CN117887925A - 一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，属于钢铁冶金技术领域，用以解决现有顶吹氧枪在转炉冶炼过程中，顶吹氧枪枪位和流量不能自动调节的问题。一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，包括：炉次开始，完成转炉冶炼过程中的初始条件数据采集；降氧枪，吹氧开始，同时监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点，形成供氧工艺转换点判定；根据供氧工艺转换点，按照调整规则，调整顶吹氧枪枪位和氧气流量。本发明可以实现转炉冶炼过程顶吹氧枪枪位和流量的自动调节。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法。
背景技术
顶吹氧法是一种比较先进的氧气顶吹转炉炼钢法。顶吹供氧工艺极大提高了转炉冶炼过程的生产效率与钢水质量，但氧气的直接吹入给过程控制带来了极大的挑战。现有的顶吹供氧工艺主要为两种，一是不对顶吹氧枪的供氧流量进行调节，只人为调节枪位高度；二是根据供氧模型调节顶吹养枪的流量和枪位，但是仅是按照模型的设定值进行机械的调整，没有调节反馈，不能实现顶吹氧枪枪位和流量的自动调节。
目前，转炉冶炼过程对转炉钢水解进度、转炉冶炼经济性提出了进一步的新要求，为满足解进度与经济性的多重目标，必须对供氧工艺进行优化与调整。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，用以提高现有顶吹氧枪在转炉冶炼过程中，顶吹氧枪枪位和流量调节的自动化水平。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，包括：
步骤1：炉次开始，完成转炉冶炼过程中的初始条件数据采集；
步骤2：降氧枪，吹氧开始，同时监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点；
步骤3：根据供氧工艺转换点，按照调整规则，调整顶吹氧枪枪位和氧气流量。
进一步地，步骤2中，所述供氧工艺转换点包括碳氧反应转换点和铁氧反应转换点。
进一步地，所述碳氧反应转换点为：TSi-C＝8×k×(2.1W[Si]+1.3W[Mn])(1+T/273)/(60Q)；
其中，TSi-C为碳氧反应转换点，min；
k为系数，k＝9～9.9；
W[Si]为铁水硅含量，％；
W[Mn]为铁水锰含量，％；
T为熔池温度，℃；
Q为顶吹氧枪的供氧速度，Nm3/t·min。
进一步地，所述铁氧反应转换点为：TC-Fe＝TSi-C+(f×W[C]-CC-Fe)/Dc，
其中，TC-Fe为铁氧反应转换点，min；
f为系数，f＝0.74q-0.03；
W[C]为铁水碳含量，％；
CC-Fe为临界碳含量，％，
Dc为脱碳速度，％/min。
进一步地，所述临界碳含量CC-Fe＝0.25e-5.875q，其中q为转炉底吹搅拌强度，Nm3/t·min。
进一步地，所述脱碳速度Dc＝0.35ln(Q)+0.037，其中Q为顶吹氧枪的供氧速度，Nm3/t·min。
进一步地，步骤S3中，所述调整原则包括：碳氧反应转换点TSi-C后氧气流量不变，调整氧枪枪位H1，H1＝(0.99-0.17ln(W[Si]))h；
其中，W[Si]为铁水硅含量，％；
h为0～TSi-C前枪位，m。
进一步地，所述调整原则还包括：铁氧反应转换点TC-Fe后调整氧气流量QC-Fe，QC-Fe＝Q×0.9596e-0.314q；
其中，Q为顶吹氧枪的供氧速度，Nm3/t·min；
q为转炉底吹搅拌强度，Nm3/t·min。
进一步地，所述调整原则还包括：铁氧反应转换点TC-Fe后调整氧枪枪位，调整后的氧气枪位为H2，H2＝H1×0.9157q0.03；
其中，H1为碳氧反应转换点TSi-C后的氧气枪位，m。
进一步地，吹氧结束时间为
其中，Q总为总供氧量，Nm3。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、本发明的转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，在转炉冶炼过程中，通过监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点，形成供氧工艺转换点判定；然后根据供氧工艺转换点，按照调整规则，自动调整顶吹氧枪枪位和氧气流量，可以实现转炉冶炼过程顶吹氧枪枪位和流量的自动调节。
2、本发明的转炉冶炼过程中顶吹氧枪供氧工艺的控制方法能够将人力从紧张的转炉吹炼过程中解放出来，同时避免按照模型的供氧模式的设定值进行机械调整而非自动调节，可以提高转炉冶炼自动化和高效化生产水平。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供了一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，包括：
步骤1：炉次开始，完成转炉冶炼过程中的初始条件数据采集；
步骤2：降氧枪，吹氧开始，同时监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点；
步骤3：根据供氧工艺转换点，按照调整规则，调整顶吹氧枪枪位和氧气流量。
