转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制

1、转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制目 录前言1.转炉冶炼低碳钢终点钢中氧含量控制2.转炉终点氧对RH处理钢中氧影响3.转炉冶炼低碳钢终点氧预报模型结语前言当转炉吹炼到终点时，钢水中溶解了过多氧称为溶解氧O溶（或aO）。出钢时钢水脱氧合金化的目的：(1) 把钢水中O溶脱掉，转变为脱氧夹杂物夹杂物工程；(2) 合金化达到规定的钢种成分(C、Si、Mn、Als)。经过脱氧和炉外精炼操作（吹Ar、LF、VD、RH），脱氧所生成夹杂物(Al2O3、MnOSiO2、CaOSiO2Al2O3、CaOAl2O3)。85%上浮到钢包顶渣，夹杂物尺寸绝大部分30m，钢水中TO可以达到30pp

2、m，甚至小于10ppm，也就是说钢水很“干净”了。因此，可以用钢的总氧量TO来表征钢的洁净度，也就是钢中夹杂物水平。故TO可表示为：TO=O溶+O夹因此要降低TO，则：(1) 降低O溶：降低转炉吹炼终点氧，这是产生夹杂物的源头；(2) 降低O夹：也就是减少钢中夹杂物：l 降低脱氧产物：控制脱氧和精炼操作促进原生的脱氧产物上浮；l 减少新的夹杂物生成：也就是减少钢水在连铸过程中钢水二次氧化。如何保持铸坯中TO与炉外精炼后钢水中TO处在一个水平呢？否则炉外精炼的效果就前功尽弃了。在连铸过程中的任务是：l 防止钢水再污染(二次氧化)；l 设法进一步排除夹杂物(中间包冶金、结晶器冶金等)。下面主要是讲

3、转炉冶炼终点氧控制问题，这是产生夹杂物的源头。1 转炉冶炼低碳钢终点钢中氧含量控制TOO溶O夹杂出钢时：O夹杂0，TOO溶；生产统计表明，终点O溶（aO）决定于：(1) 终点C从某厂转炉冶炼终点由副枪测定的C和aO统计关系如图1所示，由图可知：图1 转炉冶炼终点C-O关系图区：O溶波动在C-O平衡曲线附近(C0.04%，O=600900ppm) CO=0.0027 炉龄2500炉区：O溶远离C-O平衡曲线(C2500炉当炉龄大于3000炉，达到7500炉甚至10000炉，钢水中CO积远离平衡线，钢水中O波动较大，这可能与采用溅渣护炉操作，降低了复吹冶金效果有关。(2) 终点温度图2终点温度与O

4、溶关系生产统计转炉终点钢水温度与aO关系如图4所示。 图2 终点温度与O溶关系生产统计转炉终点钢水温度与aO关系如图2所示。当终点C=0.0250.04%时，随着温度的升高，终点O溶呈上升趋势。当T1680时，终点O溶明显增加。(3) 终渣(FeO)如图3、4所示，当终点C0.020.06%时，终点渣中(FeO+MnO)为1424%，而终点O溶波动较大。图3渣中（FeOMnO）对O溶影响 图4渣中（FeOMnO）与C关系(4) 氧耗量 图3 渣中(FeO+MnO)对O溶的影响 图4 渣中(FeO+MnO)与C关系图5 氧耗量与终点C关系图如图5所示，终点C0.020.06%，氧耗量在4858N

5、m3/t之间。说明终点C越低(或后吹)，吹入氧主要用来氧化铁，使渣中FeO大增(图4)，同时增加了终点O溶(图3)。在铁水成分和吹炼制度一定的条件下，要降低转炉终点O溶，必须准确控制终点钢水碳和温度：l 控制C终不要0.035%；l 控制终点温度在16401680；l 渣中(FeOMnO)在1418%；l 提高转炉终点碳和温度的命中率，杜绝后吹；l 强化复吹效果(尤其是对低碳钢)。C终0.020.05% 顶吹终点O溶700ppm900ppmC终0.020.05% 复吹终点O溶250ppm600ppm采用动态控制，提高转炉C和温度的双命中率(9093%)，减少后吹，加强溅渣护炉后高炉龄的复吹效果

