（检测技术与自动化装置专业论文）转炉炼钢脱磷过程若干参数优化、检测和控制技术的研究.pdf

一1 j 1l ad a u t 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 = 正 思。 学位论文作者签名：软拈囊 签字日期：砂遗7 fi 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年田 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 、l ， 1 东北大学博士学位论文摘要 转炉炼钢脱磷过程若干参数优化、检测和控制技术的研究 于两要 磷对于绝大多数钢种来说都是有害元素。由于磷在铁液中溶解度大而在固体铁中的 溶解度很小，含磷量高时易在晶界上析出，导致钢的塑性和冲击韧性降低，焊接性能与 冷弯性能变差。同时磷显著扩大固液两相区，在钢中的偏析严重，使钢的局部组织异常， 机械性能不均匀，磷还会引起腐蚀疲劳和焊接开裂。因此在转炉内如何进行高效脱磷， 成为转炉炼钢的一个关键技术。 本文从复吹转炉脱磷动力学参数优化、冶炼过程的脱磷控制及出钢过程渣量的检测 与控制三个方面入手，系统地研究了转炉钢水脱磷和控磷技术。其中复吹脱磷动力学参 数优化主要研究复吹底枪参数优化，以改善脱磷的动力学条件；而转炉多功能精炼法在 同一转炉内对脱磷和脱碳进行分阶段控制，则强化了冶炼过程中的脱磷效果；研究下渣 检测与控制装置用于控制转炉下渣量，以降低转炉出钢后钢包内的钢水回磷量。将研究 结果应用于三明炼钢厂的1 0 0 t 复吹转炉中，取得了较好的效果。 论文主要工作和创新如下： ( 1 ) 顶底复吹转炉脱磷动力学参数优化 为了改进转炉脱磷动力学条件，应用相似理论建立项底复吹转炉吹炼的物理模型， 提出非对称底枪的布置模式。研究转炉熔池在不同的底枪支数和不同的对称、非对称布 置方式以及不同的复吹工艺参数条件下的混匀时间，优化复吹转炉底枪布置方式和复吹 工艺参数。将实验室优化得到的非对称底枪布置及复吹工艺参数应用到实际生产中，比 较了复吹技术优化前后的转炉出钢技术指标。 研究结果表明，复吹转炉底枪支数和布置方式对熔池的混匀时间有着重要的影响， 其中底枪布置方式比底枪支数对熔池混匀时间的影响更大。与对称的底枪布置比较，复 吹转炉采用非对称底枪布置，有利于在转炉熔池中产生水平方向的流动，改善了脱磷的 动力学条件，缩短了熔池的混匀时间，提高了脱磷效果。 应用结果表明，在相近的出钢碳含量和温度下，复吹转炉出钢的钢水平均氧含量由 6 0 4 p p m 下降为4 4 4 p p m ，碳氧浓度积从o 0 0 31 下降到0 0 0 2 5 ，终渣氧化性降低，出钢 钢液磷含量由1 6 7 p p m 下降为1 4 8 p p m 。 ( 2 ) 转炉多功能精炼( m u r c ) 法脱磷过程的控制和预测 转炉多功能精炼法最大的特征在于在同一转炉内进行脱硅、脱磷和脱碳的分阶段处 理，中间排渣和终点留渣。将转炉多功能精炼法用于三明炼钢厂的实践探索中，首先对 m u r c 法脱磷期脱磷的热力学和动力学条件进行分析，确定脱磷期终点控制熔池温度在 1 3 3 0 1 4 0 0 之间；其次制定出适合m u r c 法的冶炼工艺制度，以及对不同的铁水硅含 量确定了不同的供氧制度和造渣制度；进而根据试验数据和灰色关联法对脱磷的影响因 一i i 东北大学博士学位论文摘要 素进行分析，指出脱磷期的炉渣碱度控制在1 5 2 0 之间，脱碳期的碱度控制在2 5 3 0 之间，脱磷效果较好。最后建立了脱磷期终点磷含量的灰色预测模型。为了提高模型的 预测精度，采用聚类分析的方法对数据预处理后，考虑数据饱和现象，采用遗忘因子和 限定记忆的方法对建立的预测模型进行改进，使模型预测命中率提高。 应用结果表明，m u r c 工艺与常规冶炼工艺相比，出钢平均磷含量由1 4 8 p p m 降低 到8 0 p p m ，碳含量由0 0 8 2 提高到o 1 9 7 。由于m u r c 法采用脱碳渣热循环，石灰消 耗低，钢铁料耗下降，年生产成本可节省3 3 6 8 万元。 ( 3 ) 开发研制转炉下渣检测与控制装置 为降低转炉出钢过程钢包中的钢水回磷量，设计了用于控制下渣量的下渣检测和控 制装置。该系统包括闸阀机构设计和下渣检测与控制两部分。考虑出钢过程挡渣机构高 温、粉尘及下渣检测信号采集困难等特点，将滑动水口技术引入挡渣机构，设计由液压 缸驱动的滑板式转炉闸阀挡渣机构，安装在出钢口外侧，不受出钢口形状和钢渣性能的 影响，能可靠控制钢流和炉渣；结合计算机视觉技术，从转炉出钢钢水注流和炉渣的辐 射特征入手，根据安装在转炉侧面的摄像机采集的钢水与炉渣图像的发射率不同，结合 图像处理技术，辨识钢水和炉渣，启动闸阀挡渣机构，实现下渣检测与控制。 现场应用表明：采用该装置后挡渣成功率达到9 9 ，普碳钢( 以q 2 3 5 为例) 钢水回 磷相比于目前广泛使用的挡渣球和挡渣塞，回磷量分别由4 0 0 p p m 、1 7 0 p p m 下降到 1 3 6 p p m ；对于优钢( m l 0 8 a l 为例) 与挡渣塞比较，钢水回磷量由3 1 1 p p m 下降到 2 1 1 p p m 。控磷效果明显。 该装置从2 0 0 7 年4 月正式在三明炼钢厂使用，按该厂年产4 0 0 万吨钢计算，一年 增加效益3 1 2 0 万元。 