CN117512250A - 一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法。本发明根据高废钢比条件下本炉次具体的废钢、铁水、加料、供氧等相关信息，模型进行热平衡计算和物料平衡计算，得出本炉次条件下的废钢熔点区间和转炉熔池升温曲线，再结合该炉次吹炼中实际的CO含量变化，及时、适时进行高废钢比条件下的加料模式、氧枪吹炼枪位、吹炼氧气流量、转炉底吹流量的操作调整，有效避免了出现吹炼过程中的“喷溅”、“返干”等异常现象的发生，实现吹炼过程的高效稳定运行，提高了金属收得率和生产效率，具有显著的经济效益和推广前景。

Description

一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法
技术领域
本发明涉及转炉炼钢技术领域，具体涉及一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法。
背景技术
随着对钢材产品降碳要求的提出，控制长流程钢铁制造过程的碳排放已成为当前研究的热点。在长流程钢铁制造过程中，超过80％的碳排放来自于焦化、烧结、高炉等铁前工序，这是降碳的重点工序。对于长流程转炉炼钢工艺，提高废钢比、降低铁水比可实施性较高，将是未来一段时间内长流程降低碳排放的重要措施和手段。
废钢是可循环利用的铁素资源，提高废钢比，有利于降低钢铁工业环境污染和综合能耗，具有较高的经济、环保和社会效益。在提高转炉废钢比方面，国内外钢铁企业进行了大量探索，主要方法包括废钢预热、转炉内添加补热剂和提高二次燃烧率等。
目前，更高效的利用废钢己成为转炉炼钢的重要发展方向。作为转炉冶炼的主要原料之一，由于其本身的冷料属性，废钢在转炉内的熔化过程对于转炉熔池温度的稳定控制和转炉生产的高效顺行有着重要影响。废钢加入后要吸收一部分热量，随着熔池温度的升高，废钢逐渐熔化，熔化期间单位时间吸收的热量更多，造成熔池温度较大的波动，影响正常的升温曲线，给吹炼操作带来较大影响，如果不能准确判断并及时采取相应的操作应对措施，将直接影响化渣效果及正常的吹炼过程，甚至造成较大的“喷溅”或“返干”现象，给生产带来质量及安全隐患。
目前，关于转炉内废钢熔化的研究还比较缺乏，提高废钢比的方法大多数源于钢铁企业的生产实践，而不同类型炼钢厂由于转炉容量、冶炼工艺等因素的差异，同时，同一废钢比提升方法或工艺在不同炼钢厂的应用效果也存在不同。现有技术中，废钢比变化对转炉吹炼、加料、温度以及金属收得率等的研究也相对较少，限制了废钢在转炉中的高效利用，高废钢比条件下的转炉操作控制方法亟需研究和解决。
发明内容
针对高废钢比条件废钢不能有效利用的技术问题，本发明提供一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，可以实现转炉吹炼过程的高效稳定运行，提高了金属收得率和生产效率，同时有效避免了吹炼过程中的“喷溅”、“返干”等异常现象的发生。
本发明提供一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，包括如下步骤：
S1、根据配加废钢种类及配加比例，通过热平衡计算出废钢自开始熔化到全部熔化的时间T，T＝t1-t0，t0为废钢开始熔化的时间，t1为废钢全部熔化的时间；
S2、根据热平衡及物料平衡计算出转炉熔池升温曲线；
S3、根据时间T、转炉熔池升温曲线及转炉烟气CO即时含量，调整加料模式、氧枪吹炼枪位、吹炼氧气流量及转炉底吹流量；
S4、废钢全部熔化t1时刻后，转入常规的控制模式操作。
