[发明专利]一种指导转炉补吹过程操作的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，特别是提供了一种指导转炉补吹过程操作的方法。该方法适用于中小型转炉生产各种高、中、低碳钢产品。

背景技术

1.转炉吹炼的目的是为了获得成分和温度均合格的钢水。在转炉吹炼过程中，转炉出钢与否的限制性环节是冶炼终点钢水成分和温度是否达到出钢要求。为了实现转炉终点控制高命中率的目标，转炉吹炼由以前的人工经验操作向自动化炼钢方向发展。目前，钢厂比较常用方法是炼钢数学模型结合动态检测设备，通过将检测设备采集到的冶炼过程信息反馈给炼钢数学模型，炼钢数学模型利用这些信息从而不断修正模型，达到提高终点命中率的目标。当前比较常用的检测手段有副枪、炉气分析和投弹法等。

2.大型转炉可以利用副枪测量冶炼后期钢水温度及成分，通过炼钢数学模型计算，动态调整冶炼后期所需的氧耗量及冷却剂加入量，从而实现对冶炼后期钢水温度和成分控制；大型转炉也可以使用炉气分析设备，在线分析转炉炉口废气成分，根据冶炼过程中的物料平衡和热平衡对熔池碳含量和温度进行实时计算，从而对冶炼终点进行控制；大型转炉还可以将副枪和炉气分析两种动态检测手段结合起来，对转炉炼钢过程进行动态控制，从而进一步提高转炉终点命中率。

3.中小型转炉由于转炉炉口的限制，无法安装副枪这种动态检测设备；而基于炉气分析的终点定碳模型将碳含量影响因素之间的关系过分简单化，使得终点定碳模型的计算值与实际值之间产生一定的偏差；其温度预测模型是在定碳模型的基础上，利用定碳模型计算得到的熔池碳含量和碳氧反应产生的热效应进行推导计算得出熔池温度，这使得温度预测模型计算结果的偏差进一步增大。国内大部分中小型转炉没有安装炉气分析检测设备。对于这些缺乏动态检测设备的转炉来说，有些采用转炉投弹式检测技术，在不倒炉的情况下对钢水成分和温度进行检测；有些仍然采用人工经验判断终点，再通过倒炉取样分析的方法检测获得钢水成分和温度信息。

4.以上两种方法的不足之处在于它们只能对钢水成分和温度进行检测，不能自动判断钢水成分和温度信息是否符合出钢要求，以及当钢水成分和温度信息不符合出钢要求时不能适时提供相应的补吹方案，而吹炼终点的判断以及相应补吹方案的提供均需要操作人员依靠人工经验完成，不利于提高终点控制的命中率。

发明内容

本发明的目的是通过炼钢数学模型与转炉补吹工艺过程相结合，在获取钢水成分和温度信息的基础上，提供了一种自动判断冶炼终点以及未达到终点时计算相应补吹方案的方法，从而指导转炉补吹过程操作。

首先，本发明结合冶金原理和生产历史数据，分析得出转炉补吹过程中各元素(C、Mn、P和S)和温度随补吹时间的变化规律以及冷却剂的冷却效应；其次，根据所冶炼钢种的出钢目标值与取样分析获得的实际值进行比较，判断本炉次是否需要补吹；最后，若判断结果为本炉次不需要补吹操作，则直接出钢，若判断结果为本炉次需要补吹操作，则炼钢数学模型根据检测的钢水成分和温度信息进行计算得出补吹方案(补吹氧时间和冷却剂加入量)。与此同时，炼钢数学模型还能预测补吹方案实施后钢水的成分和温度，进而为出钢过程的合金加料提供指导。

本发明所涉及的转炉补吹过程各元素含量及温度变化与补吹时间之间的定量关系如下所示。

(1)补吹开始时钢水中的碳浓度已降到较低水平，钢水中碳的扩散成为限制性环节，此时的脱碳速度随着钢水中碳含量的减少不断下降。该阶段可把脱碳速度近似看作为：

式中：——脱碳速率，％/s；

k——脱碳速率常数；

w[c]——钢水中的碳含量，％。

对上式分离变量然后两边同时积分得：

化简得：w[c]＝w[c]_D·exp(-k．t)

式中：w[c]——t时刻钢水中的碳含量，％；

w[c]_D——倒炉取样检测所得钢水碳含量，％；

t——补吹时间，s。

(2)分别以w[Mn]_D和t为参数，统计历史生产数据的w[Mn]_D、t和w[Mn]_E数据，并进行曲线拟合得到补吹过程锰含量变化与补吹时间之间的关系：

w[Mn]_E＝A_Mn+B_Mn·w[Mn]_D-C_Mn·t

式中：w[Mn]_E——终点钢水中锰含量，％；

w[Mn]_D——倒炉取样所测钢水锰含量，％；