CN114507762A - 一种高钢铁比的转炉冶炼控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高钢铁比的转炉冶炼控制方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：计算主原料加入量；步骤2：主原料称量、加入转炉；步骤3：计算燃料加入量；步骤4：燃料加入控制；由转炉辅料加入控制系统控制燃料加入转炉；步骤5：计算氧量；步骤6：氧枪控制；步骤7：底吹控制；步骤8：副枪控制。通过该方法，实现了转炉冶炼钢铁比的提高，实现了降本增效的目的，同时也降低对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种高钢铁比的转炉冶炼控制方法，属于冶金自动化技术领域。
背景技术
现代转炉炼钢，需要将废钢和铁水按一定的比例加入转炉进行冶炼。随着普钢产品在全球范围内的竞争日趋激烈、转炉炼钢成本压力以及政府相关部门对钢铁行业节能环保的高度重视，提高转炉钢铁比成为钢铁企业增产降耗和减少环保压力的有效途径之一，有的钢厂钢铁比达35％以上。在加大钢铁比的转炉冶炼过程中，冶炼的控制过程进行需要优化，以适应高钢铁比新的工艺要求。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种高钢铁比的转炉冶炼控制方法，该技术方案使用方便，通过该方法，实现了转炉冶炼钢铁比的提高，实现了降本增效的目的，同时也降低对环境的污染。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种高钢铁比的转炉冶炼控制方法，该方法包括以下控制模块：主原料计算控制模块、主原料称量加入控制模块、燃料计算控制模块、吹氧量调节计算模块、氧枪调节控制模块、底吹调节控制模块以及副枪调节控制模块；
所述的主原料计算控制模块：计算炉次需要加入的废钢量和铁水量；
所述的主原料称量加入控制模块：按主原料计算控制模块计算的结果，称量主原料并控制加入转炉；
所述的燃料计算控制模块：计算钢水升温需要加入的燃料重量；
所述的吹氧量调节计算模块：计算炉次需要的吹氧量；
所述的氧枪调节控制模块：控制氧枪的高度和氧气流量；
所述的底吹调节控制模块：控制底吹流量的大小；
所述的副枪调节控制模块：控制副枪的下枪。
一种高钢铁比的转炉冶炼控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：计算主原料加入量；
在生成计划时，由主原料计算控制模块计算炉次需要的主原料装入量，包括废钢量和铁水量；
1)确定炉次需要加入的废钢量：根据生产计划、转炉的特点、目标钢种的要求、库存废钢量、高炉生产的情况等多种因素因素，确定炉次加入的废钢量WscrapAim；
2)确定炉次的铁水加入量：主原料总装入量相对固定，确定废钢量也就确定了铁水量；
WironAim＝WsteelAim÷Yield-WscrapAim； 公式1
其中，
WironAim：计算的目标铁水量；
WsteelAim：目标出钢量；
Yield：钢铁料的收得率(出钢量/入炉钢铁料量的百分比)；
WscrapAim：计算的目标废钢量；
步骤2：主原料称量、加入转炉；
在炉次开始前，根据生产计划，在倒罐站、废钢称量站，由主原料称量加入控制模块按主原料计算控制模块计算炉次需要的废钢量和铁水量进行称量，并在炉次开始后根据生产工艺要求加入转炉；
步骤3：计算燃料加入量；
由燃料计算控制模块在废钢、铁水入炉后根据目标钢种计算燃料的量；计算方法如下。
1)计算废钢达到目标出钢温度的钢水需要的热量；
Qscrap＝Wscrap×((Scrapsolid×(Scrapmelt-Tempusual)+
Scraplatent+Scrapliquid×(Tempaim-Scrapmelt)) 公式2
其中，
Wscrap：实际加入的废钢量；
Scrapsolid：废钢的固态热熔；
