CN108359766A - 一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法 - Google Patents
一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及底吹氧气转炉炼钢领域，提供了一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法，通过在底吹氧气转炉的炉底安装测温喷枪来实时测量炉内钢水温度，根据钢水温度和转炉喷吹、加料情况实时预测钢水成分，基于钢水温度对底吹氧气转炉的冶炼过程进行分阶段控制，动态调节底吹喷枪的喷吹参数，实现冶炼过程的最优控制和终点钢水温度、碳含量的双命中。本发明为底吹氧气转炉的过程和终点控制提供了新方法，冶炼终点温度、碳含量双命中率提高10%，终点钢水磷含量可稳定控制在80ppm以内，钢铁料消耗降低10kg/t。
Description
技术领域
本发明涉及底吹氧气转炉炼钢领域，特别涉及一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法。
背景技术
底吹氧气转炉具备底吹氧气和固体粉剂的能力，显著改善了炉内冶金反应的动力学条件，渣-钢反应接近平衡状态，可在渣中（FeO）基本不增加的条件下将碳脱除到低碳领域，同时底吹粉剂可以高效脱除铁水中的磷、硫等杂质元素，能够高效低成本地生产低碳高品质钢种。
由于底吹氧气转炉的底吹强度大，熔池搅拌强烈，炉内反应剧烈，实际生产中很难对钢水温度、成分进行准确的预测，并实施有效的冶炼过程控制，往往出现冶炼结束时钢水温度或钢水成分不符合要求的情况。
目前常用的冶炼过程监控手段为炉气分析技术，但是该技术是通过炉气流量和炉气成分间接地预测炉内钢水的状态，准确性不稳定；炉气采集装置安装在炉气处理管道上，容易发生堵塞和损坏，而且测量数据滞后于炉内实时的反应状态。
非接触式红外测温技术的发展，提供了连续测量钢水温度的技术手段，利用测温气体在钢水和测温传感器之间创建温度信号传输通道，可安全、稳定、连续地测量钢水温度。本发明利用红外测温技术连续测量底吹氧气转炉的钢水温度，并基于钢水温度实施底吹氧气转炉的冶炼过程控制。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法，利用红外测温技术连续测量底吹氧气转炉的钢水温度，基于钢水温度和过程吹炼参数预测炉内钢水成分，基于钢水温度分阶段控制底吹氧气转炉的喷吹工艺参数，实现冶炼过程最优和终点温度、碳含量的双命中。
本发明的技术方案如下：
一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法，通过测温喷枪连续测量所述底吹氧气转炉内钢水温度；根据入炉原料量、喷吹系统运行参数及所述钢水温度实时计算所述底吹氧气转炉内钢水的成分；根据所述钢水温度分阶段控制底吹喷枪的喷吹参数。
进一步的，具体包括如下步骤：
步骤一、所述底吹氧气转炉的炉底安装1支可连续测量钢水温度的测温喷枪和若干支可底吹载气-粉剂的底吹喷枪，所述测温喷枪测得的钢水温度实时传输到控制系统；
步骤二、所述控制系统对底吹氧气转炉冶炼全程的钢水温度数据进行实时采集和分析，结合底吹氧气转炉喷吹系统运行参数，计算底吹氧气转炉炉内钢水的成分；
步骤三、所述控制系统根据测温喷枪测得的钢水温度分阶段控制底吹喷枪的喷吹参数。
进一步的，步骤二具体为：
步骤2.1）底吹氧气转炉开始吹炼前，对入炉原料的初始状态进行统计，计算得到底吹氧气转炉炉内所有原料中C、Si、Mn、P、S和Fe元素的总质量、总物理热量和总化学热量；