顶吹氧法是一种比较先进的氧气顶吹转炉炼钢法。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。现有的顶吹供氧工艺主要为两种，一是不对顶吹氧枪的供氧流量进行调节，只人为调节枪位高度；二是根据供氧模型调节顶吹养枪的流量和枪位，但是仅是按照模型的设定值进行机械的调整，没有调节反馈，不能实现顶吹氧枪枪位和流量的自动调节。本发明的转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，在转炉冶炼过程中，通过监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点，形成供氧工艺转换点判定条件；然后根据供氧工艺转换点，按照调整规则，自动调整顶吹氧枪枪位和氧气流量，可以实现转炉冶炼过程顶吹氧枪枪位和流量的自动调节。
具体的，步骤1中，所述初始条件数据采集指采集转炉冶炼开始时的铁水成分；
具体的，步骤2中，降氧枪，吹氧开始，同时监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点，为形成供氧工艺转换点判定条件提供依据，所述供氧工艺转换点包括TSi-C、TC-Fe，其中，TSi-C为碳氧反应转换点，TC-Fe为铁氧反应转换点；
碳氧反应转换点为：
TSi-C＝8×k×(2.1W[Si]+1.3W[Mn])(1+T/273)/(60Q)，
其中，k为系数，k＝9～9.9；
W[Si]为铁水硅含量，％；
W[Mn]为铁水锰含量，％；
T为熔池温度，℃；
Q为顶吹氧枪的供氧速度，Nm3/t·min；
铁氧反应转换点为：TC-Fe＝TSi-C+(f×W[C]-CC-Fe)/Dc，
其中，f为系数，f＝0.74q-0.03；
W[C]为铁水碳含量，％；
CC-Fe为临界碳含量，％，
其中，CC-Fe＝0.25e-5.875q；
其中，Dc为脱碳速度，％/min，Dc＝0.35ln(Q)+0.037，其中q为转炉底吹搅拌强度，Nm3/t·min；
具体的，步骤3中，根据供氧工艺转换点，按照调整规则，调整顶吹氧枪枪位和氧气流量，所述调整规则为：
碳氧反应转换点TSi-C后氧气流量不变，调整氧枪枪位H1，H1＝(0.99-0.17ln(W[Si]))h；
其中，W[Si]为铁水硅含量，％；
h为0～TSi-C前枪位，m。
铁氧反应转换点TC-Fe后调整氧气流量QC-Fe和氧枪枪位H2，H2＝H1×0.9157q0.03，QC-Fe＝Q×0.9596e-0.314q；
其中，Q为顶吹氧枪的供氧速度，Nm3/t·min；
q为转炉底吹搅拌强度，Nm3/t·min。
吹氧结束时间为：
其中，Q总为总供氧量，Q总＝K(13.3W[C]+11.4W[Si]+2.9W[Mn]-f矿)，m3/t；
其中，W[Si]为铁水硅含量，％；
W[Mn]为铁水锰含量，％；
W[C]为铁水碳含量，％；
K为氧气利用系数，K＝0.5～0.9；
f矿为矿石含氧系数，f矿＝0.1～0.4。
本发明的转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，在转炉冶炼过程中，通过监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点，形成供氧工艺转换点判定；然后根据供氧工艺转换点，按照调整规则，自动调整顶吹氧枪枪位和氧气流量，可以实现转炉冶炼过程顶吹氧枪枪位和流量的自动调节，提高转炉冶炼自动化和高效化生产水平。
实施例
本实施例提供了一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：炉次开始，完成转炉冶炼过程中的初始条件数据采集；
步骤2：降氧枪，吹氧开始，同时监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点，形成供氧工艺转换点判定；
监测到吹氧开始时刻，铁水中C含量为4.5％，Si含量为0.2％，Mn含量为0.2％，熔池温度T＝1400℃，顶吹氧枪的供氧速度Q＝3.5Nm3/t·min，转炉底吹搅拌强度q＝0.1Nm3/t·min，k＝9.6，根据吹氧开始时刻的C含量、Si含量、Mn含量、熔池温度、顶吹氧枪的供氧速度和转炉底吹搅拌强度确定计算经计算可得：
基于吹氧开始时刻的C含量、Si含量、Mn含量、熔池温度、顶吹氧枪的供氧速度和转炉底吹搅拌强度确定的碳氧反应转换点TSi-C、系数f、临界碳含量CC-Fe、脱碳速度Dc计算铁氧反应转换点TC-Fe；
具体的：
首先计算碳氧反应转换点TSi-C、系数f、临界碳含量CC-Fe、脱碳速度Dc：
碳氧反应转换点为：
TSi-C＝8×k×(2.1W[Si]+1.3W[Mn])(1+T/273)/(60Q)＝1.994268132min；
系数f＝0.74q-0.03＝0.792924286；
临界碳含量CC-Fe＝0.25e-5.875q＝0.138877；
脱碳速度Dc＝0.35ln(Q)+0.037＝0.475467039；
然后，将系数f、临界碳含量CC-Fe、脱碳速度Dc、碳氧反应转换点TSi-C代入TC-Fe＝TSi-C+(f×W[C]-CC-Fe)/Dc，可得：
铁氧反应转换点TC-Fe＝9.206717915min；
步骤3中，根据供氧工艺转换点，按照调整规则，调整顶吹氧枪枪位和氧气流量：
碳氧反应转换点TSi-C后顶吹氧枪的供氧速度Q不变，0～TSi-C前枪位h＝1.8m，调整氧枪枪位H1，调整后的氧枪枪位H1：
