding metallic additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/06—Deoxidising, e.g. killing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Abstract
本发明公开了一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，主要解决现有锰铁合金加入量控制不合理以及连铸钢水中碳含量和磷含量超标的技术问题。技术方案为：一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，包括以下步骤：获取当前炉次数据；计算钢水质量；计算连铸钢水中锰元素和非锰合金元素的控制目标；计算转炉冶炼终点钢水成分以及连铸钢水中碳和磷的冗余量；计算LF精炼炉处理后的钢水增碳量；计算铝合金收得率；计算转炉出钢过程中铝合金加入质量；计算钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量；计算转炉出钢过程中锰合金和非锰合金的加入质量；操控转炉出钢过程中合金加入。本发明方法在满足钢水成分的要求下大幅降低了合金成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢水的生产方法，特别涉及一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，属于钢的冶炼及连续铸造技术领域。
背景技术
转炉出钢过程需要对钢水进行脱氧以及钢水成分调整，即对钢水进行脱氧合金化，使出钢结束后钢包内钢水成分达到规定要求(RH真空脱碳钢种除外)。实际生产中使用的锰合金包括高碳锰铁、中碳锰铁和金属锰等，从成本上看，三者的价格依次增加；从质量上看，金属锰最为纯净，碳质量百分含量小于0.08％、磷质量百分量小于0.03％，加入钢水后不会造成碳和磷的超标，而高碳锰铁和中碳锰铁的碳、磷较高，两者的磷质量百分含量在0.1％～0.3％之间，碳质量百分含量有较大差异，高碳锰铁的碳质量百分含量在6％～7％，中碳锰铁的碳质量百分含量在1％～2％，高碳锰铁或中碳锰铁加入钢水后都会引起碳和磷的较大变化，使用不当时会造成碳和磷超标。因此在实现最经济的锰合金组合时，须考虑成本和钢水质量的影响。目前，在计算高碳锰铁、中碳锰铁和金属锰加入质量时虽然采用了线性规划，但是约束函数考虑不全，存在成本较高或一定的质量风险。
申请公布号为CN 110343805A的中国专利申请文件公开了钢包精炼炉钢水中硅锰成分控制装置及控制方法，通过逐步计算加入不同质量的高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁的钢水中碳质量百分含量是否超上限来确定锰铁合金的成本最优组合，同时取离当前炉次最近前n炉的历史收得率来动态调整元素收得率。此专利不能达到锰合金成本最优，且在确定锰合金组合时没有考虑钢水增磷以及其他合金对钢水成分的影响，极容易造成碳和磷超标，同时合金收得率设定较为简单，不同的钢水精炼方式以及合金加入量对收得率均有较大影响。
申请公布号为CN 110764412A的中国专利申请文件公开了一种炼钢合金投入量的控制方法，分阶段构建两个带松弛变量的线性规划模型，实现了钢水成分的精准控制，解决了以往线性规划方法无解的问题。该专利没有考虑钢水精炼方式、全部合金用量对钢水中碳、磷的影响，没有预留连铸钢水中碳和磷的冗余量，虽然实现了合金成本最优，但容易造成钢水中碳和磷的超标。
申请公布号为CN 107179703A的中国专利申请文件公开了炼钢合金投入量控制方法，通过比较参考炉元素实绩收得率与设定设定率的差异来得到学习收得率，采用线性规划计算得到炼钢区域合金投入量，从而降低合金成本。该专利未明确连铸钢水中合金元素目标成分控制范围，成本易偏高；在确定合金收得率时未考虑钢水精炼方式和合金加入量对收得率的影响，学习收得率会与实际产生较大偏差；在采用线性规划计算时总合金用量对钢水中碳、磷的影响、没有预留连铸钢水中碳和磷的冗余量，虽然实现了合金成本最优，但容易造成钢水中碳和磷的超标。
发明内容
本发明的目的是提供一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，主要解决现有锰铁合金加入量控制不合理以及连铸钢水中碳含量和磷含量超标的技术问题，从而实现保证钢水成分符合要求的同时降低锰合金成本。
本发明的技术思路是，根据钢种成分设计范围大小确定连铸钢水中锰元素和非锰合金元素的控制目标，通过选取历史炉次数据计算转炉冶炼终点钢水成分、合金收得率，增加碳冗余质量百分含量和磷冗余质量百分含量两个参数，用于修正钢种成分设计中的碳上限质量百分含量和磷上限质量百分含量，并将修正值作为实际的碳和磷的控制上限，将转炉出钢及钢水精炼过程中所加合金的钢水增碳及增磷、LF精炼炉处理后钢水增碳纳入约束条件，运用线性规划计算锰铁合金加入质量，并根据钢水精炼方式分配转炉出钢过程的合金加入质量，从而在确保连铸钢水成分满足要求的前提下实现不同锰合金的成本最优组合。