Scrapmelt：废钢熔化温度；
Tempusua：常温；
Scraplatent：废钢熔化潜热；
Scrapliquid：废钢的液态热熔；
Tempaim：目标出钢温度，根据目标有生产计划下达。
2)计算铁水达到出钢温度的钢水需要的热量
Qiron＝Wiron×液态热熔×(Tempaim-Scrapmelt) 公式3
其中，
3)计算铁水脱碳反应产生的热量
Qco＝Wiron×(Cini-Caim)×110.5÷12 公式4
其中：
1mol(12kg)碳完全燃烧生成CO放出的热量是110.5KJ；
Cini：铁水初始[C]含量；
Caim：目标钢水[C]含量；
4)计算燃料的重量；
Wfuel＝(Qscrap+Qscrap-Qco)÷Qfuel÷Rq÷Pcontent 公式5
其中，
Qfuel：单位质量燃料氧化反应后产生的热量；
Rq：热量有效利用率，取值80％～90％；
Pcontent：燃料的有效成分含量；
步骤4：燃料加入控制；
由转炉辅料加入控制系统控制燃料加入转炉。
步骤5：计算氧量；
吹氧量调节计算模块，根据物料平衡计算燃料氧化反应需要的氧量。包括燃料氧化需要的氧量和铁水脱碳反应需要的氧量。以焦炭作为燃料为例说明。
化学方程式：
2C+O2＝2CO 方程式1
2[C]+O2＝2CO 方程式2
方程式1是焦炭燃烧的化学方程式，方程式2是脱碳反应。由方程式1得到焦炭反应的需要氧气的计算公式6；由方程式2得到焦炭反应的需要氧气的计算公式7。
W氧-焦＝1.33×W焦炭×P焦炭÷Ro2 公式6
W氧-脱碳＝1.33×Wiron×(Cini-Caim)÷Ro2 公式7
其中，
W氧-焦：用于焦炭燃烧需要的氧气量；
W焦炭：焦炭重量；
P焦炭：焦炭的含碳量；
Ro2：氧气的有效利用率；
W氧-脱碳：脱碳需要的氧量；
Wiron：入炉铁水量；
Cini：入炉铁水初始碳含量；
Caim：钢水的目标碳含量。
计算得到的氧气量需要进一步转换为以Nm3为单位的数值。
步骤6：氧枪控制；
改进氧枪控制子系统，在废钢加入量达到总装入量的30％以上时，氧枪调节控制模块在吹氧量达到35％之前，按照氧枪的氧气流量增加10％，氧枪喷头离钢水液面距离增加5％进行控制；吹氧量达到35％之后，按原设定的流量和高度进行控制。
步骤7：底吹控制；
在加入废钢达到总装入量的30％以上时，底吹调节控制模块在吹氧量达到35％之前，按照底吹总管流量增加15％，底吹气体类型按原底吹模型计算的结果进行控制；吹氧量达到35％之后，按原底吹模型计算结果进行控制。
步骤8：副枪控制。
副枪控制有两种方法：吹氧量控制方法、炉模型控制方法。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案实现了转炉冶炼钢铁比的提高，实现了降本增效的目的，同时也降低对环境的污染，有益效果体现在如下几点：
1)实现了钢铁比35％以上，有效的实现了降本增效和降低对环境的影响，宝武集团采购的废钢，重废价格在2500～2600元/吨，中废2300元/吨左右，轻废在2100元/吨左右，梅钢铁水生产成本在2500元/吨左右，由于转炉加入的废钢包含轻废、中废、重废等，其比例在3:2:1，其废钢成本，远低于铁水成本，扣除燃料等各项其他的费用，吨钢综合成本降低7.63元；转炉冶炼加大钢铁比，降低了铁水的生产，减少烧结、焦化以及炼铁等生产流程废弃物的排放，降低对环境的污染，对建设城市钢厂、绿色钢厂提供了支撑；
2)在高钢铁比冶炼的炉次，实现了钢水的目标要求，终点温度、终点[C]在钢种的目标范围内，经过统计，梅钢150吨转炉高钢铁比冶炼的炉次，终点碳、温度双命中率保持在83％以上，250吨转炉高钢铁比冶炼的炉次，终点碳、温度双命中率保持在82％以上，表1是实验测试阶段：2020年1-9月份梅钢150吨和250吨转炉双命中率统计表；
表1 2020年转炉双命中率统计表
3)由于加大钢铁比，带来了工艺的变化，原有的控制系统不能完全适应现有工艺的要求，本技术包含对原有控制系统的改进，适应新工艺的要求，因此转炉的氧枪、副枪、底吹等控制也实现了自动控制。