关键词：复吹转炉，非对称底枪布置，多功能精炼，脱磷，下渣检测，图像处理 i i i 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho nt h eo p t i m i z a t i o n ，d e t e c t i o na n dc o n t r o lo f se v e r a l p a r a m e t e r si nt h ep r o c e s so f c o n v e r t e rd e p h o s p h o r i z a t i o n a bs t r a c t p h o s p h o r u si sah a r m f u le l e m e n tt om o s to ft h es t e e lg r a d e s f o rt h er e a s o nt h a tt h e p h o s p h o r u sh a st h en a t u r eo f am u c hl a r g e rs o l u b i l i t yi nt h em o l t e ns t e e lt h a ni nt h es o l i ds t e e l ， t h ep h o s p h o r u sw i l ls e p a r a t eo u tw h e ni t sc o n t e n ti sh i 【g h ，w h i c hw i l ld e c r e a s et h ep l a s t i c i t y a n di m p a c td u c t i l i t yo fs t e e l ，w e a k e nt h ew e l d i n ga n dc o l db e n d i n gp e r f o r m a n c e i nt h em e a n t i m e ，p h o s p h o r u sc a na p p a r e n t l ye n l a r g et h es o l i d - l i q u i dt w o p h a s er e g i o n ，a n dh a sas e r i o u s s e g r e g a t i o ni nt h em o l t e ns t e e l ，w h i c hm a k es t r u c t u r e si ns o m es e c t i o n so fs t e e la b n o r m a l ，t h e m e c h a n i c a lb e h a v i o ru n e v e n p h o s p h o r u si sa l s oa b l et oc a u s ec o r r o s i o nf a t i g u ea n dw e l d i n g c r a c k s h i g h l ye f f e c t i v ed e p h o s p h o r i z a t i o ni nt h ec o n v e r t e rb e c o m e sac r u c i a lt e c h n o l o g yi n c o n v e r t e rs t e e l m a k i n g t h ep r e s e n tp a p e rs e t so u ts y s t e m a t i c a l l ys t u d i e so nc o n v e r t e rd e p h o s p h o r i z a t i o na n d p h o s p h o r u sc o n t r o lt e c h n o l o g i e sf r o mt h r e ea s p e c t s ：d e p h o s p h o r i z a t i o nd y n a m i cp r o c e s s p a r a m e t e r so p t i m i z a t i o ni nc o m b i n e db l o w nc o n v e r t e r , d e p h o s p h o r i z a t i o nc o n t r o li nb l o w i n g p r o c e s s ，s l a gf a l l i n g d e t e c t i o na n dc o n t r o li nt a p p i n gp r o c e s s w h e r e i n ，t h es t u d yo f d e p h o s p h o r i z a t i o nd y n a m i cp r o c e s sp a r a m e t e r so p t i m i z a t i o ni nc o m b i n e db l o w nc o n v e r t e r d e a l sw i t ht h eb o t t o mb l o w i n gp r o c e s sp a r a m e t e r so p t i m i z a t i o nt oi m p r o v i n gt h ed y n