进一步的，步骤S1中，首先对所使用的废钢进行分类，根据各个企业具体情况，配加废钢的种类包括轻薄料、中型废钢、重型废钢、打包料、压块、钢渣、尘泥球、碳素废钢、合金废钢、生铁块，同时严格规范废钢的尺寸、大小、块度；并严格按照工艺规定的每种废钢的具体重量及比例进行配加。因为每种废钢的成分、块度等不同，所以每种废钢的熔点、吸热及其在熔池内的熔化速度也不同，只有将废钢进行规范分类、按工艺要求比例配加，分类、分别计算各种废钢种类的物化特性，才能更精确地计算出所加入废钢对冶炼带来的总的影响。
进一步的，步骤S2中，热平衡及物料平衡计算因素包括铁水条件、加料情况及供氧情况；铁水条件包括铁水成分及温度；加料情况包括废钢种类及配加比例、造渣料重量及加入量；供氧情况包括供氧时间、耗氧量及各种元素的氧化反应放热。
进一步的，转炉吹炼过程中碳氧反应产生的转炉烟气中主要成分是CO，碳氧反应的氧化产物绝大多数是CO而不是CO2，因此煤气分析仪检测的CO含量值也间接反应了碳氧反应的速度。在氧气转炉中，排出CO气体的变化可作为衡量吹炼过程中“喷溅”、“返干”等操作稳定性的参照依据。同样，通过烟气中CO气体含量，亦可对吹炼过程中的碳氧反应进行指导和预判，有效保证吹炼操作的稳定控制。配加的高比例废钢到达熔点后会出现温度的集中吸热现象，导致炉内的转炉熔池升温曲线出现拐点(升温速率降低)。由于废钢加入量及各种废钢比例的不同，转炉熔池升温曲线出现拐点的时间早晚及时间长短也同样相应的出现不同的变化。同样升温曲线的变化也反应了炉内碳氧反应的变化，导致CO含量曲线对应出现拐点(CO含量瞬时值降低)。根据仪表显示的CO即时含量变化，可作为高比例废钢开始熔化的参考依据。
废钢比例提升，熔池升温速率减慢，温度提升困难，炉内金属粘度会升高，导致熔池反应及传热速度降低，增加了废钢熔化时间。高比例废钢开始熔化时，相对集中吸收大量热量，熔池升温速率下降，炉内碳氧反应速度降低，碳氧反应产生的CO含量瞬时值降低。此时应适当降低氧枪的吹炼枪位(氧枪高度)，加速碳氧反应速度，避免低温炉渣过多导致的低温喷溅。根据废钢到达熔点时间T、转炉熔池升温曲线及转炉烟气CO即时含量，调整加料模式、氧枪吹炼枪位、吹炼氧气流量及转炉底吹流量。
进一步的，步骤S3中，调整加料模式的方法为，由于废钢比例增加，熔池温度相对较低，加料不易集中，采取“多批次小批量”的加料方式，缓解由于加料集中引起的温降；同时，保证在转炉熔池升温曲线t0时刻前2min最后一批料加料完毕。
进一步的，步骤S3中，调整氧枪吹炼枪位的方法为，适当降低氧枪的吹炼枪位，以加速碳氧反应速度，前期采用低枪位、低流量模式；在t1时刻前，氧枪吹炼枪位的高度H(t)按下式计算，H0为该时刻原来正常的枪位高度；t1时刻后氧枪吹炼枪位恢复正常。
进一步的，步骤S3中，调整吹炼氧气流量的方法为，在t1时刻前，炼氧气流量F(t)按下式计算，F0为该时刻原来正常的吹炼氧气流量；t1时刻后吹炼氧气流量恢复正常。
进一步的，步骤S3中，调整转炉底吹流量的方法为，根据废钢比，适当降低底吹流量，减少底吹带来的温降；在t1时刻前，转炉底吹流量W(t)按下式计算，W0为该时刻原来正常的转炉底吹流量，η为该炉次废钢配加百分含量；t1时刻后转炉底吹流量恢复正常。
进一步的，步骤S4中，转炉炉次结束后，将模型数据信息反馈至数据库进行自学习修正。
本发明原理在于，转炉炼钢的冶炼热量来自铁水物理热及化学热，提高转炉废钢比后，首先需要考虑转炉的热量平衡及温度变化，通过模型构建，结合物料平衡和热平衡计算，预测出废钢到达熔点的时刻和各种废钢从开始熔化到全部熔化结束的时间、转炉熔池升温曲线，参照吹炼过程中CO含量变化情况，及时调整氧枪控制枪位、氧气流量、加料制度等相关工艺及参数，实现高废钢比条件下的转炉操作的稳定高效运行。
