[發明專利]一種指導轉爐補吹過程操作的方法

有效

• 申請號: 201110317648.8
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN102373310A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 劉青;汪宙;王彬;王寶;穆衍清;王闖;張建峰;張路莎;付國慶;劉孝山;王剛
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21C5/30
• 分類號: C21C5/30
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金領域，特別是提供了一種指導轉爐補吹過程操作的方法。該方法適用于中小型轉爐生產各種高、中、低碳鋼產品。

背景技術

1.轉爐吹煉的目的是為了獲得成分和溫度均合格的鋼水。在轉爐吹煉過程中，轉爐出鋼與否的限制性環節是冶煉終點鋼水成分和溫度是否達到出鋼要求。為了實現轉爐終點控制高命中率的目標，轉爐吹煉由以前的人工經驗操作向自動化煉鋼方向發展。目前，鋼廠比較常用方法是煉鋼數學模型結合動態檢測設備，通過將檢測設備采集到的冶煉過程信息反饋給煉鋼數學模型，煉鋼數學模型利用這些信息從而不斷修正模型，達到提高終點命中率的目標。當前比較常用的檢測手段有副槍、爐氣分析和投彈法等。

2.大型轉爐可以利用副槍測量冶煉后期鋼水溫度及成分，通過煉鋼數學模型計算，動態調整冶煉后期所需的氧耗量及冷卻劑加入量，從而實現對冶煉后期鋼水溫度和成分控制；大型轉爐也可以使用爐氣分析設備，在線分析轉爐爐口廢氣成分，根據冶煉過程中的物料平衡和熱平衡對熔池碳含量和溫度進行實時計算，從而對冶煉終點進行控制；大型轉爐還可以將副槍和爐氣分析兩種動態檢測手段結合起來，對轉爐煉鋼過程進行動態控制，從而進一步提高轉爐終點命中率。

3.中小型轉爐由于轉爐爐口的限制，無法安裝副槍這種動態檢測設備；而基于爐氣分析的終點定碳模型將碳含量影響因素之間的關系過分簡單化，使得終點定碳模型的計算值與實際值之間產生一定的偏差；其溫度預測模型是在定碳模型的基礎上，利用定碳模型計算得到的熔池碳含量和碳氧反應產生的熱效應進行推導計算得出熔池溫度，這使得溫度預測模型計算結果的偏差進一步增大。國內大部分中小型轉爐沒有安裝爐氣分析檢測設備。對于這些缺乏動態檢測設備的轉爐來說，有些采用轉爐投彈式檢測技術，在不倒爐的情況下對鋼水成分和溫度進行檢測；有些仍然采用人工經驗判斷終點，再通過倒爐取樣分析的方法檢測獲得鋼水成分和溫度信息。

4.以上兩種方法的不足之處在于它們只能對鋼水成分和溫度進行檢測，不能自動判斷鋼水成分和溫度信息是否符合出鋼要求，以及當鋼水成分和溫度信息不符合出鋼要求時不能適時提供相應的補吹方案，而吹煉終點的判斷以及相應補吹方案的提供均需要操作人員依靠人工經驗完成，不利于提高終點控制的命中率。

發明內容

本發明的目的是通過煉鋼數學模型與轉爐補吹工藝過程相結合，在獲取鋼水成分和溫度信息的基礎上，提供了一種自動判斷冶煉終點以及未達到終點時計算相應補吹方案的方法，從而指導轉爐補吹過程操作。

首先，本發明結合冶金原理和生產歷史數據，分析得出轉爐補吹過程中各元素(C、Mn、P和S)和溫度隨補吹時間的變化規律以及冷卻劑的冷卻效應；其次，根據所冶煉鋼種的出鋼目標值與取樣分析獲得的實際值進行比較，判斷本爐次是否需要補吹；最后，若判斷結果為本爐次不需要補吹操作，則直接出鋼，若判斷結果為本爐次需要補吹操作，則煉鋼數學模型根據檢測的鋼水成分和溫度信息進行計算得出補吹方案(補吹氧時間和冷卻劑加入量)。與此同時，煉鋼數學模型還能預測補吹方案實施后鋼水的成分和溫度，進而為出鋼過程的合金加料提供指導。

本發明所涉及的轉爐補吹過程各元素含量及溫度變化與補吹時間之間的定量關系如下所示。

(1)補吹開始時鋼水中的碳濃度已降到較低水平，鋼水中碳的擴散成為限制性環節，此時的脫碳速度隨著鋼水中碳含量的減少不斷下降。該階段可把脫碳速度近似看作為：

式中：——脫碳速率，％/s；

k——脫碳速率常數；

w[c]——鋼水中的碳含量，％。

對上式分離變量然后兩邊同時積分得：

化簡得：w[c]＝w[c]_D·exp(-k．t)

式中：w[c]——t時刻鋼水中的碳含量，％；

w[c]_D——倒爐取樣檢測所得鋼水碳含量，％；

t——補吹時間，s。

(2)分別以w[Mn]_D和t為參數，統計歷史生產數據的w[Mn]_D、t和w[Mn]_E數據，并進行曲線擬合得到補吹過程錳含量變化與補吹時間之間的關系：

w[Mn]_E＝A_Mn+B_Mn·w[Mn]_D-C_Mn·t

式中：w[Mn]_E——終點鋼水中錳含量，％；

w[Mn]_D——倒爐取樣所測鋼水錳含量，％；