附图说明
图1系统各模块之间的逻辑关系；
图2系统控制流程图。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种高钢铁比的转炉冶炼控制方法，以某钢厂的转炉冶炼为例说明，本发明的步骤如下：
步骤1：计算主原料加入量；
在生成计划时，由主原料计算控制模块计算炉次需要的主原料装入量，包括废钢量和铁水量。
1)确定炉次需要加入的废钢量：根据生产计划、转炉的特点、目标钢种的要求、库存废钢量、高炉生产的情况等多种因素因素，确定炉次加入的废钢量WscrapAim；
2)确定炉次的铁水加入量：主原料总装入量相对固定，确定废钢量也就确定了铁水量；
WironAim＝WsteelAim÷Yield-WscrapAim； 公式1
其中，
WironAim：计算的目标铁水量；
WsteelAim：目标出钢量；
Yield：钢铁料的收得率(出钢量/入炉钢铁料量的百分比)；
WscrapAim：计算的目标废钢量。
步骤2：主原料称量、加入转炉；
在炉次开始前，根据生产计划，在倒罐站、废钢称量站，由主原料称量加入控制模块按主原料计算控制模块计算炉次需要的废钢量和铁水量进行称量，并在炉次开始后根据生产工艺要求加入转炉。
步骤3：计算燃料加入量；
由燃料计算控制模块在废钢、铁水入炉后根据目标钢种计算燃料的量；计算方法如下。
1)计算废钢达到目标出钢温度的钢水需要的热量；
Qscrap＝Wscrap×((Scrapsolid×(Scrapmelt-Tempusual)+
Scraplatent+Scrapliquid×(Tempaim-Scrapmelt)) 公式2
其中，
Wscrap：实际加入的废钢量；
Scrapsolid：废钢的固态热熔,取值0.699kJ/kg·℃；
Scrapmelt：废钢熔化温度，取值1500℃；
Tempusua：常温冬天取值10℃，春秋季取值20℃，夏季取值33℃；
Scraplatent：废钢熔化潜热，取值272kJ/kg；
Scrapliquid：废钢的液态热熔，取值0.837kJ/kg·℃；
Tempaim：目标出钢温度，根据目标有生产计划下达。
2)计算铁水达到出钢温度的钢水需要的热量；
Qiron＝Wiron×液态热熔×(Tempaim-Scrapmelt) 公式3
其中，
3)计算铁水脱碳反应产生的热量；
Qco＝Wiron×(Cini-Caim)×110.5÷12 公式4
其中：
1mol(12kg)碳完全燃烧生成CO放出的热量是110.5KJ；
Cini：铁水初始[C]含量；
Caim：目标钢水[C]含量；
4)计算燃料的重量；
Wfuel＝(Qscrap+Qscrap-Qco)÷Qfuel÷Rq÷Pcontent 公式5
其中，
Qfuel：单位重量燃料氧化反应后产生的热量；
Rq：热量有效利用率，取值80％～90％；
Pcontent：燃料的有效成分含量；
燃料种类包括焦炭、CSi、硅铁等，根据钢种确定燃料的种类。规则如下：
①一般钢种加入焦炭提温；
②钢水目标硫要求在0.0105％<S≤0.0125％范围内的炉次，加入CSi提温，防止用焦炭提温影响钢水终点的硫含量；
③成品氮≤0.0035％炉次用硅铁提温，防止增氮；
④硅钢用硅铁提温。
步骤4：燃料加入控制；
由转炉辅料加入控制系统进行控制，加入燃料的时机控制如下：
步骤5：计算氧量；
吹氧量调节计算模块，根据物料平衡计算燃料氧化反应需要的氧量。包括燃料氧化需要的氧量和铁水脱碳反应需要的氧量。以焦炭作为燃料为例说明。
化学方程式：
2C+O2＝2CO 方程式1
2[C]+O2＝2CO 方程式2
方程式1是焦炭燃烧的化学方程式，方程式2是钢水(铁水)的脱碳反应。由方程式1得到焦炭反应的需要氧气的计算公式6；由方程式2得到焦炭反应的需要氧气的计算公式7。
W氧-焦＝1.33×W焦炭×P焦炭÷Ro2 公式6
W氧-脱碳＝1.33×Wiron×(Cini-Caim)÷Ro2 公式7