本发明采用的技术方案是，一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，包括以下步骤：
1)转炉炉次开始后，获取铁水质量m铁、铁水中锰质量百分含量w[Mn]铁、废钢质量m废、钢种成分设计和钢水精炼方式；
2)计算转炉出钢后钢包内钢水质量m钢，计算式为，
式中，m铁为铁水质量，m废为废钢质量，α为常数；当m废＝0时，α为1.045～1.075；当m废>0时，α为1.060～1.095；
3)计算连铸钢水中锰元素和非锰合金元素的目标质量百分含量，当(w[j]U－w[j]L)≤0.080％时，
当(w[j]U－w[j]L)>0.08％时，w[j]aim＝w[j]L+μ；当w[j]L＝0时，w[j]aim＝0；式中，j为合金元素，w[j]U为钢种成分设计中j元素的上限质量百分含量，w[j]L为钢种成分设计中j元素的下限质量百分含量，w[j]aim为连铸钢水中j元素的目标质量百分含量，μ为常数，/>
4)计算转炉冶炼终点钢水成分以及连铸钢水中碳的冗余质量百分含量和磷的冗余质量百分含量；
5)计算LF精炼炉处理后钢水中增加的碳质量百分含量Δw[C]LF，当钢水经过LF精炼炉处理时，根据钢种设计硫上限质量百分含量w[S]U将钢种分为四类计算Δw[C]LF，第1类钢种为w[S]U<0.003％，Δw[C]LF＝0.011％；第2类钢种为0.003％≤w[S]U≤0.005％，Δw[C]LF＝0.009％；第3类钢种为0.005％＜w[S]U≤0.008％时，Δw[C]LF＝0.007％；第4类钢种为w[S]U>0.008％时，Δw[C]LF＝0.005％；当钢水不经过LF精炼炉处理时，Δw[C]LF＝0；
6)计算铝合金中铝的收得率ε[Al]和锰的收得率ε[Mn]1，转炉出钢过程仅加铝合金，控制钢包内钢水中铝质量百分含量＜0.01％，ε[Al]的计算式为，
，当铝合金中的锰质量百分含量w[Mn]铝合金>0时，ε[Mn]1的计算式为，
7)计算转炉出钢过程中铝合金加入质量m铝合金，首先计算脱除钢包内钢水中的氧所需的铝合金质量m′铝合金，
式中，m钢为出钢后钢包内钢水质量，w[O]BOF为转炉冶炼终点钢水中氧质量百分含量，w[Al]铝合金为铝合金中铝的质量百分含量，ε[Al]为铝合金中铝的收得率；然后根据钢种设计氮上限质量百分含量w[N]U确定所需的m铝合金，当w[N]U>0.004％时，m铝合金＝m′铝合金；当w[N]U≤0.004％时，m铝合金＝m′铝合金×60％；
8)计算钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量；
9)计算转炉出钢过程中锰合金和非锰合金的加入质量，转炉出钢过程中锰合金和非锰合金的加入质量＝(钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量)×β，β为常数，当钢水经过钢包吹氩处理时，β＝100％；当钢水经过精炼炉处理时，β＝65％～90％；
10)操控转炉出钢过程中合金加入，转炉出钢过程中，按步骤7)和步骤9)的计算结果向钢包内钢水中加入合金。
进一步，本发明步骤4)计算转炉冶炼终点钢水成分以及连铸钢水中碳冗余质量百分含量和磷的冗余质量百分含量，包括以下步骤：
4.1)计算转炉冶炼终点钢水中碳质量百分含量w[C]BOF和连铸钢水中碳冗余质量百分含量Δw[C]冗余，根据钢种设计碳上限质量百分含量w[C]U，将钢种分为w[C]U<0.05％、0.05％≤w[C]U≤0.06％、w[C]U>0.06％三类钢种，每类钢种分别选取n炉历史数据，n≥50，计算每类钢种的平均转炉冶炼终点钢水中碳质量百分含量并作为对应钢种类别的w[C]BOF；Δw[C]冗余根据转炉冶炼终点控制能力、LF精炼炉对钢水增碳的控制能力以及物料中碳含量波动确定，Δw[C]冗余＝0.004～0.008％；
4.2)计算转炉冶炼终点钢水中磷质量百分含量w[P]BOF和连铸钢水中磷冗余质量百分含量Δw[P]冗余，根据钢种设计磷上限质量百分含量w[P]U和硫上限质量百分含量w[S]U，将钢种分为四类分别计算，第1类钢种为w[P]U>0.065％，第2类钢种为0.035％≤w[P]U≤0.065％，第3类钢种为w[P]U<0.035％且w[S]U>0.008％，第4类钢种为w[P]U<0.035％且w[S]U≤0.008％；对于第1和2类钢种，分别选取n炉历史数据，n≥50，将每类钢种的转炉冶炼终点钢水中磷质量百分含量的平均值作为对应的w[P]BOF，Δw[P]冗余为常数，Δw[P]冗余为0.005～0.015％；对于第3和4类钢种，分别选取n炉历史数据，n≥50，利用最小二乘法分别拟合w[P]BOF与w[P]U的关系、连铸钢水中磷质量百分含量的标准差σ与w[P]U的关系，确定出常数a、b、c、d、e和f的值，w[P]BOF和σ的拟合模型分别为w[P]BOF＝a+b×w[P]U+c×w[P]2 U，σ＝d+e×w[P]U+f×w[P]2 U，Δw[P]冗余＝γ×σ，γ为常数，γ为1.3～1.7；
