本发明专利技术属于电弧炉炼钢技术领域，提供了一种电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，包括将电弧炉冶炼过程分解为多个冶炼阶段的步骤，判断电弧炉冶炼过程中所处冶炼阶段的步骤，以及在每个所述冶炼阶段中分时段调节氧气流量和氧气温度，实现氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力独立控制的步骤；氧气流量的调节范围为100‑4000Nm3/h，氧气温度调节范围为25‑500℃。本发明专利技术的有益效果为：与传统方式相比，氧气射流具有更优异的射流特性，氧气利用率提高2%~5%，脱碳速率加快，脱碳时间缩短1min以上，终渣TFe降低2%以上，钢铁料消耗减少5kg/t以上，具有显著的优化效果和经济效益，应用前景广阔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电弧炉炼钢
，特别涉及一种电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法及系统。
技术介绍
目前，电弧炉炼钢的供氧主要是通过位于熔池上方的氧枪来完成，氧枪喷头采用拉瓦尔喷管结构产生超音速射流，利用氧气射流的动能穿透炉气和渣层与钢水接触并发生反应。电弧炉氧枪产生的超音速氧气射流吹入熔池，一方面提供熔池氧化所需的氧，另一方面提供熔池搅拌所需的搅拌功；电弧炉的不同冶炼阶段对供氧量和搅拌功需求不同，合理控制供氧量和搅拌功对提高电弧炉冶炼效率具有重要意义。在电弧炉炼钢过程中，炉壁氧枪尺寸和位置是固定的，氧气流量是冶炼过程中唯一可调的供氧参数，氧气射流的冲击搅拌能力随氧气流量的变化而变化，无法实现氧气流量和冲击力的独立控制；同时氧气流量的变化使得氧枪工作在非设计工况下，进一步恶化了超音速氧气射流的射流特性，降低了氧气利用率以及氧气射流对熔池的冲击搅拌效果。专利号为ZL201210233080.6，名称为“一种预热氧气提高射流速度的吹氧炼钢方法”的专利公开了通过氧枪喷吹被预热的高温氧气，可显著增加氧气的射流速度。但现有的电弧炉炼钢生产中供氧参数单一、氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力无法独立控制。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法及系统，解决了现有的电弧炉炼钢生产中供氧参数单一、氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力无法独立控制的问题，以不同冶炼阶段的工艺需求为基础，分时段调节供氧流量和氧气温度，实现氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力的独立控制，提高电弧炉冶炼效率和氧气利用效率，降低能量消耗和金属料消耗。本专利技术一种电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，包括：将电弧炉冶炼过程分解为多个冶炼阶段的步骤，判断电弧炉冶炼过程中所处冶炼阶段的步骤，以及在每个所述冶炼阶段中分时段调节氧气流量和氧气温度，实现氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力独立控制的步骤。进一步的，氧气流量的调节范围为100-4000Nm3/h，氧气温度调节范围为25-500℃。进一步的，所述多个冶炼阶段包括：吹氧助熔阶段、造泡沫渣脱磷阶段、快速脱碳阶段、吹炼末期。进一步的，吹氧助熔阶段氧气流量的范围为500-2000Nm3/h；造泡沫渣脱磷阶段的氧气流量的范围为1000-3000Nm3/h，快速脱碳阶段的氧气流量的范围为2000-4000Nm3/h，吹炼末期的氧气流量的范围为1500-3000Nm3/h。进一步的，吹氧助熔阶段氧气温度的范围为200-500℃；造泡沫渣脱磷阶段的氧气温度的范围为25-300℃，快速脱碳阶段的氧气温度的范围为100-300℃，吹炼末期的氧气温度的范围为300-500℃。进一步的，所述炼钢过程控制方法通过控制系统完成，所述控制系统包括：炉况判断模块、需求分析模块、流量计算模块、温度计算模块、供氧执行模块；需求分析模块前接炉况判断模块，后接流量计算模块和温度计算模块，所述后接流量计算模块和温度计算模块均后接供氧执行模块。进一步的，上述炼钢过程控制方法具体包括以下步骤：步骤一、判断冶炼所处的阶段；从第一批料加入电弧炉开始，炉况判断模块实时判断冶炼所处的阶段：吹氧助熔阶段、造泡沫渣脱磷阶段、快速脱碳阶段或吹炼末期；当判断炼钢过程将进入下一阶段时，将阶段特征信息传输给需求分析模块；所述阶段特征信息包括：炉料结构、冶炼时间、供氧量、熔池温度、电极输入功率、高温成像设备反馈的图像信息；步骤二、计算供氧需求特征指数；需求分析模块依据采集到的阶段特征信息，计算出供氧需求特征指数I：I＝IO×10+II；其中：IO、II分别为氧化性需求指数和冲击性需求指数；吹氧助熔阶段，IO为2-5，II为4-5；造泡沫渣脱磷阶段，IO为5-6，II为4-5；快速脱碳阶段，IO为7-9，II为7-8；吹炼末期，IO为5-7，II为8-9；步骤三、计算氧气流量；流量计算模块获取步骤二中的氧化性需求指数IO，根据公式Q＝IO/8×Q0计算得到氧气流量Q，其中Q0为预热式氧枪的设计流量，将计算得到的氧气流量数值传输给供氧执行模块；步骤四、计算氧气温度；温度计算模块获取步骤二中的氧化性需求指数IO和冲击性需求指数II后，根据公式计算得到氧气温度，其中和ω为修正系数，T0为预热式氧枪的设计最高温度；将计算得到的氧气温度传输给供氧执行模块；步骤五、调节氧气流量和氧气温度至计算值；供氧执行模块将步骤三、步骤四中得到的氧气流量和氧气温度数值显示在操作界面上，由操作人员确认执行指令后，供氧执行模块经由现场总线和PLC控制相应阀组及加热元件，对氧气流量和氧气温度进行控制执行；生产过程中，控制系统依据测量仪器反馈回来的数据实时修正控制参数。