本发明的有益效果在于：本发明根据高废钢比条件下本炉次具体的废钢、铁水、加料、供氧等相关信息，模型进行热平衡计算和物料平衡计算，得出本炉次条件下的废钢熔点区间和转炉熔池升温曲线，再结合该炉次吹炼中实际的CO含量变化，及时、适时进行高废钢比条件下的加料模式、氧枪吹炼枪位、吹炼氧气流量、转炉底吹流量的操作调整，有效避免了出现吹炼过程中的“喷溅”、“返干”等异常现象的发生，实现吹炼过程的高效稳定运行，提高了金属收得率和生产效率，具有显著的经济效益和推广前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。
图1是本发明具体实施方式控制方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1，示出了本发明基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，包括如下步骤：
S1、根据配加废钢种类及配加比例，通过热平衡计算出废钢自开始熔化到全部熔化的时间T，T＝t1-t0，t0为废钢开始熔化的时间，t1为废钢全部熔化的时间，配加废钢的种类包括轻薄料、中型废钢、重型废钢、打包料、压块、钢渣、尘泥球、碳素废钢、合金废钢、生铁块；
S2、根据热平衡及物料平衡计算出转炉熔池升温曲线，热平衡及物料平衡计算因素包括铁水条件、加料情况及供氧情况；铁水条件包括铁水成分及温度；加料情况包括废钢种类及配加比例、造渣料重量及加入量；供氧情况包括供氧时间、耗氧量及各种元素的氧化反应放热；
S3、根据时间T、转炉熔池升温曲线及转炉烟气CO即时含量，调整加料模式、氧枪吹炼枪位、吹炼氧气流量及转炉底吹流量；
调整加料模式的方法为，采取“多批次小批量”的加料方式，保证在转炉熔池升温曲线t0时刻前2min最后一批料加料完毕；
调整氧枪吹炼枪位的方法为，在t1时刻前，氧枪吹炼枪位的高度H(t)按下式计算， H0为该时刻原来正常的枪位高度；t1时刻后氧枪吹炼枪位恢复正常；
调整吹炼氧气流量的方法为，在t1时刻前，炼氧气流量F(t)按下式计算， F0为该时刻原来正常的吹炼氧气流量；t1时刻后吹炼氧气流量恢复正常；
调整转炉底吹流量的方法为，在t1时刻前，转炉底吹流量W(t)按下式计算， W0为该时刻原来正常的转炉底吹流量,η为该炉次废钢配加百分含量；t1时刻后转炉底吹流量恢复正常；
S4、废钢全部熔化t1时刻后，转入常规的控制模式操作，转炉炉次结束后，将模型数据信息反馈至数据库进行自学习修正。
实施例1
实施例1包括炉次一：入炉铁水温度1362℃，铁水成分C:4.36％；Si:0.52％；Mn:0.36％；P:0.086；S:0.030％；废钢+铁水加入量(173+58)t；废钢结构：轻薄料+中型废钢+重型废钢+打包料+压块+生铁块为5+8+12+6+12+15＝58t；主要造渣料及合金加入量：石灰22kg/t、白云石7.2kg/t，矿石6.7kg/t；氧气消耗48m3/t。模型计算废钢到达熔点的时刻(t0＝7.6min)、全部熔化结束(t1＝11.8min)、熔化时间T(T＝t1-t0＝11.8-7.6＝4.2min)。结合熔池升温曲线和该炉次吹炼中实际的转炉烟气CO即时含量变化进行实时调整，最后一批料在5.6min(t0前两分钟)前加料完毕；在t1时刻前，氧枪吹炼枪位的控制调整为 在t1时刻前，吹炼氧气流量的控制调整为/> 在t1时刻前，转炉底吹流量的控制调整为/> 11.8min后转入常规的控制模式操作。吹炼过程平稳，没有发生喷溅、返干现象，终点一次命中。
实施例2