步骤2.2）底吹氧气转炉冶炼过程中，根据氧化剂喷吹量、造渣剂加入量和冷却剂加入量，结合测温喷枪测得的钢水温度，基于物料平衡和能量平衡原理，计算炉内钢水成分。
进一步的，步骤三具体为：
步骤3.1）脱硅化渣阶段：开始吹炼后，当钢水温度低于脱磷下限温度时，底吹喷枪以化渣模式喷吹，载气为O2，粉剂为石灰粉，根据升温速率和初始硅含量计算石灰粉喷吹速率，在到达脱磷下限温度时形成预期碱度的熔态炉渣；
步骤3.2）高效脱磷阶段：当钢水温度达到脱磷下限温度，底吹喷枪以脱磷模式喷吹，载气为O2-CO2混合气，粉剂为脱磷粉剂，根据初始磷含量计算所需脱磷粉剂的总量，根据脱磷粉剂喷吹速率计算脱磷阶段持续时间，根据钢水温度动态调节载气中O2和CO2的比例，从而控制升温速率，使钢水温度在脱磷阶段终点达到脱磷上限温度；
步骤3.3）脱碳升温阶段：当钢水温度达到脱磷上限温度，完成化渣和脱磷后，底吹喷枪以脱碳升温模式喷吹，底吹O2，快速脱碳升温，直至钢水温度达到终点预控温度；
步骤3.4）终点控制阶段：当钢水温度达到终点预控温度后，结合控制系统预测的钢水成分，底吹喷枪以终点控制模式喷吹，底吹O2-CO2混合气，根据测温喷枪测得的钢水温度和控制系统计算的钢水成分，动态调节O2和CO2的混合比例，实现终点温度和碳含量双命中；
步骤3.5）出钢阶段：当钢水温度达到出钢目标温度时，底吹N2/Ar，倾炉出钢，完成冶炼。
进一步的，所述测温喷枪安装在底吹氧气转炉的炉底，出口端与炉底内表面平齐，入口端安装测温传感器和测温气体接头，利用测温气体防止钢水倒灌至喷枪内部，在钢水和测温传感器之间建立安全稳定的钢水温度特征信号传输通道，实现底吹氧气转炉钢水温度的连续监测；所述测温气体为O2-CO2-N2-Ar混合气。
进一步的，所述脱磷下限温度为1350~1375℃，所述脱磷上限温度为1375~1400℃，所述终点预控温度为终点控制阶段的起始温度，低于出钢目标温度30~60℃。
进一步的，在步骤3.4）终点控制阶段，为了防止钢水“回磷”，在底吹O2-CO2的同时喷吹脱磷粉剂。
进一步的，所述底吹喷枪的数量为2~10支，根据底吹氧气转炉的公称容量和底吹强度确定。
本发明的有益效果为：该方法能够实时测量底吹氧气转炉冶炼过程中的钢水温度，并预测炉内钢水成分，在此基础上对底吹氧气转炉的冶炼过程进行分阶段控制，前期快速形成预设碱度的炉渣，脱磷阶段维持脱磷温度改善脱磷效果，末期通过O2-CO2混合喷吹，实现冶炼终点钢水温度和碳含量的双命中，使底吹氧气转炉的终点磷含量稳定控制在80ppm以内，冶炼终点温度、碳含量双命中率提高10%，钢铁料消耗降低10kg/t。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法的控制流程示意图。
图2所示为基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法的装置示意图。
图中：1、底吹氧气转炉的炉底；2、钢水；3、测温喷枪；3-1、测温气体接头；3-2、测温传感器；4、底吹喷枪。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1、2所示，本发明实施例一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法，具体包括以下步骤：
步骤一：所述底吹氧气转炉的炉底安装1支可连续测量钢水温度的测温喷枪和若干支可底吹载气-粉剂的底吹喷枪，所述测温喷枪测得的钢水温度实时传输到控制系统；