4.3)计算转炉冶炼终点钢水中锰质量百分含量w[Mn]BOF，根据铁水中锰质量百分含量w[Mn]铁，将铁水分为w[Mn]铁<0.11％、0.11％≤w[Mn]铁≤0.25％、w[Mn]铁>0.25％三类铁水，分别选取n炉历史数据，n≥50，利用最小二乘法拟合w[Mn]BOF与w[Mn]铁的关系，确定出常数g、h、k、p和q的值，第1、2类铁水的拟合模型均为w[Mn]BOF＝g+h×w[Mn]铁，第3类铁水的拟合模型为w[Mn]BOF＝k+p×w[Mn]铁水-q×w[Mn]2 铁水。
进一步，本发明步骤8)计算钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量，包括以下步骤：
8.1)计算非锰合金元素收得率ε[i]，分钢水经LF精炼炉处理和钢水不经LF精炼炉处理两种情况，分别选取n炉历史数据，n≥50，收得率计算公式为
式中，i为非锰合金元素，ε[i]为i元素的收得率，W[i]CC,t为第t炉的连铸钢水中i元素的质量百分含量，W[i]BOF,t为第t炉的转炉冶炼终点钢水中i元素的质量百分含量，M钢,t为第t炉的钢水质量，w[i]i为i合金中i元素的质量百分量，Mi,t为第t炉的钢水中i合金的加入总质量；
8.2)计算钢水中非锰合金的加入总质量mi，
式中，i为非锰合金元素，w[i]aim为连铸钢水中i元素的目标质量百分含量，w[i]BOF为转炉冶炼终点钢水中i元素的质量百分含量，m钢为出钢后钢包内钢水质量，w[i]i为i合金中i元素的质量百分量，ε[i]为i元素的收得率；
8.3)计算锰铁合金收得率ε[Mn]2，当钢水不经LF精炼炉处理且
时，m铝合金为转炉出钢过程中铝合金加入质量，m′铝合金为脱除钢包内钢水中的氧所需的铝合金质量，选取n炉历史数据，n≥50，利用最小二乘法拟合ε[Mn]2和w[Mn]aim的关系，确定出常数r和s的值，拟合模型为ε[Mn]2＝r+s×w[Mn]aim，式中w[Mn]aim为连铸钢水中Mn元素的目标质量百分含量，并将此时的ε[Mn]2作为锰铁合金基准收得率ε[Mn]；当钢水不经LF精炼炉处理且
时，ε[Mn]2＝ε[Mn]×λ，λ为常数，λ为92～97％；当钢水经LF精炼炉处理时，选取n炉历史数据，n≥50，ε[Mn]2的计算公式为，
W[Mn]CC,t为第t炉的连铸钢水中锰质量百分含量，W[Mn]BOF,t为第t炉的转炉冶炼终点钢水中锰质量百分含量，M钢,t为第t炉的钢水质量，w[Mn]高锰为高碳锰铁中锰质量百分含量，w[Mn]中锰为中碳锰铁中锰质量百分含量，w[Mn]金属锰为金属锰中锰质量百分含量，M高锰,t为第t炉的钢水中高碳锰铁的加入总质量，M中锰,t为第t炉的钢水中中碳锰铁的加入总质量，M金属锰,t为第t炉的钢水中金属锰的加入总质量；
8.4)分别计算钢水中金属锰m金属锰、中碳锰铁m中锰以及高碳锰铁m高锰的加入总质量，利用线性规划计算，锰铁合金最低成本目标函数为minf(z)＝P高锰×m高锰+P中锰×m中锰+P金属锰×m金属锰，式中，P高锰为高碳锰铁的市场价格，P中锰为中碳锰铁的市场价格，P金属锰为金属锰的市场价格；约束函数有四个，第一个为碳质量约束，公式为w[C]高锰×m高锰+w[C]中锰×m中锰+w[C]金属锰×m金属锰+w[C]铝合金×m铝合金+∑w[C]i×mi+(Δw[C]LF+w[C]BOF)×m钢<(w[C]U－Δw[C]冗余)×m钢，式中，w[C]高锰为高碳锰铁中碳质量百分含量，w[C]中锰为中碳锰铁中碳质量百分含量，w[C]金属锰为金属锰中碳质量百分含量，w[C]铝合金为铝合金中碳质量百分含量，w[C]i为合金i中碳质量百分含量；第二个为磷质量约束，公式为w[P]高锰×m高锰+w[P]中锰×m中锰+w[P]金属锰×m金属锰+w[P]铝合金×m铝合金+∑w[P]i×mi+w[P]BOF×m钢<(w[P]U－Δw[P]冗余)×m钢，式中，w[P]高锰为高碳锰铁中磷质量百分含量，w[P]中锰为中碳锰铁中磷质量百分含量，w[P]金属锰为金属锰中磷质量百分含量，w[P]铝合金为铝合金中磷质量百分含量，w[P]i为合金i中磷质量百分含量；第三个为锰质量约束，公式为(w[Mn]高锰×m高锰+w[Mn]中锰×m中锰+w[Mn]金属锰×m金属锰)×ε[Mn]2+w[Mn]铝合金×m铝合金×ε[Mn]1+w[Mn]BOF×m钢＝w[Mn]aim×m钢；第四个约束条件为m高锰≥0、m中锰≥0、m金属锰≥0。
本发明所述的锰铁合金包括金属锰、中碳锰铁、高碳锰铁等。
本发明所述钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量，包括，转炉出钢过程中锰合金和非锰合金的加入总质量以及钢水精炼过程中锰合金和非锰合金的加入总质量。
如果用RH精炼炉对钢水进行精炼处理，本发明方法适用于RH精炼炉不对钢水进行脱碳处理的情形。