本专利技术还提供了一种电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制系统，包括：炉况判断模块、需求分析模块、流量计算模块、温度计算模块、供氧执行模块；需求分析模块前接炉况判断模块，后接流量计算模块和温度计算模块，所述流量计算模块和温度计算模块均后接供氧执行模块；进一步的，炉况判断模块实时判断冶炼所处的阶段，当判断炼钢过程将进入下一阶段时，将阶段特征信息传输给需求分析模块；需求分析模块依据采集到的阶段特征信息，计算出供氧需求特征指数；流量计算模块获取供氧特征指数后，计算得到氧气流量，且将所述氧气流量传输给供氧执行模块；氧气流量计算可结合模型和数据库寻优，得到最优氧气流量；温度计算模块获取供氧特征指数后，计算得到氧气温度，且将所述氧气流量传输给供氧执行模块；氧气温度计算可结合模型和数据库寻优，得到最优氧气温度；供氧执行模块将得到的氧气流量和氧气温度数值显示在操作界面上，由操作人员确认执行指令后，供氧执行模块经由现场总线和PLC控制相应阀组及加热元件，对氧气流量和氧气温度进行控制执行；生产过程中，控制系统依据测量仪器反馈回来的数据实时修正控制参数。本专利技术适用于30-200吨电弧炉炼钢过程，氧气流量为100-4000Nm3/h，氧气温度为25-500℃，氧气滞止压力为0.1-1.5MPa，氧气通过炉壁预热式氧枪和炉门预热式氧枪吹入电弧炉内，达到快速熔化废钢、造泡沫渣、脱磷脱碳和升温的目的。本专利技术的有益效果为：与传统方式相比，氧气射流具有更优异的射流特性，氧气利用率提高2％～5％，脱碳速率加快，脱碳时间缩短1min以上，终渣TFe降低2％以上，钢铁料消耗减少5kg/t以上，具有显著的优化效果和经济效益，应用前景广阔。附图说明图1所示为本专利技术实施例电弧炉使用预热式氧枪的炼钢控制系统结构示意图。图2所示为本专利技术实施例电弧炉使用预热式氧枪的炼钢控制方法控制逻辑图。其中：1-氧气气源、2-氧气流量控制阀组、3-温度控制系统、4-电弧炉炉体、5-炉壁预热式氧枪、6-炉壁预热式氧枪喷头、71-炉况判断模块、72-需求分析模块、73-温度计算模块、74-流量计算模块、75-供氧执行模块。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。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。本专利技术实施例一种电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，其特征在于，包括：将电弧炉冶炼过程分解为多个冶炼阶段的步骤，判断电弧炉冶炼过程中所处冶炼阶段的步骤，以及在每个所述冶炼阶段中分时段调节氧气流量和氧气温度，实现氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力独立控制的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，其特征在于，包括：将电弧炉冶炼过程分解为多个冶炼阶段的步骤，判断电弧炉冶炼过程中所处冶炼阶段的步骤，以及在每个所述冶炼阶段中分时段调节氧气流量和氧气温度，实现氧气射流氧化能力和冲击搅拌能力独立控制的步骤。2.如权利要求1所述的电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，其特征在于，氧气流量的调节范围为100-4000Nm3/h，氧气温度调节范围为25-500℃。3.如权利要求1所述的电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，其特征在于，所述多个冶炼阶段包括：吹氧助熔阶段、造泡沫渣脱磷阶段、快速脱碳阶段、吹炼末期。4.如权利要求3所述的电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，其特征在于，吹氧助熔阶段氧气流量的范围为500-2000Nm3/h；造泡沫渣脱磷阶段的氧气流量的范围为1000-3000 Nm3/h，快速脱碳阶段的氧气流量的范围为2000-4000Nm3/h，吹炼末期的氧气流量的范围为1500-3000 Nm3/h。5.如权利要求3所述的电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，其特征在于，吹氧助熔阶段氧气温度的范围为200-500℃；造泡沫渣脱磷阶段的氧气温度的范围为25-300℃，快速脱碳阶段的氧气温度的范围为100-300℃，吹炼末期的氧气温度的范围为300-500℃。6.如权利要求1所述的电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，其特征在于，所述炼钢过程控制方法通过控制系统完成，所述控制系统包括：炉况判断模块、需求分析模块、流量计算模块、温度计算模块、供氧执行模块；需求分析模块前接炉况判断模块，后接流量计算模块和温度计算模块，所述后接流量计算模块和温度计算模块均后接供氧执行模块。7.如权利要求6所述的电弧炉使用预热式氧枪的炼钢过程控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、判断冶炼所处的阶段；从第一批料加入电弧炉开始，炉况判断模块实时判断冶炼所处的阶段：吹氧助熔阶段、造泡沫渣脱磷阶段、快速脱碳阶段或吹炼末期；当判断炼钢过程将进入下一阶段时，将阶段特征信息传输给需求分析模块；所述阶段特征信息包括：炉料结构、冶炼时间、供氧量、熔池温度、电极输入功率、高温成像设备反馈的图像信息；步骤二、计算供氧需求特征指数；需求分析模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣，胡绍岩，董凯，刘润藻，刘福海，马国宏，魏光升，王云，王雪亮，李智峥，武文合，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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