a m i c c o n d i t i o n so fd e p h o s p h o r i z a t i o ni nb l o w i n gp r o c e s s ；m u l t i f u n c t i o n a lr e f i n i n gc o n v e r t e rc a l l p e r f o r ms u b d i v i s i o n a l c o n t r o l so fd e p h o s p h o r i z a t i o na n dd e c a r b o n i z a t i o ni nt h es a m e c o n v e r t e rt os t r e n g t h e nt h ee f f e c to fd e p h o s p h o r i z a t i o ni nt h es m e l t i n gp r o c e s s ；s l a gd e t e c t i n g a n dc o n t r o ld e v i c ei ss t u d i e dt oc o n t r o lt h es l a gq u a n t i t yi nl a d l ef r o mt h ec o n v e r t e r , t o d e c r e a s et h er e p h o s p h o r i z a t i o ni nm o l t e ns t e e la f t e rt a p p i n g t h er e s u l t so ft h er e s e a r c hh a v e b e e np u ti n t ou s ei nt h ec o m b i n e db l o w nc o n v e r t e ro fs a n s t e e ls t e e lp l a n t ，a n dr e c e i v e dg o o d t h e m a i nw o r ka n di n n o v a t i o n so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) d e p h o s p h o r i z a t i o nd y n a m i cp a r a m e t e r so p t i m i z a t i o n i nt o pa n db o t t o mc o m b i n e d b l o w nc o n v e r t e r i no r d e rt oi m p r o v i n gd e p h o s p h o r i z a t i o nd y n a m i cc o n d i t i o n ，s i m i l a r i t yt h e o r yi sa p p l i e d t oe s t a b l i s hap h y r s i c a lm o d e lo ft o pa n db o t t o mc o m b i n e db l o w nc o n v e r t e rb l o w i n g t h e p a p e rs t u d i e s t h eb a t hm i x i n gt i m ei nc o n d i t i o n so fd i f f e r e n tb o t t o mt u y e r en u m b e r , s y m m e t r i c a la n da s y m m e t r i c a lb o t t o mt u y e r ec o n f i g u r a t i o n sa n dd i f f e r e n tc o m b i n e db l o w n p r o c e s sp a r a m e t e r s ，i no r d e rt oo p t i m i z et h ea r r a n g e m e n to f t h ec o n v e r t e rb o t t o mt u y e r e sa n d c o m b i n e db l o w np r o c e s sp a r a m e t e r s t h ea s y m m e t r i c a lb o t t o mt u y e r ec o n f i g u r a t i o na n d c o m b i n e d b l o w np r o c e s sp a r a m e t e r so b t a i n e df r o ml a b o r a t o r yo p t i m i z a t i o na r ep u ti n t o p r a c t i c a lp r o d u c t i o n ，a n dt h ec o n v e r t e rt a p p i n gi n d e x e sb e f o r ea n da f t e rt h eo p t i m i z a t i o na r e c o m p a r e d t h er e s u l to ft h er e