H1＝(0.99-0.17ln(W[Si]))h＝2.274488m；
铁氧反应转换点TC-Fe后调整氧气流量QC-Fe和氧枪枪位H2，其中：
H2＝H1×0.9157q0.03＝1.953734m；
QC-Fe＝Q×0.9596e-0.314q＝3.254339Nm3/t·min；
氧气利用系数K＝0.7，矿石含氧系数f矿＝0.2，计算可得：
Q总＝K(13.3W[C]+11.4W[Si]+2.9W[Mn]-f矿)＝44.00727m3/t；
吹氧结束时间Tend为：
按照相同的步骤，对另外4个炉次吹氧开始时刻的C含量，Si含量，Mn含量，熔池温度T，顶吹氧枪的供氧速度Q，转炉底吹搅拌强度q和k值，计算碳氧反应转换点TSi-C和铁氧反应转换点TC-Fe，其中0～TSi-C前枪位h＝1.8m根据调整原则，对氧气流量和氧枪枪位进行调整，具体数据见表1。
表1实施例T1-T5时刻转炉冶炼过程顶吹供氧工艺数据
按照本发明提供的上述控制方法控制转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺后，顶吹供氧结束后，铁水中O含量平均约0.0540％，较正常工艺平均降低0.0050～0.010％，渣中铁平均降低1.1％，氧气利用率提高2％，获得了质量优良的钢水，相较于现有的两种顶吹供氧工艺(一是不对顶吹氧枪的供氧流量进行调节，只人为调节枪位高度；二是根据供氧模型调节顶吹养枪的流量和枪位，但是仅是按照模型的设定值进行机械的调整)，用时缩短了30s以上。
可见，通过采用本发明的上述转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，在转炉冶炼过程中，通过监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点，形成供氧工艺转换点判定条件；然后根据供氧工艺转换点，按照调整规则，自动调整顶吹氧枪枪位和氧气流量，可以实现转炉冶炼过程顶吹氧枪枪位和流量的自动调节，能够将人力从紧张的转炉吹炼过程中解放出来，同时避免按照模型的供氧模式的设定值进行机械调整而非自动调节，能够明显提高转炉冶炼自动化和高效化生产水平。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种转炉冶炼过程中顶吹供氧工艺的控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：炉次开始，完成转炉冶炼过程中的初始条件数据采集；
步骤2：降氧枪，吹氧开始，同时监测铁水中的碳、硅和锰的含量，计算供氧工艺转换点；
步骤3：根据供氧工艺转换点，按照调整规则，调整顶吹氧枪枪位和氧气流量。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤2中，所述供氧工艺转换点包括碳氧反应转换点和铁氧反应转换点。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述碳氧反应转换点为：TSi-C＝8×k×(2.1W[Si]+1.3W[Mn])(1+T/273)/(60Q)；
其中，TSi-C为碳氧反应转换点，min；
k为系数，k＝9～9.9；
W[Si]为铁水硅含量，％；
W[Mn]为铁水锰含量，％；
T为熔池温度，℃；
Q为顶吹氧枪的供氧速度，Nm3/t·min。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述铁氧反应转换点为：TC-Fe＝TSi-C+(f×W[C]-CC-Fe)/Dc，
其中，TC-Fe为铁氧反应转换点，min；
f为系数，f＝0.74q-0.03；
W[C]为铁水碳含量，％；
CC-Fe为临界碳含量，％，
Dc为脱碳速度，％/min。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述临界碳含量CC-Fe＝0.25e-5.875q，其中q为转炉底吹搅拌强度，Nm3/t·min。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述脱碳速度Dc＝0.35ln(Q)+0.037，其中Q为顶吹氧枪的供氧速度，Nm3/t·min。
7.根据权利6所述的控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述调整原则包括：碳氧反应转换点TSi-C后氧气流量不变，调整氧枪枪位H1，H1＝(0.99-0.17ln(W[Si]))h；
其中，W[Si]为铁水硅含量，％；
h为0～TSi-C前枪位，m。
8.根据权利7所述的控制方法，其特征在于，所述调整原则还包括：铁氧反应转换点TC-Fe后调整氧气流量QC-Fe，QC-Fe＝Q×0.9596e-0.314q；
其中，Q为顶吹氧枪的供氧速度，Nm3/t·min；
q为转炉底吹搅拌强度，Nm3/t·min。
9.根据权利8所述的控制方法，其特征在于，所述调整原则还包括：铁氧反应转换点TC-Fe后调整氧枪枪位，调整后的氧气枪位为H2，H2＝H1×0.9157q0.03；
其中，H1为碳氧反应转换点TSi-C后的氧气枪位，m。
10.根据权利8所述的控制方法，其特征在于，所述调整原则还包括：吹氧结束时间为
其中，Q总为总供氧量，Nm3。
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