6、是降低转炉终点O溶含量的有效措施。既可节约铁合金消耗，更重要的是从源头上减少钢中夹杂物生成，提高钢的洁净度，这对生产低碳钢或超低碳钢的冷轧薄板是非常重要的。因此，对生产低碳、超低碳钢用于深冲用途的薄板，应强调复吹效果降低终点O，保证产品质量。而不是强调溅渣护炉，提高炉龄。2 转炉终点氧对RH处理钢中氧影响转炉终点C=0.020.04%，经RH脱碳达到目标C=3020ppm，脱碳前后钢水中氧的关系如图6。图6 RH脱C前后氧含量变化由图可知，转炉吹炼终点O高，RH脱C结束后钢水O也高。RH脱碳前后钢水中C、O含量变化如表1。表1 RH脱碳前后的C、O含量变化（C %，O ppm）C范围初始C平初

7、始O平脱碳后C平脱碳后O平O实际0.050.0534740.0033240324由表可知：初始C=0.020.05%经RH脱C后，目标C平均为3020ppm。所消耗的O为235324ppm。也就是说，转炉终点钢水O越高，则RH脱碳结束后钢水O也越高，这样脱氧合金消耗多，生成夹杂物也越多，深冲薄板表面缺陷也越严重。以IF钢为例，生产统计得到RH脱C结束后钢水O与Al收得率关系如图7。图7 Al收得率随氧含量的变化(IF)由图可知，RH脱C结束后钢水O越高，Al回收率越低，生成的Al2O3夹杂也越多，降低了钢的洁净度，也增加了成本（脱除1ppmO需消耗1.125ppmAl，如终点降低100ppmO

8、相当于少加0.1125 kg/t钢的铝，少生成0.2125 kg/t钢Al2O3夹杂）。BOF-RH-CC工艺生产超低碳钢比较如下：C初/%O初/ppmC目标/ppmO目标/ppm国外某厂0.020.044005002015150250国内某厂0.020.047009003010400600由此可知，相同C水平，国内某厂转炉终点O要高300400ppm，RH处理达到目标C时，钢水O高250350ppm，这样加入铝多，Al2O3夹杂物也多，对深冲板表面质量带来极大的危害，因此要提高深冲薄板的表面质量要从产生夹杂物源头抓起，也就是生产超低碳钢降低转炉终点O含量是非常重要的。众所周知，降低转炉终点O

9、的方法：l 搞好复吹（图8）。由图可知：C=0.020.05%，顶吹终点O700900ppm，采用复吹后钢水O可降低到250600ppm（CO=0.0025）。可见，复吹对降低终点O有十分重要的作用。 图8 复吹对转炉终点成分的控制l 采用动态控制，提高终点C、温度的命中率，杜绝后吹。 C 出钢/%O不后吹/ppm O后吹/ppm0.0480.05095010000.0430.04795010500.0380.042100011000.0330.037107511500.0280.032110011750.0250.027112512250.02511501250由表可知，后吹使钢水中增氧10

10、0ppm，钢水过氧化严重。l 处理好溅渣护炉提高炉龄与复吹效果矛盾。生产统计炉龄与CO关系如下：炉龄平均O/ppmCO75009630.0035由此可知，溅渣炉龄越高，复吹效果越差，转炉终点O就越高。因此应根据产品品质的要求，尤其是对深冲用高级的冷轧板，为提高表面质量首先强调的是保证复吹效果。3 转炉冶炼低碳钢终点氧预报模型在统计生产数据的基础上，了解各工艺因素对转炉终点氧的影响，建立转炉终点氧预报模型，实现对转炉终点氧的预测，为改进转炉操作提供依据。这不仅可以节约合金加入量、降低成本，而且可减少非金属夹杂物数量，提高产品质量。3.1 基于统计分析软件的预报模型用SPSS（Statistica

11、l Package for the Social Science）统计软件对IF钢328炉进行数据处理。根据所确定的12个控制变量，采用多元线性回归分析建立的氧含量预报模型如下：O =-3712.923+ 16.383C铁 +248.706Si铁-1014.045Mn铁-3523.575P铁 1.221T铁-1.254R废+ 18.057/C终 -2640.148Mn终 +3523.575P终 +3.749T终 -3.5510-2Q+8.917（FeO）式中： C铁、Si铁、Mn铁、P铁铁水中含量，% C终/Mn终、P终冶炼终点钢水中含量，% T铁、T终铁水温度、终点钢水温度，R废废钢比Q吹氧