s e a r c hs h o w st h a tt h en u m b e ra n dc o n f i g u r a t i o no fb o t t o mt u y e r e si nl t a p p i n gf a l l sf r o m6 0 4p p mt o4 4 4p p m ，t h et a p p i n gc a r b o n - o x y g e nc o n c e n t r a t i o np r o d u c t d r o p sf r o m0 0 0 31t o0 0 0 2 5 ，t h ee n d p o i n ts l a go x i d i z a b i l i t yd e c r e a s e s ，a n dt h et a p p i n g p h o s p h o r u sc o n t e n to fm o l t e ns t e e ll o w e r sf r o m16 7 p p mt o14 8 p p m ( 2 ) d e p h o s p h o r i z a t i o np r o c e s sc o n t r o la n dp r e d i c t i o nb ym u l t if u n c t i o n a lr e f i n i n gm e t h o d i nc o n v e r t e r ( m u r c ) t h em o s ts i g n i f i c a n tc h a r a c t e r i s t i co fm u l t if u n c t i o n a lr e f i n i n gm e t h o di nc o n v e r t e r c o n s i s t si nt h es u b d i v i s i o n a lc o n t r o l so fd e s i l i c o n i z a t i o n ， d e p h o s p h o r i z a t i o n a n d d e c a r b o n i z a t i o ni nt h es a m ec o n v e r t e r ，d e s l a g g i n gi nt h em i d d l eo fb l o w i n gp r o c e s s ，a n d d e c a r b o n i z a t i o ns l a gr e c y c l i n gi nt h ee n d i nt h ep r a c t i c ea n dt e s to fm u l t if u n c t i o n a lr e f i n i n g m e t h o di nc o n v e r t e r si ns a n s t e e ls t e e lp l a n t ，i nt h ef i r s t p l a c e ，t h et h e r m o d y n a m i ca n d d y n a m i cc o n d i t i o n si nd e p h o s p h o r i z a t i o np e r i o db ym u r cm e t h o da r ea n a l y z e d ，t h ef i n a l c o n t r o lt e m p e r a t u r eo ft h em e l t i n gb a t hi nt h ed e p h o s p h o r i z a t i o np e r i o di sd e t e r m i n e dt ob e b e t w e e n1 3 3 0a n d1 4 0 0 。c i nt h es e c o n d ，as m e l t i n gp r o c e s ss y s t e ms u i t a b l ef o rt h em u r c m e t h o di sm a d eu p ，a n dd i f f e r e n ts y s t e m so fo x y g e ns u p p l ya n ds l a g g i n ga r ef i x e df o r d i f f e r e n ts i l i c o nc o n t e n t so fm o l t e ni r o n f u r t h e r , t h ef a c t o r so fd e p h o s p h o r i z a t i o na r e a n a l y z e db a s e do nt h et e s td a t aa n dg r e yc o r r e l a t i o nm e t h o d i ts h o w si nc o n d i t i o nt h a tt h e b a s i c i t yo ft h es l a gi ss u p p o s e dt oc o n f i n et o1 5 2 0i nd e p h o s p h o r i z a t i o np e r i o d a n d2 5 - 3 0 i