轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷過程若干參數(shù)優(yōu)化、檢測和控制技術(shù)的研究.pdf

1、磷對于絕大多數(shù)鋼種來說都是有害元素。由于磷在鐵液中溶解度大而在固體鐵中的溶解度很小，含磷量高時(shí)易在晶界上析出，導(dǎo)致鋼的塑性和沖擊韌性降低，焊接性能與冷彎性能變差。同時(shí)磷顯著擴(kuò)大固液兩相區(qū)，在鋼中的偏析嚴(yán)重，使鋼的局部組織異常，機(jī)械性能不均勻，磷還會(huì)引起腐蝕疲勞和焊接開裂。因此在轉(zhuǎn)爐內(nèi)如何進(jìn)行高效脫磷，成為轉(zhuǎn)爐煉鋼的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
　　 本文從復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化、冶煉過程的脫磷控制及出鋼過程渣量的檢測與控制三個(gè)方面入手，系

2、統(tǒng)地研究了轉(zhuǎn)爐鋼水脫磷和控磷技術(shù)。其中復(fù)吹脫磷動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化主要研究復(fù)吹底槍參數(shù)優(yōu)化，以改善脫磷的動(dòng)力學(xué)條件；而轉(zhuǎn)爐多功能精煉法在同一轉(zhuǎn)爐內(nèi)對脫磷和脫碳進(jìn)行分階段控制，則強(qiáng)化了冶煉過程中的脫磷效果；研究下渣檢測與控制裝置用于控制轉(zhuǎn)爐下渣量，以降低轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼包內(nèi)的鋼水回磷量。將研究結(jié)果應(yīng)用于三明煉鋼廠的100t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐中，取得了較好的效果。
　　 論文主要工作和創(chuàng)新如下：(1)頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化為了改進(jìn)轉(zhuǎn)爐脫磷動(dòng)力學(xué)

3、條件，應(yīng)用相似理論建立項(xiàng)底復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉的物理模型，提出非對稱底槍的布置模式。研究轉(zhuǎn)爐熔池在不同的底槍支數(shù)和不同的對稱、非對稱布置方式以及不同的復(fù)吹工藝參數(shù)條件下的混勻時(shí)間，優(yōu)化復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底槍布置方式和復(fù)吹工藝參數(shù)。將實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化得到的非對稱底槍布置及復(fù)吹工藝參數(shù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，比較了復(fù)吹技術(shù)優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)爐出鋼技術(shù)指標(biāo)。
　　 研究結(jié)果表明，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底槍支數(shù)和布置方式對熔池的混勻時(shí)間有著重要的影響，其中底槍布置方式比底槍支數(shù)對熔池混

4、勻時(shí)間的影響更大。與對稱的底槍布置比較，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐采用非對稱底槍布置，有利于在轉(zhuǎn)爐熔池中產(chǎn)生水平方向的流動(dòng)，改善了脫磷的動(dòng)力學(xué)條件，縮短了熔池的混勻時(shí)間，提高了脫磷效果。
　　 應(yīng)用結(jié)果表明，在相近的出鋼碳含量和溫度下，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐出鋼的鋼水平均氧含量由604ppm下降為444ppm，碳氧濃度積從0.0031下降到0.0025，終渣氧化性降低，出鋼鋼液磷含量由167ppm下降為148ppm。(2)轉(zhuǎn)爐多功能精煉(MURC)法脫磷過程的

5、控制和預(yù)測轉(zhuǎn)爐多功能精煉法最大的特征在于在同一轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行脫硅、脫磷和脫碳的分階段處理，中間排渣和終點(diǎn)留渣。將轉(zhuǎn)爐多功能精煉法用于三明煉鋼廠的實(shí)踐探索中，首先對MURC法脫磷期脫磷的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件進(jìn)行分析，確定脫磷期終點(diǎn)控制熔池溫度在1330-1400℃之間；其次制定出適合MURC法的冶煉工藝制度，以及對不同的鐵水硅含量確定了不同的供氧制度和造渣制度；進(jìn)而根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和灰色關(guān)聯(lián)法對脫磷的影響因素進(jìn)行分析，指出脫磷期的爐渣堿度控制在1.

6、5～2.0之間，脫碳期的堿度控制在2.5～3.0之間，脫磷效果較好。最后建立了脫磷期終點(diǎn)磷含量的灰色預(yù)測模型。為了提高模型的預(yù)測精度，采用聚類分析的方法對數(shù)據(jù)預(yù)處理后，考慮數(shù)據(jù)飽和現(xiàn)象，采用遺忘因子和限定記憶的方法對建立的預(yù)測模型進(jìn)行改進(jìn)，使模型預(yù)測命中率提高。
　　 應(yīng)用結(jié)果表明，MURC工藝與常規(guī)冶煉工藝相比，出鋼平均磷含量由148ppm降低到80ppm，碳含量由0.082％提高到0.197％。由于MURC法采用脫碳渣熱循環(huán)

7、，石灰消耗低，鋼鐵料耗下降，年生產(chǎn)成本可節(jié)省3368萬元。(3)開發(fā)研制轉(zhuǎn)爐下渣檢測與控制裝置為降低轉(zhuǎn)爐出鋼過程鋼包中的鋼水回磷量，設(shè)計(jì)了用于控制下渣量的下渣檢測和控制裝置。該系統(tǒng)包括閘閥機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和下渣檢測與控制兩部分?？紤]出鋼過程擋渣機(jī)構(gòu)高溫、粉塵及下渣檢測信號采集困難等特點(diǎn)，將滑動(dòng)水口技術(shù)引入擋渣機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)由液壓缸驅(qū)動(dòng)的滑板式轉(zhuǎn)爐閘閥擋渣機(jī)構(gòu)，安裝在出鋼口外側(cè)，不受出鋼口形狀和鋼渣性能的影響，能可靠控制鋼流和爐渣；結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

8、，從轉(zhuǎn)爐出鋼鋼水注流和爐渣的輻射特征入手，根據(jù)安裝在轉(zhuǎn)爐側(cè)面的攝像機(jī)采集的鋼水與爐渣圖像的發(fā)射率不同，結(jié)合圖像處理技術(shù)，辨識(shí)鋼水和爐渣，啟動(dòng)閘閥擋渣機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)下渣檢測與控制。
　　 現(xiàn)場應(yīng)用表明：采用該裝置后擋渣成功率達(dá)到99％，普碳鋼（以Q235為例）鋼水回磷相比于目前廣泛使用的擋渣球和擋渣塞，回磷量分別由40.0ppm、17.0ppm下降到13.6ppm;對于優(yōu)鋼(ML08AL為例)與擋渣塞比較，鋼水回磷量由31.1ppm下