步骤二：所述控制系统对底吹氧气转炉冶炼全程的钢水温度数据进行实时采集和分析，结合底吹氧气转炉喷吹系统运行参数，在数据的基础上计算底吹氧气转炉炉内钢水的成分，具体包括以下步骤：
步骤2.1）底吹氧气转炉开始吹炼前，对入炉原料的初始状态进行统计，计算得到底吹氧气转炉炉内所有原料中C、Si、Mn、P、S和Fe元素的总质量、总物理热量和总化学热量。
步骤2.2）底吹氧气转炉冶炼过程中，根据氧化剂喷吹量、造渣剂加入量和冷却剂加入量，结合测温喷枪测得的钢水温度，基于物料平衡和能量平衡原理，预测炉内钢水成分。
步骤三：所述控制系统根据测温喷枪测得的钢水温度分阶段控制底吹喷枪的喷吹参数，具体如下：
步骤3.1）脱硅化渣阶段：开始吹炼后，当钢水温度低于脱磷下限温度时，底吹喷枪以化渣模式喷吹，载气为O2，粉剂为石灰粉，根据升温速率和初始硅含量计算石灰粉喷吹速率，在到达脱磷下限温度时形成预期碱度的熔态炉渣；
步骤3.2）高效脱磷阶段：当钢水温度达到脱磷下限温度，底吹喷枪以脱磷模式喷吹，载气为O2-CO2混合气，粉剂为脱磷粉剂，根据初始磷含量计算所需脱磷粉剂的总量，根据脱磷粉剂喷吹速率计算脱磷阶段持续时间，根据钢水温度动态调节载气中O2和CO2的比例，从而控制升温速率，使钢水温度在脱磷阶段终点达到脱磷上限温度；
步骤3.3）脱碳升温阶段：当钢水温度达到脱磷上限温度，完成化渣和脱磷后，底吹喷枪以脱碳升温模式喷吹，底吹O2，快速脱碳升温，直至钢水温度达到终点预控温度；
步骤3.4）终点控制阶段：当钢水温度达到终点预控温度后，结合控制系统预测的钢水成分，底吹喷枪以终点控制模式喷吹，底吹O2-CO2混合气，根据测温喷枪测得的钢水温度和控制系统预测的钢水成分，动态调节O2和CO2的混合比例，实现终点温度和碳含量双命中；
步骤3.5）出钢阶段：当钢水温度达到出钢目标温度时，底吹N2/Ar，倾炉出钢，完成冶炼。
实施例1
本实施例应用在100吨底吹氧气转炉上，该底吹氧气转炉的炉底布置有1支测温喷枪和4支底吹喷枪，其中测温喷枪布置在炉底中心，4支底吹喷枪在耳轴中心线两侧对称布置。测温喷枪使用的测温气体为O2-N2-Ar混合气，底吹喷枪的供气强度为0.8Nm3/t/min，供粉强度为2~4kg/t/min。该转炉设定的脱磷下限温度为1350℃，脱磷上限温度为1400℃，终点预控温度低于出钢目标温度50℃。
采用本发明的控制方法后，终点温度和碳含量双命中率达到99.6%，且终点钢水磷含量稳定控制在80ppm以内，转炉工序的钢铁料消耗为1061kg/t。
实施例2
本实施例应用在300吨底吹氧气转炉上，该底吹氧气转炉的炉底布置有1支测温喷枪和8支底吹喷枪，其中测温喷枪布置在炉底中心，8支底吹喷枪在耳轴中心线两侧对称布置。测温喷枪使用的测温气体为O2-CO2混合气，底吹喷枪的供气强度为1.0Nm3/t/min，供粉强度为2.5~5kg/t/min。该转炉设定的脱磷下限温度为1360℃，脱磷上限温度为1390℃，终点预控温度低于出钢目标温度30℃。
采用本发明的控制方法后，终点温度和碳含量双命中率达到99.2%，且终点钢水磷含量稳定控制在75ppm以内，转炉工序的钢铁料消耗为1055kg/t。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (8)
1.一种基于钢水连续测温的底吹氧气转炉冶炼过程控制方法，其特征在于，通过测温喷枪连续测量所述底吹氧气转炉内钢水温度；根据入炉原料量、喷吹系统运行参数及所述钢水温度实时计算所述底吹氧气转炉内钢水的成分；根据所述钢水温度分阶段控制底吹喷枪的喷吹参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一、所述底吹氧气转炉的炉底安装1支可连续测量钢水温度的测温喷枪和若干支可底吹载气-粉剂的底吹喷枪，所述测温喷枪测得的钢水温度实时传输到控制系统；
