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采用副枪在线控制转炉炉渣
发表时间:[2007-09-27]  作者:  编辑录入:admin  点击数:7257
 
1 前言
  欧洲和南非最近新开发的转炉副枪传感器能够同步读取钢水及炉渣的温度与氧活度、钢水液位和渣层厚度。该副枪传感器与专家模型结合使用可精确地预测吹炼终点钢水的碳含量,判断是否直接出钢。该系统可直接测定钢水中磷含量,并可估算转炉装入量,平均每天至少增加一个炼钢炉次,实现在线控制炉渣,改善吹炼操作,延长炉衬寿命。
2 副枪系统的优点
  采用副枪系统有利于提高终点命中率,吹炼终点无需补吹。目前,全世界约有175座转炉安装了副枪系统。现代化转炉副枪都配有静态和动态控制模型(SDM) , 副枪与SDM结合使用可缩短冶炼周期,在提高生产率的同时,降低耐火材料消耗。达涅利克鲁斯报道了他们向巴西一家合资钢厂提供的新副枪系统的使用情况,安装新副枪系统后,转炉冶炼周期缩短了17%,产量提高了25% ,炉衬寿命明显延长(延长了41%)。
  与质谱仪分析转炉废气不同,在氧气停吹之前,副枪系统进行大约2min的调温和继续化学反应。在无需补吹的情况下,副枪和SDM联用明显提高终点碳温双命中率。
3 典型的副枪操作方法
  典型的副枪操作方法是在转炉炼钢过程中,每炉进行两次副枪检测:第一次安排在吹炼过程中,通常在吹氧结束前2min采用测温-取样-定碳探头进行检测,可根据检测结果修正吹炼模型,以实现终点碳温双命中;第二次副枪测量安排在吹炼终点,通常采用TSO(测温、取样、定氧)探头检测熔池温度和钢水氧活度,并为实验室检测钢水成分取样。测氧在几秒内完成,根据碳-氧活度关系计算出钢水的实际碳含量,进而预算出钢期间脱氧剂(铝)的用量。结合吹炼过程试样分析、测温和定氧/碳结果,决定该炉次是否快速出钢。图1(略)所示为转炉炼钢脱碳过程。
4 最新发展
  新一代副枪传感器与新开发的仪器配合使用能够同时读出钢与炉渣的温度、氧的活度、钢水液位和渣层厚度,还可以在炼钢过程中预测碳含量,提高终点控制精度。
4.1 吹炼期间定碳
  钢水的液相线温度取决于钢水的碳含量,因此,吹炼过程中根据钢水的液相线温度定碳。但是,其它元素也能降低钢水的液相线温度。因此,要根据钢种选择相应的液相线公式。
  开发了一种更准确的新型定碳系统。图2示出了常规吹炼过程计算的碳含量与新型定碳法计算的碳含量对比情况。对比吹炼终点目标可以看出,常规计算的碳含量比新型定碳法计算的结果分散。
 
图2 新公式计算的碳含量与标准公式的计算结果对比情况
 
4.2 吹炼终点定碳
  根据钢水定权结果,通过碳-氧活度公式计算碳含量。
  log[C]=2.236-1303/T-logɑo
  式中T-温度,℃;
  ɑo-氧活度,×10-4%。
  上式是静态计算公式,而转炉冶炼是动态过程。新开发的系统能够按照转炉实际情况更准确地定碳,且缩小了标准偏差。图3中新系统的定碳结果可成45°连线,而常规标准公式预测值较高,尤其是高碳钢冶炼,预测值更高。使用新系统后,提高了快速出钢的比率。
 
图3 新系统吹炼终点碳命中率与常规公式计算结果的比较
 
4.3 测定熔池液位
  TSO探头可测定熔池液位。探头从熔池向外提升穿过钢-渣界面时,氧含量的信号将发生一次跳跃、温度信号发生一次改变,这两个结果都能判定钢水熔池的深度。新系统中增加了测量渣层中氧的信号。目前测定钢水熔池深度的方法有多种,利用不同算法得出一组对应的结果,计算出钢水熔池深度(精确到0.01m)。
  采用该系统后,检测更准确,操作更顺行,可使现有钢厂增加效益。图4(略)为国外一座转炉的实验数据。
4.4 测量炉渣
  新软件配上改进的副枪探头能够测量炉渣的氧含量,探测出渣层的厚度。图5是采用TSO法测量的二条曲线。温度曲线有两处平稳段,第一段是钢水温度,第二段是炉渣温度;第三条曲线是(EMF钢)氧含量的轨迹;第三条曲线可用来测定渣中氧活度和渣层厚度。由图5可以看出,渣的EMF曲线在与钢的EMF曲线相同位置处有明显的跳跃,然而,前者并不像后者那样产生噪音,而是在跳跃之后,再次出现一处平稳段,由此可确定渣中的氧活度。
 
图5 TSO法检测的钢水温度、氧含量和炉渣的氧含量
 
  当传感器通过炉渣-气体界面时,渣的EMF曲线再次出现明显的跳跃,根据这次跳跃的时间和副枪的行进速度,可计算出渣层的厚度。
  图6(略)是南非一家转炉钢厂的测量结果。用渣-气的界面高度减去钢-渣的界面高度(钢水熔池液位)可计算出渣层的厚度。有时算出的渣层厚度达2m,这说明测量时转炉内含有泡沫渣。
  将获得的渣层厚度、炉渣温度和炉渣氧含量数据综合考虑,以修正氧枪高度,减少炉衬耐火材料的侵蚀。
5 测量仪器
  炉渣测量仪器可实现新开发的全部特定功能,多功能实验装置配备了多功能枪,多功能枪可与DIRCV系统配套使用,两者均具有4个通道,采用最新技术,可进行通讯联络。测量仪器的装配如图7所示。 
 
 
  为了改进功能,仪器需要与钢厂二级计算机系统双路通讯,应用时必须将样品分析结果和副枪检测位置输入到多功能实验装置中。
6 展望
  根据测得的炉渣氧含量可计算出炉渣磷含量,利用副枪预测磷的技术正在研究中。该系统能判断是否出钢,设定如下:磷含量低于目标值时,绿灯亮;磷含量高于目标值时,红灯亮;测量结果与实际情况矛盾,并且精度不够时,黄灯亮,这种情况下,钢厂应该更换工艺模型。
7 结论
  新开发的转炉副枪传感器能够同步读取钢水及炉渣的温度与氧活度、熔池液位和渣层厚度。该系统能提高吹炼过程定碳的准确性和吹炼终点碳的命中率,准确测量钢水熔池深度。副枪检测钢水磷含量的技术正在研究中。
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