其中，
W氧-焦：用于焦炭燃烧需要的氧气量；
W焦炭：焦炭重量；
P焦炭：焦炭的含碳量；
Ro2：氧气的有效利用率；
W氧-脱碳：脱碳需要的氧量；
Wiron：入炉铁水量；
Cini：入炉铁水初始碳含量；
Caim：钢水的目标碳含量。
计算得到的氧气量需要进一步转换为以Nm3为单位的数值，换算单位：1Nm3的氧气1.429kg。
步骤6：氧枪控制；
改进氧枪控制子系统，在废钢加入量达到总装入量的30％以上时，氧枪调节控制模块在吹氧量达到35％之前，按照氧枪的氧气流量增加10％，氧枪喷头离钢水液面距离增加5％进行控制；吹氧量达到35％之后，按原设定的流量和高度进行控制。
步骤7：底吹控制；
在加入废钢达到总装入量的30％以上时，底吹调节控制模块在吹氧量达到35％之前，按照底吹总管流量增加15％，底吹气体类型按原底吹模型计算的结果进行控制；吹氧量达到35％之后，按原底吹模型计算结果进行控制。
步骤8：副枪控制；
副枪控制有两种方法。
方法一：吹氧量控制方法，步骤如下。
①判断废钢装入量占总装入量的比例；
②当废钢加入量小于总装入量的30％时，吹氧量达到总吹氧量75％，下副枪进行中间测量钢水成分和温度；
③当废钢加入量在总装入量的30％～40％时，吹氧量达到总吹氧量80％，下副枪进行中间测量钢水成分和温度；
④当废钢加入量大于总装入量的40％时，吹氧量达到总吹氧量85％，下副枪进行中间测量钢水成分和温度；
⑤在吹氧量达到总装入量的100％或模型计算钢水碳和温度达到目标要求时，下副枪进行终点测量钢水成分和温度；
方法二：转炉模型控制方法。
①副枪中间测量：转炉模型计算钢水碳含量达到副枪中间测量时，下副枪进行中间测量。
②副枪终点测量：转炉模型计算钢水碳含量达到副枪终点测量时，下副枪进行终点测量。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (8)
1.一种高钢铁比的转炉冶炼控制方法，其特征在于，该方法包括以下控制模块：主原料计算控制模块、主原料称量加入控制模块、燃料计算控制模块、吹氧量调节计算模块、氧枪调节控制模块、底吹调节控制模块以及副枪调节控制模块；
所述的主原料计算控制模块：计算炉次需要加入的废钢量和铁水量；
所述的主原料称量加入控制模块：按主原料计算控制模块计算的结果，称量主原料并控制加入转炉；
所述的燃料计算控制模块：计算钢水升温需要加入的燃料重量；
所述的吹氧量调节计算模块：计算炉次需要的吹氧量；
所述的氧枪调节控制模块：控制氧枪的高度和氧气流量；
所述的底吹调节控制模块：控制底吹流量的大小；
所述的副枪调节控制模块：控制副枪的下枪。
2.根据权利要求1所述的高钢铁比的转炉冶炼控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：计算主原料加入量；
步骤2：主原料称量、加入转炉；
步骤3：计算燃料加入量；
步骤4：燃料加入控制；由转炉辅料加入控制系统控制燃料加入转炉；
步骤5：计算氧量；
步骤6：氧枪控制；
步骤7：底吹控制；
步骤8：副枪控制。
3.根据权利要求2所述的高钢铁比的转炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤1：计算主原料加入量；在生成计划时，由主原料计算控制模块计算炉次需要的主原料装入量，包括废钢量和铁水量；
1)确定炉次需要加入的废钢量：根据生产计划、转炉的特点、目标钢种的要求、库存废钢量、高炉生产的情况等多种因素因素，确定炉次加入的废钢量WscrapAim；
2)确定炉次的铁水加入量：主原料总装入量相对固定，确定废钢量也就确定了铁水量；
WironAim＝WsteelAim÷Yield-WscrapAim； 公式1
其中，
WironAim：计算的目标铁水量；
WsteelAim：目标出钢量；
Yield：钢铁料的收得率(出钢量/入炉钢铁料量的百分比)；
WscrapAim：计算的目标废钢量。
