一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统技术方案

本发明专利技术主要属于炼钢技术领域，具体涉及一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统。在冶炼的炼钢出钢过程中，根据冶炼终点钢液参数，结合精炼环节目标钢液预期参数，对所需脱氧粉剂的组成成分及各组分质量进行计算并完成在线配比，确定出钢过程的喷粉脱氧工艺参数，采用喷枪直接向出钢钢流喷射载气‑脱氧粉剂高速粉气流，实现炼钢出钢过程在线喷粉脱氧，精准控制出钢钢液成分。本发明专利技术所述方法和系统能够提高脱氧剂利用效率，稳定精炼环节冶炼工艺节奏，提高产品质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要属于炼钢
，具体涉及一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统。
技术介绍
现代炼钢，包括转炉和电弧炉炼钢，广泛采用强化供氧技术进行冶炼。强化供氧冶炼技术在加快炼钢节奏的同时，也带来了冶炼终点困难等问题，终点钢液过氧化问题普遍存在严重。转炉炼钢过程供氧强度大，由于其冶炼终点控制模型存在一定误差，往往会出现终点钢液过氧化现象，特别是在炉龄中后期，由于底吹喷嘴堵塞和熔池形状不规则变化，熔池冶金反应动力学条件变差，终点钢液过氧化现象进一步恶化。电弧炉炼钢由于其特殊的炉型结构，熔池搅拌强度弱，动力学条件较差，为缩短冶炼时间、降低电耗，广泛采用强化供氧技术，但电弧炉炼钢通常采用终点人工取样检测和经验判定方法控制电弧炉冶炼终点，该方法由于离线检测和经验判定的局限性，实际生产过程中电弧炉炼钢终点钢液氧含量偏高；同时，由于电弧炉冶炼工况复杂，依赖电弧炉炼钢静态模型、动态模型和烟气分析的电弧炉炼钢终点控制方法可靠性不高，也往往出现冶炼终点钢液过氧化现象。实际生产过程中，往往采用直接向出钢钢包内投入块状硅铁合金、硅锰合金等脱氧剂的方法进行钢液预脱氧。钢液预脱氧效果对后续冶炼过程钢中夹杂物控制至关重要，但此方法中，脱氧剂加入量不易控制，块状脱氧剂利用效率较低，消耗较高，而且预脱氧后钢液成分等不易稳定控制。因此，如何精准控制出钢后钢液氧含量、降低脱氧剂消耗，同时稳定生产节奏，是目前保证转炉炼钢和电弧炉炼钢流程高效化冶炼和产品质量的关键和突出问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统，稳定转炉和电弧炉出钢后钢液成分，减少脱氧剂使用量，为后续精炼环节提供高品质钢液。本专利技术所述方法在冶炼过程根据终点钢液成分、温度和钢液重量等相关参数，结合精炼环节所需目标钢液成分及温度要求，在线对所需脱氧粉剂成分进行计算并完成配比，动态调整脱氧粉剂和载气喷吹参数，采用喷枪直接向出钢钢流喷射载气-脱氧粉剂高速粉气流，实现炼钢出钢过程在线喷粉脱氧，精准控制出钢钢液成分，提高脱氧剂利用效率，稳定精炼环节冶炼工艺节奏，提高产品质量。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，在冶炼的炼钢出钢过程中，根据冶炼终点钢液参数，结合精炼环节目标钢液预期参数，对所需脱氧粉剂的组成成分及各组分质量进行计算并完成在线配比，确定出钢过程的喷粉脱氧工艺参数，采用喷枪直接向出钢钢流喷射载气-脱氧粉剂高速粉气流，实现炼钢出钢过程在线喷粉脱氧，精准控制出钢钢液成分。进一步地，所述方法适用于80-350t转炉或30-250t电弧炉的炼钢出钢过程。进一步地，所述喷枪采用单管或环缝套管；其中，所述环缝套管包括用于喷吹载气-脱氧粉剂的中心管和用于喷吹保护气的环缝管，所述中心管内径尺寸为8~30mm，壁厚1.5~8mm，中心管与环缝管的环缝间隙为1~10mm；所述喷枪出口采用直管型喷嘴或拉瓦尔型喷嘴，喷枪出口水平夹角为0~60°，喷枪距离出钢口100-1500mm。进一步地，载气为氮气、氩气和二氧化碳中的任意一种或者任意两种以上的混合气体；所述环缝管喷吹的保护气体为氮气、氩气、二氧化碳和空气中的任意一种或任意两种以上的混合气体。