炉次二：入炉铁水温度1336℃，铁水成分C:4.28％；Si:0.46％；Mn:0.31％；P:0.078；S:0.026％废钢+铁水加入量(171+60)t；废钢结构：轻薄料+中型废钢+重型废钢+打包料+压块+生铁块为5+8+12+6+9+18＝58t；主要造渣料及合金加入量：石灰23kg/t、白云石7.8kg/t，矿石7.7kg/t；氧气消耗46m3/t。模型计算废钢到达熔点的时刻(t0＝6.2min)、全部熔化结束(t1＝10.6min)、熔化时间T(T＝t1-t0＝10.6-6.2＝4.4min)。结合熔池升温曲线和该炉次吹炼中实际的转炉烟气CO即时含量变化进行实时调整，最后一批料在4.2min前加料完毕(t0前两分钟)；在t1时刻前，氧枪吹炼枪位的控制调整为在t1时刻前，吹炼氧气流量的控制调整为/>在t1时刻前，转炉底吹流量的控制调整为/>60/(171+60)≈536m3/h；10.6min后转入常规的控制模式操作。吹炼过程平稳，没有发生喷溅、返干现象，终点一次命中。转炉炉次结束后，将模型数据信息反馈至数据库进行自学习修正。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据配加废钢种类及配加比例，通过热平衡计算出废钢自开始熔化到全部熔化的时间T，T＝t1-t0，t0为废钢开始熔化的时间，t1为废钢全部熔化的时间；
S2、根据热平衡及物料平衡计算出转炉熔池升温曲线；
S3、根据时间T、转炉熔池升温曲线及转炉烟气CO即时含量，调整加料模式、氧枪吹炼枪位、吹炼氧气流量及转炉底吹流量；
S4、废钢全部熔化t1时刻后，转入常规的控制模式操作。
2.如权利要求1所述的一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，其特征在于，步骤S1中，配加废钢的种类包括轻薄料、中型废钢、重型废钢、打包料、压块、钢渣、尘泥球、碳素废钢、合金废钢、生铁块。
3.如权利要求1所述的一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，其特征在于，步骤S2中，热平衡及物料平衡计算因素包括铁水条件、加料情况及供氧情况；铁水条件包括铁水成分及温度；加料情况包括废钢种类及配加比例、造渣料重量及加入量；供氧情况包括供氧时间、耗氧量及各种元素的氧化反应放热。
4.如权利要求1所述的一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，其特征在于，步骤S3中，调整加料模式的方法为，采取“多批次小批量”的加料方式，保证在转炉熔池升温曲线t0时刻前2min最后一批料加料完毕。
5.如权利要求1所述的一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，其特征在于，步骤S3中，调整氧枪吹炼枪位的方法为，在t1时刻前，氧枪吹炼枪位的高度H(t)按下式计算，H0为该时刻原来正常的枪位高度；t1时刻后氧枪吹炼枪位恢复正常。
6.如权利要求1所述的一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，其特征在于，步骤S3中，调整吹炼氧气流量的方法为，在t1时刻前，炼氧气流量F(t)按下式计算， F0为该时刻原来正常的吹炼氧气流量；t1时刻后吹炼氧气流量恢复正常。
7.如权利要求1所述的一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，其特征在于，步骤S3中，调整转炉底吹流量的方法为，在t1时刻前，转炉底吹流量W(t)按下式计算， W0为该时刻原来正常的转炉底吹流量，η为该炉次废钢配加百分含量；t1时刻后转炉底吹流量恢复正常。
8.如权利要求1所述的一种基于高废钢比条件下转炉操作模型的控制方法，其特征在于，步骤S4中，转炉炉次结束后，将模型数据信息反馈至数据库进行自学习修正。
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