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一种准确预测转炉终点磷含量的方法
申请号	CN202410057656.0	申请日	2024-01-15	公开(公告)号	CN117887922A	公开(公告)日	2024-04-16
申请人	安徽工业大学;			发明人	夏云进; 李心雨; 柳玉杰; 范鼎东; 李杰; 孙桂林; 陶素芬; 宋建徽;
摘要	本发明公开了一种准确预测转炉终点磷含量的方法，属于转炉炼钢领域。本发明通过转炉炼钢二级系统时时采集铁水、废钢以及造渣材料信息和TSO测量炉渣氧含量，时时预测炉渣成分和炉渣的物相构成与比例，从而实现转炉终点磷含量的准确预测。本发明转炉终点磷含量的预测方法，可以适用于不同碳含量钢的终点磷预测，本发明的实施可以实现转炉的不等样出钢，不等样出钢率提高至95％以上，缩短转炉冶炼周期2‑3min。
权利要求	1.一种准确预测转炉终点磷含量的方法，其特征在于，包括以下步骤： a、转炉采用单渣法冶炼，二级系统时时采集铁水温度和成分、废钢量和种类、造渣材料种类及加入量、供氧强度和枪位信息； b、吹炼耗氧量达到总量的85‑95％时采用副枪TSC探头测量钢水碳含量和温度，吹炼终点时采用副枪TSO探头测定温度、钢水以及炉渣中的氧含量；； c、根据TSO测定的炉渣中氧含量，根据FeO/Fe平衡计算渣中FeO含量，并根据二级系统采集的数据以及铁水、废钢成分与重量的进行物料平衡计算，计算出炉渣成分； d、根据TSO测量的钢水温度和以及炉渣成分从建立的炉渣物相种类数据库中查找与之对应的炉渣物相参数，进而获得炉渣中固相及液相比例，并依据固相及液相比例预测终点钢水磷含量。 2.根据权利要求1所述的一种准确预测转炉终点磷含量的方法，其特征在于：废钢种类包括：矽钢片、刨花压饼、热压块、破碎料、重废、生铁、自循环废钢、电工钢废钢；造渣材料种类包括：石灰、白云石、轻烧白云石、镁球、石灰石、矿石。 3.根据权利要求1所述的一种准确预测转炉终点磷含量的方法，其特征在于：TSO测量探头中设有副枪受力测量元件和炉渣中氧含量测量装置，副枪受力测量元件根据受力不同确定钢渣界面位置，以便氧含量测量装置能够准确到达钢水液面以上渣中的测量位置；炉渣中氧含量的测量范围为300‑4000ppm。 4.根据权利要求1所述的一种准确预测转炉终点磷含量的方法，其特征在于：炉渣成分确定如下： WCaO＝W石灰CaO％石灰+W石灰石CaO％石灰石+W轻烧白云石CaO％轻烧白云石+W白云石CaO％白云石+W矿石CaO％矿石； WMgO＝W轻烧白云石MgO％轻烧白云石+W白云石MgO％白云石+W镁球MgO％镁球； WSiO2＝W石灰SiO2％石灰+W石灰石SiO2％石灰石+W轻烧白云石SiO2％轻烧白云石+W白云石SiO2％白云石+W矿石SiO2％矿石+W铁水Si％铁水60/28+W废钢Si％废钢60/28； WMnO＝W铁水Mn％铁水η71/55+W废钢Mn％废钢η71/55； W渣＝(WCaO+WMgO+WSiO2+WMnO)/(100‑FeO％‑6％)；式中Wi为i的重量百分含量，i％j为物料j中i的百分含量，η为脱锰率(％)，6％为其他组分的平均含量，其通过对炉渣统计分析获得；渣中FeO的含量按照下式确定： lg(％FeO)＝0.756lgaO+6851/T‑4.7 (％FeO)为渣中FeO含量，％；aO为炉渣氧含量，ppm；T为炉渣温度，K。 5.根据权利要求1所述的一种准确预测转炉终点磷含量的方法，其特征在于：炉渣中固相主要为2CaO.SiO2‑3CaO.P2O5固溶体相和高熔点RO相，液相为富含FeO的均相渣。 6.根据权利要求5所述的一种准确预测转炉终点磷含量的方法，其特征在于：炉渣物相种类数据库的建立方法为通过电镜分析统计工业实际生产1000炉以上不同炉次炉渣的物相信息，建立不同炉渣成分和温度下炉渣物相参数数据库，炉渣中固相及液相比例根据TSO测量的钢水温度和以及炉渣成分从建立的炉渣物相种类数据库中查找。 7.根据权利要求5所述的一种准确预测转炉终点磷含量的方法，其特征在于：终点钢水磷含量按照下式进行计算：[P]％终点＝[P]％铁水‑[P]％铁水 ^2 ^3 ^2 ^3 (8.29‑0.382x1+0.0074x1 ‑0.000047x1 ‑0.219x2+0.0056x2 ‑0.000046x2 )，式中x1为炉渣中2CaO.SiO2‑3CaO.P2O5固溶体相比例，x2为炉渣中液相比例。