本发明方法工艺参数的选择依据：
步骤3)中，连铸钢水中锰元素和非锰合金元素的目标质量百分含量根据据钢种成分设计范围确定，控制为略大于钢种成分设计的下限质量百分含量，以降低实际生产中成分控制难度和合金成本；
步骤4)中，为增加连铸钢水中碳和磷的安全边际，设计了连铸钢水中碳冗余质量百分含量Δw[C]冗余和连铸钢水中磷冗余质量百分含量Δw[P]冗余两个参数，以解决直接将钢种设计碳上限质量百分含量和磷上限质量百分含量作为约束条件时连铸钢水中碳和磷容易超标的问题；
步骤4.2)中，对于w[S]U≤0.008％的低硫钢种须进行LF精炼炉脱硫处理，钢水为了脱硫，钢水和钢包渣的氧化性大幅降低，炉渣中的P2O5被部分还原为P而导致钢水中磷质量百分含量增加，因此在计算w[P]BOF和Δw[P]冗余时，增加了w[S]U作为钢种分类的依据；Δw[P]冗余取连铸钢水中磷质量百分含量标准差的1.3～1.7倍，用于体现磷含量的波动；
步骤4.3)中，通过大量研究发现转炉冶炼终点钢水中锰质量百分含量w[Mn]BOF随着铁水锰质量百分含量w[Mn]铁的增加而增加，但是不同的w[Mn]铁范围对w[Mn]BOF的影响程度不同；
步骤8.3)中，锰铁合金收得率ε[Mn]2根据铝合金加入量和目标锰质量百分含量进行确定，当钢水中氧脱除量≥75％时，锰铁收得率较高，当钢水中氧脱除量＜75％时，与钢水中氧反应的锰增加，锰铁收得率明显降低；同时通过大量研究发现锰铁收得率随锰铁加入质量的增加而增加；
步骤8.4)中，碳质量约束包括了加入钢水中的所有合金的钢水增碳量以及LF精炼炉处理后的钢水增碳量和连铸钢水中冗余碳质量百分含量等，磷质量约束包括了加入钢水中的所有合金的钢水增磷量和连铸钢水中冗余磷质量百分含量等，有助于增加抗过程波动能力、降低连铸钢水中碳和磷超标风险。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法，考虑了从转炉出钢到连铸浇铸过程中合金和LF精炼炉处理对钢水中碳和磷的影响，设计了连铸钢水中碳冗余质量百分含量和磷冗余质量百分含量两个参数，其中磷冗余质量百分含量根据钢种设计的磷上限质量百分含量和硫上限质量百分含量进行动态调整，解决了因生产波动而导致连铸钢水中碳或磷超标问题，实现了锰铁合金的成本最优。2、本发明方法，连铸钢水中锰元素和非锰合金元素的目标质量百分含量根据据钢种成分设计范围确定，解决了钢种成分设计中的锰元素和非锰合金元素的目标质量百分含量接近钢种成分设计的上限或下限质量百分含量时控制难度大、成分易超标的难题，这有助于在实现产品性能的前提下降低合金成本。3、本发明方法，确定了转炉冶炼终点钢水中锰质量百分含量和铁水中锰质量百分含量之间的关系，显著提高了转炉冶炼终点钢水中锰质量百分含量的预测精度，解决了锰铁合金加入质量计算值偏差过大问题。4、本发明方法，根据钢水精炼方式、转炉出钢后钢包内钢水脱氧程度和钢种成分设计中锰目标质量百分含量，更加合理地确定当前炉次的锰铁合金收得率，从而防止连铸钢水中锰元素超标。
具体实施方式
下面结合实施例1～6对本发明做进一步说明，如表1～表5所示，
本发明实施例，用250吨顶底复吹转炉冶炼钢水，转炉出钢过程中所用铝合金为铝锰钙。
一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，包括以下步骤：
1)转炉炉次开始后，获取铁水质量m铁、铁水中锰质量百分含量w[Mn]铁、废钢质量m废、钢种成分设计和钢水精炼方式；
2)计算转炉出钢后钢包内钢水质量m钢，计算式为，
式中，m铁为铁水质量，m废为废钢质量，α为常数；当m废＝0时，α为1.045～1.075；当m废>0时，α为1.060～1.095；
3)计算连铸钢水中锰元素和非锰合金元素的目标质量百分含量，当(w[j]U－w[j]L)≤0.080％时，
当(w[j]U－w[j]L)>0.08％时，w[j]aim＝w[j]L+μ；当w[j]L＝0时，w[j]aim＝0；式中，j为合金元素，w[j]U为钢种成分设计中j元素的上限质量百分含量，w[j]L为钢种成分设计中j元素的下限质量百分含量，w[j]aim为连铸钢水中j元素的目标质量百分含量，μ为常数，/>
4)计算转炉冶炼终点钢水成分以及连铸钢水中碳的冗余质量百分含量和磷的冗余质量百分含量；
5)计算LF精炼炉处理后钢水中增加的碳质量百分含量Δw[C]LF，当钢水经过LF精炼炉处理时，根据钢种设计硫上限质量百分含量w[S]U将钢种分为四类计算Δw[C]LF，第1类钢种为w[S]U<0.003％，Δw[C]LF＝0.011％；第2类钢种为0.003％≤w[S]U≤0.005％，Δw[C]LF＝0.009％；第3类钢种为0.005％＜w[S]U≤0.008％时，Δw[C]LF＝0.007％；第4类钢种为w[S]U>0.008％时，Δw[C]LF＝0.005％；当钢水不经过LF精炼炉处理时，Δw[C]LF＝0；
6)计算铝合金中铝的收得率ε[Al]和锰的收得率ε[Mn]1，转炉出钢过程仅加铝合金，控制钢包内钢水中铝质量百分含量＜0.01％，ε[Al]的计算式为，