步骤二、所述控制系统对底吹氧气转炉冶炼全程的钢水温度数据进行实时采集和分析，结合底吹氧气转炉喷吹系统运行参数，计算底吹氧气转炉炉内钢水的成分；
步骤三、所述控制系统根据测温喷枪测得的钢水温度分阶段控制底吹喷枪的喷吹参数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二具体为：
步骤2.1）底吹氧气转炉开始吹炼前，对入炉原料的初始状态进行统计，计算得到底吹氧气转炉炉内所有原料中C、Si、Mn、P、S和Fe元素的总质量、总物理热量和总化学热量；
步骤2.2）底吹氧气转炉冶炼过程中，根据氧化剂喷吹量、造渣剂加入量和冷却剂加入量，结合测温喷枪测得的钢水温度，基于物料平衡和能量平衡原理，计算炉内钢水成分。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三具体为：
步骤3.1）脱硅化渣阶段：开始吹炼后，当钢水温度低于脱磷下限温度时，底吹喷枪以化渣模式喷吹，载气为O2，粉剂为石灰粉，根据升温速率和初始硅含量计算石灰粉喷吹速率，在到达脱磷下限温度时形成预期碱度的熔态炉渣；
步骤3.2）高效脱磷阶段：当钢水温度达到脱磷下限温度，底吹喷枪以脱磷模式喷吹，载气为O2-CO2混合气，粉剂为脱磷粉剂，根据初始磷含量计算所需脱磷粉剂的总量，根据脱磷粉剂喷吹速率计算脱磷阶段持续时间，根据钢水温度动态调节载气中O2和CO2的比例，从而控制升温速率，使钢水温度在脱磷阶段终点达到脱磷上限温度；
步骤3.3）脱碳升温阶段：当钢水温度达到脱磷上限温度，完成化渣和脱磷后，底吹喷枪以脱碳升温模式喷吹，底吹O2，快速脱碳升温，直至钢水温度达到终点预控温度；
步骤3.4）终点控制阶段：当钢水温度达到终点预控温度后，结合控制系统预测的钢水成分，底吹喷枪以终点控制模式喷吹，底吹O2-CO2混合气，根据测温喷枪测得的钢水温度和控制系统计算的钢水成分，动态调节O2和CO2的混合比例，实现终点温度和碳含量双命中；
步骤3.5）出钢阶段：当钢水温度达到出钢目标温度时，底吹N2/Ar，倾炉出钢，完成冶炼。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述测温喷枪安装在底吹氧气转炉的炉底，出口端与炉底内表面平齐，入口端安装测温传感器和测温气体接头，利用测温气体防止钢水倒灌至喷枪内部，在钢水和测温传感器之间建立安全稳定的钢水温度特征信号传输通道，实现底吹氧气转炉钢水温度的连续监测；所述测温气体为O2-CO2-N2-Ar混合气。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述脱磷下限温度为1350~1375℃，所述脱磷上限温度为1375~1400℃，所述终点预控温度为终点控制阶段的起始温度，低于出钢目标温度30~60℃。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤3.4）终点控制阶段，为了防止钢水“回磷”，在底吹O2-CO2的同时喷吹脱磷粉剂。
8.如权利要求1-4所述的方法，其特征在于，所述底吹喷枪的数量为2~10支，根据底吹氧气转炉的公称容量和底吹强度确定。
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