一种转炉冶炼在线预测高碳钢碳含量方法技术

本发明专利技术公开一种转炉冶炼在线预测高碳钢碳含量方法，a转炉装入碳量确定；b脱碳量在线确定；c熔池中碳含量连续确定；建立基于炉气分析技术的动态控制模型，可实时得到熔池中高碳环境下快速脱碳期碳含量的信息，可做到高碳钢吹炼一次拉碳90%以上的命中率，大幅度地降低补吹率，使钢液更纯净，减少铁损，采取炉气分析技术，与副枪相比成本低廉，缩短冶炼周期3-5min。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及转炉冶炼过程在线预测高碳钢碳含量的方法，特别是基于炉气分析技 术的转炉在线预测高碳钢冶炼过程熔池中碳含量方法。
技术介绍
在转炉自动化炼钢核心为二级过程模型控制系统，普遍应用静态模型控制和动态 模型控制两种方法。这些方法均需要准确的入炉原始数据和过程检测数据。其中原始数据 由现实条件而定，因此，如何做好过程检测对于转炉吹炼的过程及终点判定便显得更为重 要。转炉炼钢的重点任务之一就是如何快速、准确、低成本地得到吹炼过程中熔池碳含量的 变化，尤其对于终点脱碳速度尚处于高速状态的高碳钢吹炼具有巨大的现实意义和经济价 值。 在现有技术中，申请号为CN200810055411. 5的转炉炼钢钢水连续定碳方法，属冶 金炼钢
，用于解决利用直插式气体分析仪及计算机系统，实现实时在线预报钢水 碳含量的问题。申请号CN200910076894. 1的转炉炼钢全程动态监控方法，采用激光气体 分析仪和料仓口投弹实现转炉炼钢全程动态控制，对钢水成分和温度进行连续预报和动态 检测，辅助转炉进行终点判断。申请号CN200910010672. X的一种连续预测转炉熔池碳含 量的方法，主要包括数据采集、原料控制、操作控制、工艺过程；数据采集中利用炉气流量计 对炉气流量进行检测，所有检测信息通过数据通讯系统传输至计算机；原料控制中，废钢 比为8%-13%，轻型废钢与重型废钢的重量百分比控制在14%-70% ;操作控制中，在吹炼结束 前的2-3分钟内保持固定枪位、固定烟罩；工艺过程中，以耗氧总量75%为分界线，应用不 同的公式预测碳含量。申请号CN200510123304. 8的转炉炼钢过程与终点控制系统，采用炉 气分析法，在烟气管道上安装激光气体分析仪及温度检测计，在除尘后的冷段管道上安装 烟气流量检测计，从而获得包括烟气成分、烟气温度和烟气流量综合信息，该信息进入计算 机与转炉其它信息相结合计算出转炉吹炼过程脱碳速度、脱碳量、反应变化曲线、过程中和 接近终点时钢水中碳含量，以及结合转炉加入的原料、辅料、吹氧量、炉况、熔池搅拌等信息 计算出吹炼中钢水温度；该结果直接反馈于转炉控制计算机，实现生产过程的氧枪枪位控 制、吹氧控制、造渣控制吹炼终点提枪控制、底吹控制，转炉炼钢过程与终点的控制。申请号 CN200820004432. X的在线气体分析的钢水连续定碳仪，涉及到利用烟气分析对转炉钢水碳 含量的连续预报，包括激光信号发生器和接收器两部分，其上带有采样头，采样头与管道构 成激光和气体传输通道。所发射的激光信号穿过烟道被信号接收器接受，该专利技术能直接实 现钢水的连续定碳。 以上这些方法均可归结为炉气（烟气）分析技术，但这些方法仅限于转炉出钢碳 含量小于0. 10%的低碳钢种有效，均未提及如何适用于高碳钢（碳含量大于0. 40%以上）。 另外比较常见的就是以副枪为代表的接触式检测技术，在此基础上，以静态模型 作为全程控制的主导，结合吹炼终点前副枪检测结果而进行吹炼调整的动态控制模型在炼 钢过程得以实现。但副枪工艺只能提供吹炼过程中某一瞬时的碳含量和温度，并不能提供 连续的信息。严格来说，副枪仍是一种静态控制手段，只不过检测点距终点的时间很短，实 质上转炉生产的大部分时间仍是在静态模型的指导下进行的，并且由于受到炉口大小等条 件的限制，一般在120吨以下的转炉上不能应用，且由于依赖检测探头，其检测成本高昂。 再一种检测碳含量方法，是利用光学感应探头采集炉口火焰的强度，并把采集到 的信息传输至光纤谱分系统，由光纤将采集到的各分光谱信息传输至多光谱光强复合探测 系统，复合探测系统测量由光纤送至的在线炉口瞬态辐射强度，最后由计算机分析获得实 时数据，经数学模型依据各辐射光谱光强与熔池中碳含量的对应关系，从而可以找到能适 应不同转炉的终点控制参数。这种方法对于目前200t以上比较稳定的大型转炉有效，且 [C]〈0. 06%范围内的控制有一定的精确度。但这种方法用于[C] >0. 