，当铝合金中的锰质量百分含量w[Mn]铝合金>0时，ε[Mn]1的计算式为，
7)计算转炉出钢过程中铝合金加入质量m铝合金，首先计算脱除钢包内钢水中的氧所需的铝合金质量m′铝合金，
式中，m钢为出钢后钢包内钢水质量，w[O]BOF为转炉冶炼终点钢水中氧质量百分含量，w[Al]铝合金为铝合金中铝的质量百分含量，ε[Al]为铝合金中铝的收得率；然后根据钢种设计氮上限质量百分含量w[N]U确定所需的m铝合金，当w[N]U>0.004％时，m铝合金＝m′铝合金；当w[N]U≤0.004％时，m铝合金＝m′铝合金×60％；
8)计算钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量；
9)计算转炉出钢过程中锰合金和非锰合金的加入质量，转炉出钢过程中锰合金和非锰合金的加入质量＝(钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量)×β，β为常数，当钢水经过钢包吹氩处理时，β＝100％；当钢水经过精炼炉处理时，β＝65％～90％；
10)操控转炉出钢过程中合金加入，转炉出钢过程中，按步骤7)和步骤9)的计算结果向钢包内钢水中加入合金。
表1本发明实施例转炉冶炼金属料参数及钢水精炼方式
表2、3为本发明实施例钢种的化学成分(按质量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表2本发明实施例钢种的化学成分，单位：质量百分比。
表3本发明实施例钢种的化学成分，单位：质量百分比。
表4本发明实施例所用合金的化学成分，单位：质量百分比。
| 类别 | C | Si | Mn | P | Al | Cr | Ti |
| 铝锰钙 | 0.33 | 0.25 | 12 | 0.02 | 56.5 | - | - |
| 高碳锰铁 | 6.52 | 0.9 | 71.11 | 0.16 | - | - | - |
| 中碳锰铁 | 1.52 | 1.01 | 76.98 | 0.18 | - | - | - |
| 金属锰 | 0.06 | 0.25 | 97.42 | 0.02 | - | - | - |
| 硅铁 | 0.07 | 73.47 | 0.15 | 0.022 | 1.42 | - | - |
| 中碳铬铁 | 1.78 | 1.31 | - | 0.032 | - | 61.6 | - |
| 磷铁 | 0.03 | - | - | 26.5 | - | - | - |
| 钛铁 | 0.05 | - | - | 0.01 | - | - | 70 |
注：表4中的“-”表示对该元素不作要求。
表5本发明实施例转炉出钢过程的合金加入质量，单位：kg。
| 类别 | 铝锰钙 | 高碳锰铁 | 中碳锰铁 | 金属锰 | 硅铁 | 中碳铬铁 | 磷铁 |
| 实施例1 | 419 | 450 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例2 | 542 | 365 | 122 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例3 | 605 | 1129 | 0 | 0 | 353 | 0 | 0 |
| 实施例4 | 626 | 598 | 1515 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例5 | 554 | 1055 | 0 | 0 | 1014 | 1186 | 453 |
| 实施例6 | 529 | 748 | 818 | 1078 | 463 | 0 | 0 |
表1～表5示出了实施例1～6的铁水质量、铁水中锰质量百分含量、废钢质量、钢水精炼方式、钢种成分设计、合金成分以及由此得出的转炉出钢过程合金加入质量。针对现有锰铁合金加入量控制不合理以及连铸钢水中碳含量和磷含量超标的技术问题，本发明特别地设计了连铸钢水中碳冗余质量百分含量和磷冗余质量百分含量两个参数，并将这两个参数和合金加入后的钢水增碳及增磷、LF精炼炉处理后的钢水增碳等纳入线性规划的约束条件，同时综合考虑了钢水精炼方式和合金加入量等因素对合金收得率的影响，可在确保连铸钢水碳成分和磷成分满足要求的前提下精确计算出最经济的锰铁合金组合，从而大幅降低合金成本，具有广泛的应用前景。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，其特征是，包括以下步骤：
1)转炉炉次开始后，获取铁水质量m铁、铁水中锰质量百分含量w[Mn]铁、废钢质量m废、钢种成分设计和钢水精炼方式；
2)计算转炉出钢后钢包内钢水质量m钢，计算式为，
式中，m铁为铁水质量，m废为废钢质量，α为常数；当m废＝0时，α为1.045～1.075；当m废>0时，α为1.060～1.095；
3)计算连铸钢水中锰元素和非锰合金元素的目标质量百分含量，当(w[j]U－w[j]L)≤0.080％时，