nd e c a r b o n i z a t i o np e r i o d ，t h ed e p h o s p h o r i z a t i o nh a st h eb e s tr e s u l t a tl a s t ，ag r e yp r e d i c t i o n m o d e lf o rt h ef i n a lp h o s p h o r u sc o n t e n ti nd e p h o s p h o r i z a t i o np e r i o di sd e v e l o p e d i no r d e rt o p r o m o t et h ep r e d i c t i o np r e c i s i o no ft h em o d e l ，世e rp r e p r o c e s s i n go ft h ed a t aa p p l y i n gt h e c l u s t e ra n a l y s i sm e t h o da n di nc o n s i d e r a t i o no fd a t as a t u r m i o np h e n o m e n o n ，f o r g e t t i n g f a c t o ra n dl i m i t e dm e m o r ym e t h o d sa r eu t i l i z e dt oi m p r o v et h ee s t a b l i s h e dp r e d i c t i o nm o d e l ， a n dt h ef e a s i b i l i t yo ft h em e t h o di sv e r i f i e d i ts h o w sf r o mt h e a p p l i c a t i o n r e s u l tt h a tt h em u r cm e t h o d ，c o m p a r e d 晰m c o n v e n t i o n a ls m e l t i n gp r o c e s s e s ，d e c r e a s e st h ea v e r a g et a p p i n gp h o s p h o r u sc o n t e n tf r o m14 8 p p mt o8 0p p ma n dt h ec a r b o nc o n t e n ti n c r e a s e sf r o m0 0 8 2 t oo 19 7 d u et ot h eu s eo f d e c a r b o n i z e ds l a gh e a tr e c y c l i n g ，t h ec o n s u m p t i o no fl i m ea n dm a t e r i a l sf o rs t e e l m a k i n g d e c l i n e s ，t h e r e f o r e3 3 ，6 8 0 ，0 0 0y u a nc a nb es a v e di nt h ea n n u a lp r o d u c t i o nc o s t ( 3 ) d e v e l o p m e n to fs l a gd e t e c t i n ga n dc o n t r o ld e v i c ef o rc o n v e r t e rt a p p i n g t ol o w e rt h er e p h o s p h o r i z a t i o nq u a n t i t yi nt h el a d l ei nt h et a p p i n gp r o c e s s ，as e to fs l a g d e t e c t i n ga n dc o n t r o ld e v i c ei sd e s i g n e dt oc o n t r o lt h eq u a n t i t yo fs l a gf a l l i n g t h es y s t e m v l 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t i n c l u d e st w op a r t s ：g a t ev a l v em e c h a n i s md e s i g na n ds l a gd e t e c t i o na n dc o n t r 0 1 o n a c c o u n to ft h eh i g ht e m p e r a t u r eo ft h es l a gs t o p p i n gm e c h a n i s m ，d u s ta n dd i f f i c u l t yi n c o l l e c t i n gt h es l a gd e t e c t i n gs i g n a l s ，s l i d eg a t et a p p i n g n o z z l et e c h n o l o g yi si n t r o d u c e di n t o t h es l a gs t o p