说明书全文	一种准确预测转炉终点磷含量的方法技术领域 [0001] 本发明涉及转炉炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种准确预测转炉终点磷含量的方法。背景技术 [0002] 对于大多数钢种来说，磷是钢中的有害元素，会造成冷脆现象，恶化钢的低温性能，因此脱磷是转炉炼钢的主要任务之一。目前国内多数转炉炼钢企业采用副枪进行测温取样，副枪只能直接测量钢水中氧和温度，并不能直接测量钢水中磷含量，在实际生产过程中通常需要等待荧光的磷分析结果后才能决定是否出钢，而从取样到分析结果的获得需要 2‑5min，影响了转炉生产效率的提升，因此，准备预测转炉终点磷含量，对实现转炉直接出钢，提高生产效率至关重要。 [0003] 经检索，公开号CN102392095A的专利公开了转炉炼钢终点预测方法和系统，主要通过采用炉口火焰信息，利用神经网络方法预测转炉终点碳和温度，未涉及到转炉终点磷的预测；中国专利CN114678080A的专利公开了转炉终点磷含量预测模型及构建方法、磷含量预测方法，该方法主要通过计算机机器学习对转炉终点磷含量进行预测，并未充分考虑脱磷的理论问题，其预测精度不高；公开号CN112795723的专利公开了一种预测转炉终点磷含量的方法，该方法主要通过大数据查找预测，预测精度不高；公开号CN103361461的专利公开了一种转炉冶炼低碳钢磷含量在线预测控制方法，该方法主要适用于低碳钢磷的预测，无法适用于中高碳钢。可见，目前对于准确预测转炉终点磷含量仍缺乏行之有效的手段。发明内容 [0004] 1.发明要解决的技术问题 [0005] 本发明针对现有技术中转炉等样出钢以及磷的预测精度不高的情况，拟提供一种准确预测转炉终点磷含量的方法，有利于提高生产效率。 [0006] 2.技术方案 [0007] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为： [0008] 本发明的一种准确预测转炉终点磷含量的方法，包括以下步骤： [0009] a、转炉采用单渣法冶炼，二级系统时时采集铁水温度和成分、废钢量和种类、造渣材料种类及加入量、供氧强度和枪位信息； [0010] b、吹炼耗氧量达到总量的85‑95％时采用副枪TSC探头测量钢水碳含量和温度，吹炼终点时采用副枪TSO探头测定温度、钢水以及炉渣中的氧含量； [0011] c、根据TSO测定的炉渣中氧含量，根据FeO/Fe平衡计算渣中FeO含量，并根据二级系统采集的数据以及铁水、废钢成分与重量的进行物料平衡计算，计算出炉渣成分； [0012] d、根据TSO测量的钢水温度和以及炉渣成分从建立的炉渣物相种类数据库中查找与之对应的炉渣物相参数，进而获得炉渣中固相及液相比例，并依据固相及液相比例预测终点钢水磷含量。 [0013] 更进一步地，废钢种类包括：矽钢片、刨花压饼、热压块、破碎料、重废、生铁、自循环废钢、电工钢废钢；造渣材料种类包括：石灰、白云石、轻烧白云石、镁球、石灰石、矿石。确定废钢种类和重量，可根据其平均化学成分准确计算吹炼过程重废钢对炉渣成分的影响。 [0014] 更进一步地，TSO测量探头中设有副枪受力测量元件和炉渣中氧含量测量装置，副枪受力测量元件根据受力不同以确定钢渣界面位置，以便氧含量测量装置能够准确到达钢水液面以上渣中50cm±5cm的测量位置；炉渣中氧含量的测量范围为300‑4000ppm。炉渣中氧含量测量装置包括信号收集与传输系统、自动移动设备和测量元件，其中信号收集与传输系统主要收集力变化以驱动元件移动，同时传输测量结果，测量元件由固体电解质组成。行业内传统TSO探头只能测量钢水温度和氧含量，利用钢水中氧含量来计算渣中FeO含量，其误差较大，因为钢水中氧含量由C/O平衡决定的，而渣中氧含量由FeO/Fe平衡决定，本申请在TSO测量探头中另外配设有副枪受力测量元件和炉渣中氧含量测量装置，副枪受力测量元件采用浮力感应原理，根据浮力大小不同确定钢渣界面位置，并同步带动炉渣中氧含量测量装置在测量探头中滑动达到准确的钢渣测量位置，直接测量渣中氧含量，能准确计算出渣中FeO含量。 [0015] 更进一步地，炉渣成分确定如下： [0016] WCaO＝W石灰CaO％石灰+W石灰石CaO％石灰石+W轻烧白云石CaO％轻烧白云石+W白云石CaO％白云石+W矿石CaO％矿石； [0017] WMgO＝W轻烧白云石MgO％轻烧白云石+W白云石MgO％白云石+W镁球MgO％镁球； [0018] WSiO2＝W石灰SiO2％石灰+W石灰石SiO2％石灰石+W轻烧白云石SiO2％轻烧白云石+W白云石SiO2％白云石+W矿石SiO2％矿石+W铁水Si％铁水60/28+W废钢Si％废钢60/28； [0019] WMnO＝W铁水Mn％铁水η71/55+W废钢Mn％废钢η71/55； [0020] W渣＝(WCaO+WMgO+WSiO2+WMnO)/(100‑FeO％‑6％)； [0021] 式中Wi为i的重量百分含量，i％j为物料j中i的百分含量，η为脱锰率(％)，6％为其他组分的平均含量，其通过对炉渣统计分析获得；渣中FeO的含量按照下式确定： [0022] lg(％FeO)＝0.756lgaO+6851/T‑4.7 [0023] (％FeO)为渣中FeO含量，％；aO为炉渣氧含量，ppm；T为炉渣温度，K。 [0024] 更进一步地，炉渣中固相主要为2CaO.SiO2‑3CaO.P2O5固溶体相和高熔点RO相，液相为富含FeO的均相渣。 [0025] 更进一步地，炉渣物相种类数据库的建立方法为通过电镜分析统计工业实际生产1000炉以上不同炉次炉渣的物相信息，建立不同炉渣成分和温度下炉渣物相参数数据库，炉渣中固相及液相比例根据TSO测量的钢水温度和以及炉渣成分从建立的炉渣物相种类数据库中查找。 [0026] 更进一步地，终点钢水磷含量按照下式进行计算：[P]％终点＝[P]％铁水‑[P]％铁水^2 ^3 ^2 ^3(8.29‑0.382x1+0.0074x1 ‑0.000047x1 ‑0.219x2+0.0056x2 ‑0.000046x2 )，式中x1为炉渣中2CaO.SiO2‑3CaO.P2O5固溶体相比例，x2为炉渣中液相比例。 [0027] 3.有益效果 [0028] 采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果： [0029] 本发明的提供的一种准确预测转炉终点磷含量的方法，可以适用于不同碳含量钢的终点磷预测；可以实现转炉的不等样出钢，不等样出钢率提高至95％以上，缩短转炉冶炼周期2‑3min。附图说明 [0030] 图1为本发明中炉渣中物相图。具体实施方式 [0031] 为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。 [0032] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0033] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述。 [0034] 实施例 [0035] 本实施例的准确预测转炉终点磷含量的方法，过程如下： [0036] (a)转炉冶炼过程中，二级系统时时采集铁水温度和成分、废钢量和种类、造渣材料种类及加入量、供氧强度和枪位信息，实施例的铁水和废钢信息见表1； [0037] (b)当吹炼耗氧量达到总量的85‑95％时采用TSC探头测量钢水碳含量和温度，吹炼终点时采用TSO探头测定温度、钢水以及炉渣中的氧含量； [0038] (c)根据TSO测定的炉渣中氧含量以及二级系统采集的数据计算炉渣成分，计算的炉渣成分和实际检测炉渣对比情况见表2； [0039] (d)根据TSO测量的钢水温度和以及炉渣成分从炉渣物相比例数据库中查找对应成分和温度数据，并计算出当前炉次炉渣中固相及液相比例，依据固相及液相比例，利用公式： [0040] [P]％终点＝[P]％铁水‑[P]％铁水(8.29‑0.382x1+0.0074x1^2‑0.000047x1^3‑^2 ^30.219x2+0.0056x2 ‑0.000046*x2 )预测终点钢水磷含量，式中x1为炉渣中2CaO.SiO2‑ 3CaO.P2O5固溶体相比例，x2为炉渣中液相比例，终点磷含量的预测结果见表3。 [0041] 表1铁水及废钢信息 [0042] [0043] 表2炉渣成分对比 [0044] [0045] [0046] 表3终点磷预测结果 [0047] [0048] 从表2中可以看出，实施例预测的炉渣碱度与实测值的误差在±0.2％，渣中FeO含量误差在±2％，渣中MgO含量误差在±0.5％，可以保证炉渣物相比例的预测，从表3中可以看出，实施例预测的终点磷含量与实测值误差在±0.03％范围内，并且基本不受终点碳含量影响，可以实现转炉的不等样出钢，不等样出钢率提高至95％以上，缩短转炉冶炼周期2‑ 3min。 [0049] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

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