一种转炉冶炼低碳钢磷含量在线预测控制方法

摘要

本发明公开一种转炉冶炼低碳钢磷含量在线预测控制方法，它的特点在于(1)利用在线采集的炉气信息间接对钢液中磷含量进行在线实时预测；(2)利用转炉炉气中CO的变化与吹炼后期熔池中氧含量的间接关系，即由炉气中CO的变化预测出碳含量，再根据碳氧积关系预测氧含量，炉渣碱度控制在R＝3.0-3.5；(3)对加料量、耗氧量及吹炼终点进行判断，结合数学模型和操作工艺实现转炉冶炼低碳钢磷含量在线控制。本发明低碳钢磷含量在线控制方法的这些特点，结合相应的数学模型实现了吹炼过程在线控制磷含量的目标。这样可以较大幅度地降低补吹率，使钢液纯净化，减少铁损，减低成本，缩短冶炼周期。

主权项

一种转炉冶炼低碳钢磷含量在线预测控制方法，其特征在于，(1)利用在线采集的炉气信息间接对钢液中磷含量进行在线实时预测；(2)利用转炉炉气中CO的变化与吹炼后期熔池中氧含量的间接关系，即由炉气中CO的变化预测出碳含量，再根据碳氧积关系预测氧含量，炉渣碱度控制在R＝3.0‑3.5；(3)对加料量、耗氧量及吹炼终点进行判断，结合数学模型和操作工艺实现转炉冶炼低碳钢磷含量在线控制；所述的数学模型包括：w[P]＝A+B·T+C·w[C]+D·x_CO‑E·O_S        (1)式中：w[P]—熔池磷含量，％；A—参数，A＝a₁+a₂w[P]_iron+a₃W_weighta₁、a₂、a₃—修正系数，变化范围a₁＝(‑0.1)‑(‑0.3)，a₂＝0.01‑0.08，a₃＝1.0×10^‑4‑5.0×10^‑4；w[P]_iron—入转炉铁水磷含量，％；W_weight—入转炉铁水重量，t；B、C、D、E—均修正系数，变化范围B＝5.0×10^‑5‑9.0×10^‑5、C＝0.01‑0.1、D＝1.0×10^‑5‑5.0×10^‑5、E＝2.0×10^‑6‑6.0×10^‑6；T—熔池温度；w[C]—熔池碳含量；x_CO—炉气中CO的体积百分含量，％；O_S—氧气消耗累积量，Nm³；碳含量w[C]按下列公式计算，由于脱碳速率(dw[C]/dt)$v_c=\frac{\mathrm{dw}\left[C\right]}{\mathrm{dt}}=0.1\times Q_{\mathrm{gas}}\times (x_{\mathrm{co}}+x_{{\mathrm{co}}_2})\times \frac{12}{22.4}\times \frac{1}{W_m}---\left(2\right)$式中：Q_gas为烟气流量，m³/s；x_co为烟气中CO的摩尔分数，％；为烟气中CO₂的摩尔分数，％；W_m为熔池中钢水质量，t；w[C]为熔池中碳的质量分数，％；对脱碳速率进行积分，即可得到连续脱碳量的总和(∑C_de，kg)，即：$\Sigma C_{\mathrm{de}}={\int }_0^t\left(10W_m{v}_C\right)\mathrm{dt}---\left(3\right)$再结合入炉时的含碳量就可以计算出熔池中动态的w[C]变化，％：w[C]＝0.1×(ΣC_ori‑ΣC_de)/W_m             (4)当耗氧总量达到85％时，对终点的碳含量和脱碳速率之间的关系进行拟合计算，切换拟合计算的判断标准初步选定为耗氧总量的80％；$w\left[C\right]=a_1+a_2{x}_{\mathrm{CO}}+a_3{x}_{N_2}+a_4{x}_{\mathrm{Ar}}+a_{5}k---\left(5\right)$式中a₁、a₂、a₃、a₄、a₅均为修正系数；x_CO、x_Ar分别为炉气中CO、CO₂、N₂、Ar的百分含量，％；经过终点拟合计算可将碳含量偏差控制在±0.02％之内；T—熔池温度按下式计算：T＝b₁+b₂W_scrap+b₃W_lime+b₄O_s+b₅W_iron+b₆T_iron+b₇w[P]_iron+b₇w[Si]_iron+b₈w[C]                 (6)式中b_i(i＝1‑8)为修正系数；W_scrap、W_lime及W_iron分别为废钢、石灰及铁水重量，t；O_s为氧气消耗累计量，m³；T_iron为铁水温度，℃；w[P]_iron、w[Si]_iron为铁水磷含量和硅含量，％。