4.根据权利要求3所述的高钢铁比的转炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤2：主原料称量、加入转炉；
在炉次开始前，根据生产计划，在倒罐站、废钢称量站，由主原料称量加入控制模块按主原料计算控制模块计算炉次需要的废钢量和铁水量进行称量，并在炉次开始后根据生产工艺要求加入转炉。
5.根据权利要求3所述的高钢铁比的转炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤3：计算燃料加入量；由燃料计算控制模块在废钢、铁水入炉后根据目标钢种计算燃料的量；计算方法如下。
1)计算废钢达到目标出钢温度的钢水需要的热量；
Qscrap＝Wscrap×((Scrapsolid×(Scrapmelt-Tempusual)+Scraplatent+Scrapliquid×(Tempaim-Scrapmelt)) 公式2
其中，
Wscrap：实际加入的废钢量；
Scrapsolid：废钢的固态热熔；
Scrapmelt：废钢熔化温度；
Tempusua：常温；
Scraplatent：废钢熔化潜热；
Scrapliquid：废钢的液态热熔；
Tempaim：目标出钢温度，根据目标有生产计划下达。
2)计算铁水达到出钢温度的钢水需要的热量
Qiron＝Wiron×液态热熔×(Tempaim-Scrapmelt) 公式3
其中，
3)计算铁水脱碳反应产生的热量
Qco＝Wiron×(Cini-Caim)×110.5÷12 公式4
其中：
1mol(12kg)碳完全燃烧生成CO放出的热量是110.5KJ；
Cini：铁水初始[C]含量；
Caim：目标钢水[C]含量；
4)计算燃料的重量；
Wfuel＝(Qscrap+Qscrap-Qco)÷Qfuel÷Rq÷Pcontent 公式5
其中，
Qfuel：单位质量燃料氧化反应后产生的热量；
Rq：热量有效利用率，取值80％～90％；
Pcontent：燃料的有效成分含量。
6.根据权利要求3或4所述的高钢铁比的转炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤5：计算氧量；
吹氧量调节计算模块，根据物料平衡计算燃料氧化反应需要的氧量。包括燃料氧化需要的氧量和铁水脱碳反应需要的氧量。以焦炭作为燃料为例说明。
化学方程式：
2C+O2＝2CO 方程式1
2[C]+O2＝2CO 方程式2
方程式1是焦炭燃烧的化学方程式，方程式2是脱碳反应。由方程式1得到焦炭反应的需要氧气的计算公式6；由方程式2得到焦炭反应的需要氧气的计算公式7。
W氧-焦＝1.33×W焦炭×P焦炭÷Ro2 公式6
W氧-脱碳＝1.33×Wiron×(Cini-Caim)÷Ro2 公式7
其中，
W氧-焦：用于焦炭燃烧需要的氧气量；
W焦炭：焦炭重量；
P焦炭：焦炭的含碳量；
Ro2：氧气的有效利用率；
W氧-脱碳：脱碳需要的氧量；
Wiron：入炉铁水量；
Cini：入炉铁水初始碳含量；
Caim：钢水的目标碳含量。
计算得到的氧气量需要进一步转换为以Nm3为单位的数值。
7.根据权利要求5所述的高钢铁比的转炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤6：氧枪控制；改进氧枪控制子系统，在废钢加入量达到总装入量的30％以上时，氧枪调节控制模块在吹氧量达到35％之前，按照氧枪的氧气流量增加10％，氧枪喷头离钢水液面距离增加5％进行控制；吹氧量达到35％之后，按原设定的流量和高度进行控制。
8.根据权利要求5所述的高钢铁比的转炉冶炼控制方法，其特征在于，步骤7：底吹控制；在加入废钢达到总装入量的30％以上时，底吹调节控制模块在吹氧量达到35％之前，按照底吹总管流量增加15％，底吹气体类型按原底吹模型计算的结果进行控制；吹氧量达到35％之后，按原底吹模型计算结果进行控制。
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