当(w[j]U－w[j]L)>0.08％时，w[j]aim＝w[j]L+μ；当w[j]L＝0时，w[j]aim＝0；式中，j为合金元素，w[j]U为钢种成分设计中j元素的上限质量百分含量，w[j]L为钢种成分设计中j元素的下限质量百分含量，w[j]aim为连铸钢水中j元素的目标质量百分含量，μ为常数，/>
4)计算转炉冶炼终点钢水成分以及连铸钢水中碳的冗余质量百分含量和磷的冗余质量百分含量；
5)计算LF精炼炉处理后钢水中增加的碳质量百分含量Δw[C]LF，当钢水经过LF精炼炉处理时，根据钢种设计硫上限质量百分含量w[S]U将钢种分为四类计算Δw[C]LF，第1类钢种为w[S]U<0.003％，Δw[C]LF＝0.011％；第2类钢种为0.003％≤w[S]U≤0.005％，Δw[C]LF＝0.009％；第3类钢种为0.005％＜w[S]U≤0.008％时，Δw[C]LF＝0.007％；第4类钢种为w[S]U>0.008％时，Δw[C]LF＝0.005％；当钢水不经过LF精炼炉处理时，Δw[C]LF＝0；
6)计算铝合金中铝的收得率ε[Al]和锰的收得率ε[Mn]1，转炉出钢过程仅加铝合金，控制钢包内钢水中铝质量百分含量＜0.01％，ε[Al]的计算式为，
，当铝合金中的锰质量百分含量w[Mn]铝合金>0时，ε[Mn]1的计算式为，
7)计算转炉出钢过程中铝合金加入质量m铝合金，首先计算脱除钢包内钢水中的氧所需的铝合金质量m′铝合金，
式中，m钢为出钢后钢包内钢水质量，w[O]BOF为转炉冶炼终点钢水中氧质量百分含量，w[Al]铝合金为铝合金中铝的质量百分含量，ε[Al]为铝合金中铝的收得率；然后根据钢种设计氮上限质量百分含量w[N]U确定所需的m铝合金，当w[N]U>0.004％时，m铝合金＝m′铝合金；当w[N]U≤0.004％时，m铝合金＝m′铝合金×60％；
8)计算钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量；
9)计算转炉出钢过程中锰合金和非锰合金的加入质量，转炉出钢过程中锰合金和非锰合金的加入质量＝(钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量)×β，β为常数，当钢水经过钢包吹氩处理时，β＝100％；当钢水经过精炼炉处理时，β＝65％～90％；
10)操控转炉出钢过程中合金加入，转炉出钢过程中，按步骤7)和步骤9)的计算结果向钢包内钢水中加入合金。
2.如权利要求1所述的一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，其特征是，步骤4)中，所述的转炉冶炼终点钢水成分以及连铸钢水中碳冗余质量百分含量和磷的冗余质量百分含量计算方法为，包括以下步骤：
4.1)计算转炉冶炼终点钢水中碳质量百分含量w[C]BOF和连铸钢水中碳冗余质量百分含量Δw[C]冗余，根据钢种设计碳上限质量百分含量w[C]U，将钢种分为w[C]U<0.05％、0.05％≤w[C]U≤0.06％、w[C]U>0.06％三类钢种，每类钢种分别选取n炉历史数据，n≥50，计算每类钢种的平均转炉冶炼终点钢水中碳质量百分含量并作为对应钢种类别的w[C]BOF；Δw[C]冗余根据转炉冶炼终点控制能力、LF精炼炉对钢水增碳的控制能力以及物料中碳含量波动确定，Δw[C]冗余＝0.004～0.008％；
4.2)计算转炉冶炼终点钢水中磷质量百分含量w[P]BOF和连铸钢水中磷冗余质量百分含量Δw[P]冗余，根据钢种设计磷上限质量百分含量w[P]U和硫上限质量百分含量w[S]U，将钢种分为四类分别计算，第1类钢种为w[P]U>0.065％，第2类钢种为0.035％≤w[P]U≤0.065％，第3类钢种为w[P]U<0.035％且w[S]U>0.008％，第4类钢种为w[P]U<0.035％且w[S]U≤0.008％；对于第1和2类钢种，分别选取n炉历史数据，n≥50，将每类钢种的转炉冶炼终点钢水中磷质量百分含量的平均值作为对应的w[P]BOF，Δw[P]冗余为常数，Δw[P]冗余为0.005～0.015％；对于第3和4类钢种，分别选取n炉历史数据，n≥50，利用最小二乘法分别拟合w[P]BOF与w[P]U的关系、连铸钢水中磷质量百分含量的标准差σ与w[P]U的关系，确定出常数a、b、c、d、e和f的值，w[P]BOF和σ的拟合模型分别为w[P]BOF＝a+b×w[P]U+c×w[P]2 U，σ＝d+e×w[P]U+f×w[P]2 U，Δw[P]冗余＝γ×σ，γ为常数，γ为1.3～1.7；
4.3)计算转炉冶炼终点钢水中锰质量百分含量w[Mn]BOF，根据铁水中锰质量百分含量w[Mn]铁，将铁水分为w[Mn]铁<0.11％、0.11％≤w[Mn]铁≤0.25％、w[Mn]铁>0.25％三类铁水，分别选取n炉历史数据，n≥50，利用最小二乘法拟合w[Mn]BOF与w[Mn]铁的关系，确定出常数g、h、k、p和q的值，第1、2类铁水的拟合模型均为w[Mn]BOF＝g+h×w[Mn]铁，第3类铁水的拟合模型为w[Mn]BOF＝k+p×w[Mn]铁水-q×w[Mn]2 铁水。