p i n gm e c h a n i s mt od e s i g nah y d r a u l i c a l l yp o w e r e ds l i d eg a t ev a l v es l a gs t o p p i n g m e c h a n i s m ，w h i c hi sf i x e do nt h eo u t e re n do ft h et a ph o l e ，w i t h o u ti n f l u e n c eo f t h es h a p eo f t h et a ph o l ea n dt h en a t u r eo fs l a g ，t oc o n t r o lt h es t e e ls t r e a ma n ds l a gr e l i a b l y c o m b i n e d w i t hc o m p u t e rv i s i o nt e c h n o l o g y , s t a r t e dw i t ht h er a d i a t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft h em o l t e ns t e e l a n ds l a gf r o mt h ec o n v e r t e rt a p p i n gs t e e ls t r e a m ，a c c o r d i n gt or a d i a t i o nr a t ed i f f e r e n c e so ft h e m o l t e ns t e e la n ds l a gi m a g e st a k e nb yt h ec a m e r ai n s t a l l e do nt h es i d eo ft h ec o n v e r t e r , a n d a s s o c i a t e d 、析t ht h ei m a g ep r o c e s s i n gt e c h n i q u e s t h es l a gd e t e c t i n ga n dc o n t r o ld e v i c ec a l l i d e n t i f yt h em o l t e ns t e e la n ds l a g w i ms t a r t u po ft h eg a t ev a l v es l a gs t o p p i n gm e c h a n i s m ， s l a gd e t e c t i o na n dc o n t r o lc a nb er e a l i z e d t h ef i e l da p p l i c a t i o nd e m o n s t r a t e st h a t ：t h es l a g - s t o p p i n gr a t em o u n t su pt o9 9 w i t h t h eu s eo ft h i sd e v i c e i nc o m p a r i s o nw i t ht h ep r e s e n t l yw i d e l yu s e ds l a g s t o p p i n gb a l la n d s l a g - s t o p p i n gp l u g ，t h eq u a n t i t yo fr e p h o s p h o r i z a t i o no fp l a i ns t e e l ( e g q 2 3 5 ) d e s c e n t sf r o m 4 0 0p p m ，17 0p p m13 6 p p m i nc o n t r a s tw i t ht h es l a g - s t o p p i n gp l u g ，t h eq u a n t i t yo f r e p h o s p h o r i z a t i o no fq u a l i t ys t e e l ( e g m l 0 8 a l ) d e c l i n e sf r o m31 1p p mt o2 1 1p p m t h e r e p h o s p h o r i z a t i o np r e v e n t i o n i sn o t i c e a b l e s i n c et h ed e v i c ew a sp u ti n t ou s ei ns a n s t e e ls t e e lp l a n ti na p r i lo f2 0 0 7 ，o nt h eb a s i so f a na n n u a lo u t p u to f4 ，0 0 0 ，0 0 0t o n so ft h i sf a c t o r y , t h ep r o f i th a si n c r e a s e db y31 ，2 0 0 ，0 0 0y u a n w i t h i na y e a r k e yw o r d s ：c o m b i n e db l o w nc o n v e r t e r , a s y m m e t r i c a lc o n f i g u r a t i o no fb o t t o mt u y e r e ， m u l t if u n c t i o n a lr e f i n i n g ，d e p h o s p h o f i z a t i o n ，s l a gd e t e c t i o n ，i m a g ep r o c e s s i n g 一 r i - f 1 5 本课题研究的创新点。