12、量，Nm3（FeO）渣中氧化铁，%由终点氧含量的统计方程可知：模型C终-1的系数为18.057，说明终点碳越低，则氧就越高；模型中终点温度的系数为3.749，说明温度高了，钢水中氧增加。为验证模型的准确性取大量样本，把每一炉有关数据代入方程，计算值与实测值如图9所示。由图可知，模型预报氧含量偏差都在200ppm以内，其预报准确率为71.7%。也就是说还有30%不在命中区内，分析其原因炉龄也是影响终点氧含量一个重要因素。应根据不同炉龄阶段建立相应的终点氧回归方程，其预报结果是：预报精度在0.02%可达到83%，有的可达90%。这说明统计模型有一定的适应性，基本上反映了影响转炉终点氧含量因素的规律

13、。图9氧含量模型一预报结果频数分布，图10 氧含量模型预报误差直方图图10为模型预报误差直方图，预报误差呈正态分布，预报精度0.0050%为30%。3.2 基于BP神经网络转炉终点氧预报模型基于BP的学习算法对于数据精度的要求较高，在预报模型中共确定了10个变量：C铁、Si铁、Mn铁、P铁、铁水温度、废钢比、终点C、终点温度、耗氧量和渣中(FeO)。本模型中经过数据预处理的原始数据共210炉，取180炉为学习样本，30炉为测试样本。经过反复验证，发现当学习次数为25000次时模型预报的命中率较高。图11为学习样本的预报结果。绝大部分预测值与实际值的偏差都在0.02%，准确率80%左右。分炉龄阶

14、段来预报，在0.021%误差范围内预报准确率几乎可达100%。图11 氧含量模型的预报结果分析图从上述讨论中可知，预报准确度在0.02%，统计模型为70%，而神经网络模型为90%。分炉龄阶段预报准确度在0.02%，统计模型为8090%，而神经网络模型为100%。本文所建立的两个模型中，神经网络模型要优于SPSS统计模型。结语1. 转炉终点氧含量是产生夹杂物的源头，提高钢的洁净度应从源头抓起。2. 优化转炉工艺操作，强化复吹的冶金效果是降低转炉终点氧的有效措施。3. 转炉终点氧对RH脱碳结束后的钢水氧有重要影响，应使达到目标碳含量时（3010ppm）的钢水O为150300ppm。既可节约合金又可

15、减少夹杂物。4. 应根据产品品质的要求，解决好利用溅渣护炉后高炉龄与复吹效果之间的矛盾，尤其是对深冲高级冷轧板，为提高表面质量首先应保证复吹效果，而不是高炉龄。5. 利用统计模型和神经网络模型来预报转炉终点氧含量对生产实践有参考价值。参考文献：1. 杨安娜. 转炉冶炼终点氧含量控制，北京科技大学，硕士学位论文，2004.3。2. 王琳. IF钢洁净化生产与RH处理工艺优化，北京科技大学学位论文，2000.3.3. 赵荣玖. 转炉复合吹炼技术的发展与展望. 钢铁编辑部，1985.their own conditions to develop the correct road, the maxim

16、um to avoid investment risk, gain profit.(three) vigorously promote the brand. To establish brand awareness, awareness of the use of brand, brand value, brand acquisition performance, enhance the competitive strength. Concentrated manpower, careful planning, packaging and publicity of a number of un

17、ique, market influence and coverage of the brand, the implementation of key breakthroughs, to enhance the competitive strength, walking business road the competition of alienation and characteristics, the pursuit of stability and development of the market.(four) to promote the integration of resourc

18、es. To further broaden their horizons, effective integration of resources within the group, the city resources, other industries and regional resources, mutual trust, mutual benefit, seeking win-win principle, in the framework of national policies and regulations, strict inspection and argumentation

19、, legal consultation, examination and approval procedures, strict regulation of economic activities, attract injection the social investment to the industry group, to achieve leveraging the development, ensure that the value of state-owned assets.(five) to strengthen the construction management pers

20、onnel. Strengthen the management of education and training of cadres and workers of the existing business, firmly establish the concept of the market, enhance the sense of crisis to adapt to market competition, the sense of urgency, improve the ability to respond to market competition, improve management and operation of the market. At the same time, according to the need of industrial development, vigorously the introduction of high-quality ma