06%的情况时，其测量误 差很大。它的这些局限性使得其在非上述条件炉型的推广使用中面临着较大的困难。 关于碳含量的预测可以归结为3种手段，一是以炉气（烟气）分析技术为主，但对 出钢碳含量小于〇. 10%的低碳钢种有效；二是副枪接触式检测，其成本较高；三是利用光学 感应探头采集炉口火焰的强度，经数学模型预测碳含量，不仅对炉型有要求，而且也仅限于 低碳钢种（碳含量〈〇· 06%)。 已查得的文献材料均未详细报道或公开如何利用炉气分析在线预测高碳钢（碳 含量大于0.40%以上）冶炼过程熔池中碳含量技术。在碳含量如此高时即使采取副枪检测 误差也很大，多采取高拉一点方式，即熔池碳含量在1. 〇%左右时，提枪停吹检验，再依据 检验结果，结合冶炼经验确定补吹氧量及时间，这一过程一般需要3-5min。若能做到在转炉 吹炼过程一次性提枪停吹命中碳含量目标，不仅减轻劳动强度、大大缩短冶炼周期、降低铁 耗，而且稳定钢液质量，创造现实的经济价值。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是采用数学模型与工艺控制过程 相结合的方法，提供一种在转炉吹炼高碳钢过程中，熔池中碳含量>0. 40%的情况下能够在 线连续预测的方法，从而实现一次拉碳命中90%的目的。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案： 本专利技术转炉冶炼在线预测高碳钢碳含量方法的操作包括如下步骤： a转炉装入碳量确定；转炉首先装入金属料，铁水和废钢。铁水和废钢均含有碳， 转炉装入碳量按公式（1)计算，铁水、废钢信息收集由基础级完成； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转炉冶炼在线预测高碳钢碳含量方法，其特征在于包括如下步骤：a转炉装入碳量确定；转炉首先装入金属料，铁水和废钢，装入碳量按公式（1）计算转炉装入碳量，WCin=WironC+WscrapC=1000100×(Wiron×w[C]iron+αWscrap×w[C]scrap)---(1)]]>公式（1）中—分别为由铁水和废钢带入转炉中的碳量，kg；Wiron、Wscrap—分别为铁水和废钢质量，t；w[C]iron、w[C]scrap—分别为铁水和废钢中碳含量，w[C]iron取当罐检测值、w[C]scrap取近期1周内废钢检测平均值，%；α为修正系数，α=0.8‑1.2；b脱碳量在线确定；金属料装入完毕后，开始下降氧枪喷吹氧气进行吹炼利用炉气流量计对炉气流量进行在线检测，同时炉气成分分析系统对取得的CO、CO2进行分析，，按公式（2）计算脱碳量，计算频率为1次/3s，WCoff=12×33600×22.4×β×(Σt=1nFoff-gast×(xCO+xCO2))---(2)]]>公式(2)中为炉气流量，m3/h，xCO为炉气中CO摩尔分数、为炉气中CO2摩尔分数，%；β为修正系数，β=1.0‑1.2；c熔池中碳含量连续确定；把公式(1)和(2)每3秒钟计算一次的结果代入公式(3)便可在线得出熔池中碳含量的连续变化，直至根据公式(3)在线计算的碳含量满足出钢目标要求，提枪停吹；w[C]t=(WCin-WCoff)γ(Wiron+Wscrap)×1000%×100%---(3)]]>公式(3)中γ为修正系数，γ=0.85‑0.95。...

【技术特征摘要】
1. 一种转炉冶炼在线预测高碳钢碳含量方法，其特征在于包括如下步骤： a转炉装入碳量确定；转炉首先装入金属料，铁水和废钢，装入碳量按公式（1)计算转 炉装入碳量，公式（1)中Wi!?、wlp-分别为由铁水和废钢带入转炉中的碳量，kg ; -分别为铁水和废钢质量，t ; w[C]i、w[CUap-分别为铁水和废钢中碳含量，w[C]it。。取当罐检测值、W[c]wp取近 期1周内废钢检测平均值，％ ; a为修正系数，a =0. 8-1. 2 ; b脱碳量在线确定；金属料装入完毕后，开始下降氧枪喷吹氧气进行吹炼利用炉气流 量计对炉气流量进行在线检测，同时炉气成分分析系统对取得的COXA进行分析，，按公式 (2)计算脱碳量，计算频率为1次/3s，公式（2)中巧ff_gas为炉气流量，mVh，Xm为炉气中CO摩尔分...

【专利技术属性】
技术研发人员：万雪峰，王丽娟，曹东，高学中，马勇，张荣环，朱晓雷，郭庆涛，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21