3.如权利要求1所述的一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法，其特征是，步骤8)中，所述的钢水中锰合金和非锰合金的加入总质量的计算方法，包括以下步骤：
8.1)计算非锰合金元素收得率ε[i]，分钢水经LF精炼炉处理和钢水不经LF精炼炉处理两种情况，分别选取n炉历史数据，n≥50，收得率计算公式为
式中，i为非锰合金元素，ε[i]为i元素的收得率，W[i]CC,t为第t炉的连铸钢水中i元素的质量百分含量，W[i]BOF,t为第t炉的转炉冶炼终点钢水中i元素的质量百分含量，M钢,t为第t炉的钢水质量，w[i]i为i合金中i元素的质量百分量，Mi,t为第t炉的钢水中i合金的加入总质量；
8.2)计算钢水中非锰合金的加入总质量mi，
式中，i为非锰合金元素，w[i]aim为连铸钢水中i元素的目标质量百分含量，w[i]BOF为转炉冶炼终点钢水中i元素的质量百分含量，m钢为出钢后钢包内钢水质量，w[i]i为i合金中i元素的质量百分量，ε[i]为i元素的收得率；
8.3)计算锰铁合金收得率ε[Mn]2，当钢水不经LF精炼炉处理且
时，m铝合金为转炉出钢过程中铝合金加入质量，m′铝合金为脱除钢包内钢水中的氧所需的铝合金质量，选取n炉历史数据，n≥50，利用最小二乘法拟合ε[Mn]2和w[Mn]aim的关系，确定出常数r和s的值，拟合模型为ε[Mn]2＝r+s×w[Mn]aim，式中w[Mn]aim为连铸钢水中Mn元素的目标质量百分含量，并将此时的ε[Mn]2作为锰铁合金基准收得率ε[Mn]；当钢水不经LF精炼炉处理且/>
时，ε[Mn]2＝ε[Mn]×λ，λ为常数，λ为92～97％；当钢水经LF精炼炉处理时，选取n炉历史数据，n≥50，ε[Mn]2的计算公式为，
8.4)分别计算钢水中金属锰m金属锰、中碳锰铁m中锰以及高碳锰铁m高锰的加入总质量，利用线性规划计算，锰铁合金最低成本目标函数为minf(z)＝P高锰×m高锰+P中锰×m中锰+P金属锰×m金属锰，式中，P高锰为高碳锰铁的市场价格，P中锰为中碳锰铁的市场价格，P金属锰为金属锰的市场价格；约束函数有四个，第一个为碳质量约束，公式为w[C]高锰×m高锰+w[C]中锰×m中锰+w[C]金属锰×m金属锰+w[C]铝合金×m铝合金+∑w[C]i×mi+(Δw[C]LF+w[C]BOF)×m钢<(w[C]U－Δw[C]冗余)×m钢，式中，w[C]高锰为高碳锰铁中碳质量百分含量，w[C]中锰为中碳锰铁中碳质量百分含量，w[C]金属锰为金属锰中碳质量百分含量，w[C]铝合金为铝合金中碳质量百分含量，w[C]i为合金i中碳质量百分含量；第二个为磷质量约束，公式为w[P]高锰×m高锰+w[P]中锰×m中锰+w[P]金属锰×m金属锰+w[P]铝合金×m铝合金+∑w[P]i×mi+w[P]BOF×m钢<(w[P]U－Δw[P]冗余)×m钢，式中，w[P]高锰为高碳锰铁中磷质量百分含量，w[P]中锰为中碳锰铁中磷质量百分含量，w[P]金属锰为金属锰中磷质量百分含量，w[P]铝合金为铝合金中磷质量百分含量，w[P]i为合金i中磷质量百分含量；第三个为锰质量约束，公式为(w[Mn]高锰×m高锰+w[Mn]中锰×m中锰+w[Mn]金属锰×m金属锰)×ε[Mn]2+w[Mn]铝合金×m铝合金×ε[Mn]1+w[Mn]BOF×m钢＝w[Mn]aim×m钢；第四个约束条件为m高锰≥0、m中锰≥0、m金属锰≥0。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010978684.8A CN114196795B (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010978684.8A CN114196795B (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114196795A CN114196795A (zh) | 2022-03-18 |
| CN114196795B true CN114196795B (zh) | 2023-06-20 |
Family
ID=80644664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010978684.8A Active CN114196795B (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114196795B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114990281A (zh) * | 2022-04-30 | 2022-09-02 | 日钢营口中板有限公司 | 一种炼钢合金低成本投入量控制方法 |