1 7 第2 章顶底复吹转炉脱磷动力学参数优化1 9 2 1 物理模拟实验的基本原理1 9 2 1 1 相似理论简介19 2 1 2 近似模型实验方法2 0 2 1 3 冶金过程物理模拟2 1 2 1 4 模拟实验的相似条件2 1 2 2 模型参数的确定2 3 2 2 1 模型几何尺寸的确定2 3 2 2 2 模型顶部供气参数和底部供气参数的确定2 4 2 2 3 氧枪枪位和熔池深度的确定2 6 2 2 4 实验设备和方法2 6 2 3 脱磷动力学参数物理模拟优化2 7 2 3 1 复吹转炉底枪支数及布置原则2 7 2 3 2 底枪支数和布置方式对熔池混匀时间的影响2 7 2 3 3 对称底枪布置复吹转炉实验2 8 2 3 4 对称底枪布置的复吹转炉熔池混匀时间2 8 2 3 5 方案1 底枪布置的复吹转炉熔池冲击深度和冲击面积3 0 v i i l iji-oi 东北大学博士学位论文目 录 2 3 6 非对称底枪布置的复吹转炉熔池混匀时间3 1 2 3 7 不同底枪布置的转炉后搅熔池混匀时间3 4 2 3 8 非对称底枪布置复吹转炉熔池冲击面积和冲击深度3 5 2 4 优化参数实际应用效果3 6 2 5 本章小结3 7 第3 章转炉多功能精炼法脱磷过程控制和预测3 9 3 1 转炉多功能精炼法的工艺过程3 9 3 1 1 多功能精炼法工艺原理及特点3 9 3 1 2 脱磷反应的热力学和动力学分析4 0 3 1 3 转炉多功能精炼法的冶炼操作工艺制度4 2 3 2 转炉多功能精炼法的脱磷过程控制4 6 3 2 1 脱磷过程温度的确定4 6 3 2 2 脱磷期石灰熔化情况的计算分析4 9 3 2 3 影响脱磷过程因素的试验分析5 l 3 2 4 影响脱磷因素的灰关联度计算5 6 3 3 多功能精炼法控制结果6 l 3 4 多功能精炼法脱磷期终点磷含量预测模型6 2 3 4 1 预测灰色系统模型的选择6 3 3 4 2 脱磷灰色预测模型的建立6 4 3 4 3 预测模型的有效性分析6 5 3 4 4 基于聚类分析和遗忘因子的预测模型改进6 6 3 5 本章小结7 2 第4 章转炉出钢下渣检测与控制装置7 3 4 1 下渣测控系统的方案设计7 3 4 2 转炉出钢闸阀挡渣装置的设计7 4 4 2 1 闸阀挡渣机构设计7 4 4 2 2 闸阀机构耐材结构及成份选择7 7 4 3 转炉出钢下渣检测与控制系统设计7 9 4 3 1 转炉出钢钢水与钢渣辐射特性分析7 9 4 3 2 转炉出钢注流特征分析与钢渣识别8 4 4 4 转炉出钢下渣检测与控制系统应用结果9 4 4 5 本章小结9 7 第5 章结论9 9 参考文献1 0 1 v i i i 卜 ， 东北大学博士学位论文 目 录 攻读博士学位期间的工作1 0 9 致谢11 1 作者简介1 1 3 1 ，i ： 噬 ， i ， 东北大学博士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 炼钢过程脱磷的必要性 铁水中的磷主要来源于铁矿石。由于高炉冶炼不能脱磷，矿石的磷几乎全部还原进 入生铁，致使生铁的磷含量有时高达o 1 1 o 。 磷对于绝大多数钢种来说都是有害元素。因为磷在铁液中的溶解度很大，但在固体 铁中的溶解度很小。磷易在晶界上析出，含磷量高时，会使钢的塑性和冲击韧性降低， 并使钢的焊接性能与冷弯性能变差，即出现钢的冷脆现象。这种影响常常随着氧、氮含 量的增高加剧。磷在连铸坯中的偏析仅次于硫，同时它在铁固溶体中扩散速度又很小， 不容易均匀化，因而磷的偏析很难消除。而且，磷显著扩大液相和固相之间的两相区， 在钢中的偏析比较严重，容易使钢的局部组织异常，造成机械性能不均匀，磷还会引起 腐蚀疲劳和焊接开裂【l 2 】。 近年来，随着科学技术的迅速发展，对钢材质量的要求不断提高。例如，对于低温 用钢、海洋用钢、抗氢致裂纹钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求 钢中的磷含量小于l o o p p m 或5 0 p p m 。此外为了降低氧气转炉炼钢的生产成本和实行少 渣炼钢，也要求铁水磷含量1 5 0 0 p p m 。因此脱磷问题在钢铁冶炼中占有重要的地位，是 炼钢过程中的重要任务之一。 1 2 炼钢过程脱磷的主要方法 炼钢脱磷主要有三种方法【3 5 】：转炉外铁水预处理、转炉内脱磷、炉外二次精炼脱 磷处理。 铁水预处理指铁水进入炼钢炉吹炼之前所进行的去除铁水中某一或某些杂质元素 的工艺，它的诞生直接原因是为了处理铁水硫含量超标的情况，后来逐渐发展成转炉炼 钢生产中现代化工艺流程中不可缺少的部分。由于磷对钢材质量不利的影响以及用户对 纯净钢质量要求的不断提高，2 0 世纪8 0 年代以来，许多冶金工作者致力于研究铁水的 预处理脱磷问题，开发了各种处理方法。根据所用容器的不同，可分为两类：一种是在 盛铁水的铁水包或鱼雷车