进一步地，所述脱氧粉剂为碳粉、煤粉、硅铁粉、硅锰粉、铝锰粉和硅钙复合脱氧剂中的任意一种或者任意两种以上的混合物；所述脱氧粉剂的颗粒直径为15μm~3.0mm。进一步地，出钢过程的喷粉脱氧工艺参数控制为：载气流量为50~1000Nm3/h，脱氧粉剂喷吹速率为0~200kg/min，喷吹保护气体的流量为10~500Nm3/h、喷枪出口距离出钢钢流50-600mm。进一步地，所述方法具体包括以下步骤： （1）精炼环节目标钢液预期参数的设定：目标钢液参数数据库根据冶炼钢种设定精炼环节的目标钢液预期参数，所述目标钢液预期参数包括目标钢液氧含量、目标钢液碳含量、目标钢液硅含量、目标钢液温度；（2）冶炼终点钢液参数的采集：钢液成分及温度数据采集模块获取冶炼终点钢液参数，所述冶炼终点钢液参数包括终点钢液氧含量、终点钢液碳含量、终点钢液硅含量、终点钢液温度、终点钢液重量；（3）出钢过程喷粉脱氧工艺参数的确定：根据步骤（1）和（2）中获得的精炼环节目标钢液预期参数以及冶炼终点钢液参数，脱氧粉剂组分计算模块基于物料平衡和能量平衡对脱氧粉剂所需组成成分及各成分质量进行计算；喷吹工艺制定模块计算获得出钢过程喷粉脱氧工艺参数，出钢过程的喷粉脱氧工艺参数控制为：载气流量为50~1000Nm3/h，脱氧粉剂喷吹速率为0~200kg/min，环缝管喷吹保护气体的流量为10~500Nm3/h，喷枪出口距离出钢钢流50-600mm；（4)脱氧粉剂组分的在线配比：脱氧粉剂在线配比系统根据步骤（3）中脱氧粉剂组分计算模块的计算结果完成脱氧粉剂各组分的在线称量与混合配比，将配比完成后脱氧粉剂置于喷粉罐贮存；（5）喷枪初始位置的调控：喷枪夹持机构运动控制模块通过控制喷枪夹持机构的运动，将喷枪运动至初始设定位置；（6）出钢过程在线喷粉脱氧：开始出钢，出钢钢流稳定后，喷吹工艺制定模块启动喷粉系统和供气系统，根据出钢过程喷粉脱氧工艺参数，控制喷枪直接向出钢钢流喷射载气-脱氧粉剂高速粉气流，进行出钢过程的在线喷粉脱氧；（7）喷枪位置动态调整：脱氧粉剂喷吹过程中，根据炉体倾斜位置和角度，喷枪夹持机构运动控制模块通过控制喷枪夹持机构的运动，动态调整喷枪位置；（8）结束在线喷粉脱氧：喷粉系统和供气系统在喷吹工艺制定模块作用下停止喷吹脱氧粉剂，出钢过程喷粉结束，喷枪复位，等待下一炉出钢。一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧系统，所述系统应用所述一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，所述在线喷粉脱氧系统包括控制系统、脱氧粉剂在线配比系统、喷粉系统、供气系统、气源、喷枪夹持机构、喷枪；所述控制系统包含钢液成分及温度数据采集模块、目标钢液参数数据库、脱氧粉剂组分计算模块、喷吹工艺制定模块、喷枪夹持机构运动控制模块；根据所述钢液成分及温度数据采集模块采集的冶炼终点钢液参数以及所述目标钢液参数数据库设定的精炼环节目标钢液预期参数，所述脱氧粉剂组分计算模块基于物理平衡和能量平衡原理在线计算所需脱氧粉剂的组成成分及各组分质量；所述喷吹工艺制定模块用于计算确定出钢过程喷粉脱氧工艺参数，所述喷粉脱氧工艺参数包括脱氧粉剂喷吹速率、载气喷吹流量、环缝保护气喷吹流量、喷枪出口与出钢钢流的距离；并且所述喷吹工艺制定模块通过控制喷粉系统和供气系统完成载气-脱氧粉剂高速粉气流的动态喷吹；所述脱氧粉剂在线配比系统用于根据所述脱氧粉剂组分计算模块的计算结果完成脱氧粉剂的在线配比。进一步地，所述在线喷粉脱氧系统还包括用于调整喷枪位置的喷枪夹持机构；所述控制系统还包括喷枪夹持机构运动控制模块，所述喷枪夹持机构运动控制模块用于控制所述喷枪夹持机构的运动，所述喷枪夹持机构运动控制模块能够根据炉体倾斜位置和角度，动态调整喷枪位置。进一步地，所述钢液成分及温度数据采集模块用于采集冶炼终点钢液参数，所述冶炼终点钢液参数包括终点钢液氧含量、终点钢液碳含量、终点钢液硅含量、终点钢液温度、终点钢液重量；所述目标钢液参数数据库用于根据冶炼钢种的种类设定精炼环节目标钢液预期参数，所述目标钢液参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，其特征在于，在冶炼的炼钢出钢过程中，根据冶炼终点钢液参数，结合精炼环节目标钢液预期参数，对所需脱氧粉剂的组成成分及各组分质量进行计算并完成在线配比，确定出钢过程的喷粉脱氧工艺参数，采用喷枪直接向出钢钢流喷射载气‑脱氧粉剂高速粉气流，实现炼钢出钢过程在线喷粉脱氧，精准控制出钢钢液成分。

【技术特征摘要】
1.一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，其特征在于，在冶炼的炼钢出钢过程中，根据冶炼终点钢液参数，结合精炼环节目标钢液预期参数，对所需脱氧粉剂的组成成分及各组分质量进行计算并完成在线配比，确定出钢过程的喷粉脱氧工艺参数，采用喷枪直接向出钢钢流喷射载气-脱氧粉剂高速粉气流，实现炼钢出钢过程在线喷粉脱氧，精准控制出钢钢液成分。2.根据权利要求1所述一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，其特征在于，所述方法适用于80-350t转炉或30-250t电弧炉的炼钢出钢过程。3.根据权利要求1所述一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，其特征在于，所述喷枪采用单管或环缝套管；其中，所述环缝套管包括用于喷吹载气-脱氧粉剂的中心管和用于喷吹保护气的环缝管，所述中心管内径尺寸为8~30mm，壁厚1.5~8mm，中心管与环缝管的环缝间隙为1~10mm；所述喷枪出口采用直管型喷嘴或拉瓦尔型喷嘴，喷枪出口水平夹角为0~60°，喷枪距离出钢口100-1500mm。4.根据权利要求3所述一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，其特征在于，载气为氮气、氩气和二氧化碳中的任意一种或者任意两种以上的混合气体；所述环缝管喷吹的保护气体为氮气、氩气、二氧化碳和空气中的任意一种或任意两种以上的混合气体。5.根据权利要求1所述一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，其特征在于，所述脱氧粉剂为碳粉、煤粉、硅铁粉、硅锰粉、铝锰粉和硅钙复合脱氧剂中的任意一种或者任意两种以上的混合物；所述脱氧粉剂的颗粒直径为15μm~3.0mm。6.根据权利要求1所述一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，其特征在于，出钢过程的喷粉脱氧工艺参数控制为：载气流量为50~1000Nm3/h，脱氧粉剂喷吹速率为0~200kg/min，喷吹保护气体的流量为10~500Nm3/h、喷枪出口距离出钢钢流50-600mm。7.根据权利要求1所述一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：（1）精炼环节目标钢液预期参数的设定：目标钢液参数数据库根据冶炼钢种设定精炼环节的目标钢液预期参数，所述目标钢液预期参数包括目标钢液氧含量、目标钢液碳含量、目标钢液硅含量、目标钢液温度；（2）冶炼终点钢液参数的采集：钢液成分及温度数据采集模块获取冶炼终点钢液参数，所述冶炼终点钢液参数包括终点钢液氧含量、终点钢液碳含量、终点钢液硅含量、终点钢液温度、终点钢液重量；（3）出钢过程喷粉脱氧工艺参数的确定：根据步骤（1）和（2）中获得的精炼环节目标钢液预期参数以及冶炼终点钢液参数，脱氧粉剂组分计算模块基于物料平衡和能量平衡对脱氧粉剂所需组成成分及各成分质量进行计算；喷吹工艺制定模块计算获得出钢过程喷粉脱氧工艺参数，出钢过程的喷粉脱氧工艺参数控制为：载气流量为50~1000Nm3/h，脱氧粉剂喷吹速率为0~200kg/min，环缝管喷吹保护气体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣，魏光升，董凯，刘润藻，胡绍岩，吴学涛，王云，苏荣芳，王洪，张月亮，
申请(专利权)人：北京科技大学，北京荣诚京冶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11