| CN114611844B (zh) * | 2022-05-11 | 2022-08-05 | 北京科技大学 | 一种转炉出钢过程合金加入量的确定方法和系统 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6191314A (ja) * | 1984-10-12 | 1986-05-09 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 取鍋精錬炉による溶鋼の精錬方法 |
| CN105420440A (zh) * | 2014-09-19 | 2016-03-23 | 鞍钢股份有限公司 | 一种转炉冶炼中、高锰合金钢的合金加入方法 |
| CN108504815A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-09-07 | 上海梅山钢铁股份有限公司 | 一种转炉合金加入自动控制系统及其方法 |
| CN110343805B (zh) * | 2018-04-04 | 2021-07-09 | 上海梅山钢铁股份有限公司 | 钢包精炼炉钢水硅锰成分控制装置及控制方法 |
| CN108676955B (zh) * | 2018-05-02 | 2019-07-12 | 中南大学 | 一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法 |
| CN109868336B (zh) * | 2019-03-12 | 2020-12-18 | 山东钢铁股份有限公司 | 一种控制钢水中锰含量的方法 |
-
2020
- 2020-09-17 CN CN202010978684.8A patent/CN114196795B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114196795A (zh) | 2022-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114196795B (zh) | 一种转炉出钢过程中合金加入量的控制方法 | |
| CN110373607B (zh) | 一种高温渗碳钢、高温渗碳钢构件以及其制备方法 | |
| CN100473746C (zh) | 高强度汽车用齿轮钢 | |
| CN103510020B (zh) | 一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法 | |
| CN102703644B (zh) | 一种生产低碳高铬合金钢的方法 | |
| CN101736194B (zh) | 一种车轮钢及其制备方法和车轮 | |
| CN110819896A (zh) | 一种精密压延用超薄奥氏体不锈钢带材的冶炼方法 | |
| CN112708720A (zh) | 一种提高低碳低硅含铌钢铌收得率的冶炼方法 | |
| CN111471920A (zh) | 一种u型螺栓用非调质钢及其生产方法 | |
| CN111893382B (zh) | 一种食品用链条不锈钢及其制备方法 | |
| CN110317919B (zh) | 一种低碳搪瓷钢的低成本生产方法 | |
| CN113913674B (zh) | 一种经济型焊管用热轧钢带q355b的生产方法 | |
| CN114032473B (zh) | 一种免涂层热成形钢的合金加入方法 | |
| CN113846204B (zh) | 适用于120t顶底复吹转炉的钢种冶炼成本控制方法 | |
| CN113604724B (zh) | 一种904l超级奥氏体不锈钢及其制备方法 | |
| CN109852872A (zh) | 一种汽车驱动系统球笼用钢及其生产方法 | |
| CN111057964B (zh) | 一种新能源汽车高强度转向节用钢材及其制备方法与应用 | |
| CN109023021B (zh) | 一种通过调控Al元素提高强韧性的钢板及其制造方法 | |
| CN113106334A (zh) | 一种rv减速器摆线轮用钢及其制备方法 | |
| CN112647017A (zh) | 一种齿轮钢的夹杂物控制方法 | |
| CN101760703A (zh) | 一种高强度管件钢及其生产方法 | |
| CN111705181A (zh) | 一种电炉初炼低磷15-5ph不锈钢母液及其冶炼方法 | |
| CN110904388A (zh) | 一种挖掘机履带钢BG45MnCrB及其制备方法 | |
| CN115404405B (zh) | 一种Y、Mg-Al复合处理非调质钢及其制备方法 | |
| CN113737081B (zh) | 不锈钢冶炼方法、改性方法及一种不锈钢 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |