一种炉渣成分在线预测方法与流程

文档序号:12030266阅读:539来源:国知局
一种炉渣成分在线预测方法与流程

本发明涉及炉渣成分检测领域,更具体地说,涉及一种炉渣成分在线预测方法。



背景技术:

炉渣是冶炼过程中的重要产物之一,它是由原料中的杂质与造渣材料在熔炼时形成的高温熔渣。在冶炼过程中,炉渣的化学成分影响着产品的质量,其组分必须加以控制,对其常见组分的快速准确分析尤为重要。

目前,对炉渣成分的测量分析基本采用离线方式,主要包括化学法、原子吸收光谱法、x射线荧光光谱法和电感耦合等离子体原子发射谱法等。例如专利公开号:cn106248707a,公开日:2016年12月21日,发明创造名称为:一种快速联测闪速熔炼炉渣中ni、cu、fe、s、cao、mgo、sio2、pb、zn、as、sb、bi的分析方法,该申请案的分析方法按照以下几个步骤进行:样片的制备,标准样片的制备,仪器漂移校正样片的制备,仪器漂移校正样片的测定,选取特殊基体校正方法,样片的测定和分析结果的计算,该申请案的有益效果为:采用粉末压片,样品预处理过程快速,实现了快速测定,10min内即可完成1个样品的多元素测定,劳动效率高,操作简便,独特的仪器分析参数和基体校正模式,探索出适宜的仪器分析参数和独特的校正模式,解决部分元素标准曲线回归不成线性的技术问题,能进行多元素联测,实现主量成分与次量成分的联测。

但是,采用离线方式对炉渣成分进行测量一方面相对繁琐、速度慢、费时费力,另一方面难以满足在线生产对于及时获知炉渣成分的需求,针对上述问题,现有技术中出现了在线测量炉渣成分的技术,例如专利公开号:cn102305785a,公开日:2012年01月04日,发明创造名称为:熔融炉渣成分实时在线监测装置,该申请案公开了一种熔融炉渣成分实时在线监测装置,包括激光导光臂、光学检测探头、多点驻留测量机械臂、信号发生与采集处理部分与后端控制系统。激光导光臂分别与信号发生与采集处理部分和光学检测探头相连接;光学检测探头为t形三通结构,内部固定有扩束准直透镜组、45°入射激光波长高反180-900nm高透镜、透镜阵列和聚焦透镜,并配置有光纤耦合接口,外部装有激光测距仪;信号发生与采集处理部分包括调q激光器、光谱仪、增强型电荷耦合器件及微处理器等;后端控制系统主要完成激光测距仪、多点驻留测量机械臂以及冷却气体流量等的控制。该申请案具有分析速度快、无需取样的特点,能在高温恶劣环境下同时实现熔融炉渣中多种成分的实时在线监测。但是,该申请案的在线监测装置结构复杂,运行成本较高。

近年来,为了得到更低磷含量的钢水并同时降低原料成本,国内外一些钢厂已陆续开发顶吹转炉留渣双渣法深脱磷技术,将炉渣成分实时计算方法运用到这种工艺,可依据实时预报的炉渣成分来确定转炉中途倒渣操作的时机和倒渣量。目前常用的炉渣成分实时计算方法为结合转炉物料平衡和热平衡来反算炉渣成分,此方法有以下几点问题:(1)监测仪器的延迟性会造成计算结果预报的延迟,使计算结果失去实时性;(2)初始数据的缺失会使物料平衡和热平衡方程组无解,造成炉渣成分无法准确的预报;(3)在生产过程中,监测仪器的误差无法估算,所以由此产生的计算结果误差是无法消除的。

综上所述,如何克服现有测量方法存在的无法满足炉渣成分在线实时检测的不足,是现有技术中亟需解决的技术问题。



技术实现要素:

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有测量方法存在的无法满足炉渣成分在线实时检测的不足,提供了一种炉渣成分在线预测方法,一定程度解决了上述问题。

2.技术方案

为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:

本发明的炉渣成分在线预测方法,包括以下步骤:

步骤a:转炉炉次开始吹炼时,准备好炉渣成分和重量计算模块;

步骤b:启动炉渣成分和重量计算模块,对炉渣成分和重量进行计算;

步骤c:将步骤b中的计算结果存入数据存储模块,并传送至画面显示终端显示;

步骤d:若转炉系统具有自动炼钢控制模块,将步骤b中的计算结果同步传送至自动炼钢控制模块用于自动炼钢模型的计算;

步骤e:判断炉次吹炼是否结束,若未结束,转入步骤b,否则,进入下一步;

步骤f:判断炉次是否结束,若结束,进行参数的自学习计算,否则,等待;

步骤g:结束。

作为本发明更进一步的改进,步骤b中炉渣成分和重量计算步骤如下:

(1)转炉钢水重量的计算

wms=(wiron*a1+wscrap*a2+wore*a3)*a4

其中:

wms表示转炉钢水重量;wiron表示铁水的重量;wscrap表示废钢的重量;wore表示铁矿石的重量;

(2)炉渣中cao、mgo重量的计算

wcao=b1*σmate*pca+wslag1*pcao1

wmgo=b2*σmate*pmg+wslag1*pmgo1

其中:

wcao表示炉渣中cao的重量;wmgo表示炉渣中mgo的重量;

mate表示加入的各种辅料重量;pca表示对应辅料中ca的含量;pmg表示对应辅料中mg的含量;wslag1表示上一炉留渣的重量;pcao1表示上一炉留渣中cao的含量;pmgo1表示上一炉留渣中mgo的含量;

(3)钢水中si、mn、p和s含量的计算

①钢水中si含量的计算

[si%]=c1e-nt+c2

其中,si%表示钢水中si的含量;c1表示方程常数;c2表示方程优化常数;n是反应硅氧化性质的数值;t为时间参数,表示吹炼的时间;e表示自然常数;

②钢水中mn含量的计算

[mn%]=a-bt+ct2-dt3+et4-ft5

其中,mn%表示钢水中mn的含量;a、b、c、d、e和f分别表示方程校正常数;t表示吹炼的时间;

③钢水中p含量的计算

其中,p%表示钢水中p的含量;wacp表示辅料带入的磷的量;wms表示转炉钢水重量;t表示吹炼的时间;

[p%]0表示钢水中磷的初始含量;

vp表示磷的实时氧化速率;

④钢水中s含量的计算

其中,s%表示钢水中s的含量;wacs表示辅料带入的硫的量;wms表示转炉钢水重量;t表示吹炼的时间;

[s%]0表示钢水中硫的初始含量;vs表示脱硫速率;

(4)炉渣中sio2、mn、p2o5和s重量的计算

①sio2的重量的计算

wsio2=(wiron*psi-wms*[si%])*15/7

其中,wsio2表示炉渣中sio2的重量;wiron表示铁水的重量;psi表示铁水中si的含量;wms表示转炉钢水重量;[si%]表示钢水中si的含量;

②mn的重量的计算

wmn=wiron*pmn-wms*[mn%]

其中,wmn表示炉渣中mn的重量;wiron表示铁水的重量;pmn表示铁水中mn的含量;wms表示转炉钢水重量;[mn%]表示钢水中mn的含量;

③p2o5的重量的计算

wp2o5=(wiron*pp-wms*[p%])*11/3

其中,wp2o5表示炉渣中p2o5的重量;wiron表示铁水的重量;pp表示铁水中p的含量;wms表示转炉钢水重量;[p%]表示钢水中p的含量;

④s的重量的计算

ws=wiron*ps-wms*[s%]

其中,ws表示炉渣中s的重量;wiron表示铁水的重量;ps表示铁水中s的含量;wms表示转炉钢水重量;[s%]表示钢水中s的含量;

(5)炉渣中cao、mgo、sio2、mn、p2o5和s的含量计算

wslag2=wcao+wmgo+wsio2+wmn+wp2o5+ws,

其中,wslag2表示炉渣中cao、mgo、sio2、mno、p2o5和s的重量和;

炉渣的总重量:wslag=wslag2/α;

pcao=wcao/wslag;

pmgo=wmgo/wslag;

psio2=wsio2/wslag;

pmn=wmn/wslag;

pp2o5=wp2o5/wslag;

ps=ws/wslag;

(6)上述计算中,如果某次计算前存在中途倒渣的发生,计算的炉渣量需要减去中途倒渣的重量。

作为本发明更进一步的改进,步骤b中,a1、a2、a3和a4为计算系数,其取值范围分别为:

a1:(0.85,0.99);a2:(0.88,0.99);a3:(0.50,0.75);a4:(0.95,0.98);

b1、b2为常数,b1表示cao和ca之间的换算系数,b1=1.4;b2表示mgo和mg之间的换算系数,b2=1.66;

a、b、c、d、e和f其范围为a:(1.11943,1.13117);b:(0.41125,0.42678);c:(0.07241,0.07411);d:(0.00568,0.00598);e:(0.000206025,0.000208027);f:(0.00000275161,0.00000275477)。

作为本发明更进一步的改进,[p%]0的计算公式为:[p%]0=wiron*pp/wms,

其中,wiron表示铁水的重量;pp表示铁水中磷含量;wms表示转炉钢水重量;

vp的计算公式为:

其中,p%表示钢水中p的含量;t表示吹炼的时间;a表示渣-金界面有效面积,其等于(2.3,2.7)*转炉炉膛截面面积;表示脱磷反应总速率常数,其范围是(1.67,2.43);wms表示转炉钢水重量;[p%]0表示钢水中磷的初始含量;lp表示磷的渣金分配比,其取值范围是(30,200)。

作为本发明更进一步的改进,[s%]0的计算公式为:

[s%]0=wiron*ps/wms,其中,wiron表示铁水的重量;ps表示铁水中硫的含量;wms表示转炉钢水重量;

vs的计算公式为:

其中,s%表示钢水中s的含量;t表示吹炼的时间;a表示渣-金界面有效面积,其等于(2.3,2.7)*转炉炉膛截面面积;表示脱硫反应总反应速率常数;wms表示转炉钢水重量;[s%]0表示钢水中硫的初始含量;ls表示硫的分配比。

作为本发明更进一步的改进,钢水中si含量的计算过程中,c1的范围是(0.367,1.319);c2的范围是(-0.005,0.005);n的范围是(-1.233,-1.054);

炉渣中cao、mgo、sio2、mn、p2o5和s的含量计算过程中,α取值范围为(0.75,0.81)。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下显著效果:

(1)综合本申请的内容,可知本炉渣成分在线预测方法最大的创新点在于:将炉渣成分实时预报模型应用于双渣工艺,即提出了炉渣成分实时预报的思想,运用其实时性和准确性,为一次倒渣时机和一次倒渣量的判断提供方便;其中,若倒渣时机过早,易造成脱磷率低,炉渣粘度过大,倒渣不流畅;若倒渣时机过晚,由于温度高,易造成回磷,降低脱磷率;若倒渣量过大,则铁损严重,造渣料消耗大;若倒渣量过小,易造成脱磷率降低。而本发明的方法使用方便,通过该方法,能准确、实时预报转炉冶炼过程中炉渣的成分,为转炉冶炼过程中的钢水成分、温度控制以及双联法炼钢的中间出渣等控制提供依据。

(2)本发明采用计算模型实时计算钢水中炉渣所含各种成分的含量和重量,克服了现有测量方法存在的无法满足炉渣成分在线实时检测的不足,可为倒渣操作提供可靠指导,根据炉渣成分实时预报,确定倒渣时机和倒渣量,能够提高冶炼过程的钢水产量和质量,产生可观的经济效益,且能够实时、准确地预测转炉在冶炼过程中的炉渣成分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1的炉渣成分在线预测方法的流程图;

图2为实施例1中现场使用时的实时计算界面的截图;

图3为实施例2中现场使用时的实时计算界面的截图;

图4为实施例3中现场使用时的实时计算界面的截图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1,本实施例的炉渣成分在线预测方法,包括以下步骤:

步骤a:转炉炉次开始吹炼时,准备好炉渣成分和重量计算模块;

步骤b:启动炉渣成分和重量计算模块,对炉渣成分和重量进行计算;

步骤b中炉渣成分和重量计算步骤如下:

(1)转炉钢水重量的计算

转炉出钢的钢水主要是由铁水、废钢以及铁矿石中的含铁量决定,其计算公式如下:

wms=(wiron*a1+wscrap*a2+wore*a3)*a4

其中:

wms表示转炉钢水重量,单位(kg);wiron表示铁水的重量,单位(kg);wscrap表示废钢的重量,单位(kg);wore表示铁矿石的重量,单位(kg);

a1、a2、a3和a4为计算系数,其取值范围分别为:

a1:(0.85,0.99);a2:(0.88,0.99);a3:(0.50,0.75),铁矿石的铁含量随着品位不同,取值范围偏差较大;a4:(0.95,0.98);

(2)炉渣中cao、mgo重量的计算

cao、mgo是由加入转炉中的各种辅料中的石灰、镁球等生成的,还包括上一炉留渣带入,其计算公式如下:

wcao=b1*σmate*pca+wslag1*pcao1

wmgo=b2*σmate*pmg+wslag1*pmgo1

其中:

wcao表示炉渣中cao的重量,单位(kg);wmgo表示炉渣中mgo的重量,单位(kg);

mate表示加入的各种辅料重量;pca表示对应辅料中ca的含量;pmg表示对应辅料中mg的含量;wslag1表示上一炉留渣的重量,单位(kg);pcao1表示上一炉留渣中cao的含量;pmgo1表示上一炉留渣中mgo的含量;

b1、b2为常数,b1表示cao和ca之间的换算系数,b1=1.4;b2表示mgo和mg之间的换算系数,b2=1.66;

(3)钢水中si、mn、p和s含量的计算

①钢水中si含量的计算

[si%]=c1e-nt+c2

其中,si%表示钢水中si的含量,单位(%);c1表示方程常数,与实际的冶炼条件相关,如转炉大小,吹炼制度,铁水带渣等,范围是(0.367,1.319),本实施例中取值为0.629;c2表示方程优化常数,范围是(-0.005,0.005),本实施例中取值为0;n是反应硅氧化性质的数值,实验室测定其范围是(-1.233,-1.054),本实施例中取值-1.188;t为时间参数,单位(min),表示吹炼的时间;e表示自然常数;

②钢水中mn含量的计算

[mn%]=a-bt+ct2-dt3+et4-ft5

其中,mn%表示钢水中mn的含量,单位(%);a、b、c、d、e和f分别表示方程校正常数,根据工业现场数据,可分别确定其范围为a:(1.11943,1.13117),本实施例中取值1.1231;b:(0.41125,0.42678),本实施例中取值0.41875;c:(0.07241,0.07411),本实施例中取值0.07331;d:(0.00568,0.00598),本实施例中取0.00576;e:(0.000206025,0.000208027),本实施例中取0.000207000;f:(0.00000275161,0.00000275477),本实施例中取0.00000275300;t表示吹炼的时间,单位(min);

③钢水中p含量的计算

其中,p%表示钢水中p的含量,单位(%);wacp表示辅料带入的磷的量,单位(kg),由于辅料中几乎不含硫,此处取值为0;wms表示转炉钢水重量,单位(kg);t表示吹炼的时间,单位(min);

[p%]0表示钢水中磷的初始含量,单位(%),[p%]0的计算公式为:[p%]0=wiron*pp/wms,

其中,wiron表示铁水的重量,单位(kg);pp表示铁水中磷含量,单位(%);wms表示转炉钢水重量,单位(kg);

vp表示磷的实时氧化速率,vp的计算公式为:

其中,p%表示钢水中p的含量;t表示吹炼的时间;a表示渣-金界面有效面积=(2.3,2.7)*转炉炉膛截面面积,本实施例中取2.7倍;表示脱磷反应总速率常数,范围是(1.67,2.43),这是一个随温度和吹氧变化的量,由现场工艺决定,本实施例中取2.08;wms表示转炉钢水重量;[p%]0表示钢水中磷的初始含量;lp表示磷的渣金分配比,其取值范围是(30,200),本实施例中取值120;

④钢水中s含量的计算

其中,s%表示钢水中s的含量;wacs表示辅料带入的硫的量,由于辅料中几乎不含硫,此处取值为0;wms表示转炉钢水重量;t表示吹炼的时间;

[s%]0表示钢水中硫的初始含量,[s%]0的计算公式为:

[s%]0=wiron*ps/wms,其中,wiron表示铁水的重量;ps表示铁水中硫的含量;wms表示转炉钢水重量;

vs表示脱硫速率,vs的计算公式为:

其中,s%表示钢水中s的含量;t表示吹炼的时间;a表示渣-金界面有效面积=(2.3,2.7)*转炉炉膛截面面积,本实施例中取2.7倍;表示脱硫反应总反应速率常数,范围是(0.64,1.27),这是一个随温度和吹氧变化的量,由现场工艺决定,本实施例中取0.97,;wms表示转炉钢水重量;[s%]0表示钢水中硫的初始含量;ls表示硫的分配比,其取值范围是0~1,本实施例中取值0.5;

(4)炉渣中sio2、mn、p2o5和s重量的计算

①sio2的重量的计算

wsio2=(wiron*psi-wms*[si%])*15/7

其中,wsio2表示炉渣中sio2的重量;wiron表示铁水的重量;psi表示铁水中si的含量;wms表示转炉钢水重量;[si%]表示钢水中si的含量;

②mn的重量的计算

wmn=wiron*pmn-wms*[mn%]

其中,wmn表示炉渣中mn的重量;wiron表示铁水的重量;pmn表示铁水中mn的含量;wms表示转炉钢水重量;[mn%]表示钢水中mn的含量;

③p2o5的重量的计算

wp2o5=(wiron*pp-wms*[p%])*11/3

其中,wp2o5表示炉渣中p2o5的重量;wiron表示铁水的重量;pp表示铁水中p的含量;wms表示转炉钢水重量;[p%]表示钢水中p的含量;

④s的重量的计算

ws=wiron*ps-wms*[s%]

其中,ws表示炉渣中s的重量;wiron表示铁水的重量;ps表示铁水中s的含量;wms表示转炉钢水重量;[s%]表示钢水中s的含量;

(5)炉渣中cao、mgo、sio2、mn、p2o5和s的含量计算

wslag2=wcao+wmgo+wsio2+wmn+wp2o5+ws,

其中,wslag2表示炉渣中cao、mgo、sio2、mno、p2o5和s的重量和;

由于炉渣中除含有cao、mgo2、sio2、mno、p2o5和s外,还含有其他的成分,因此,炉渣的总重量:wslag=wslag/α,α取值范围为(0.75,0.81),本实施例中取值0.77;

pcao=wcao/wslag;

pmgo=wmgo/wslag;

psio2=wsio2/wslag;

pmn=wmn/wslag;

pp2o5=wp2o5/wslag;

ps=ws/wslag;

(6)上述计算中,如果某次计算前存在中途倒渣的发生,计算的炉渣量需要减去中途倒渣的重量;

步骤c:将步骤b中的计算结果存入数据存储模块,并传送至画面显示终端显示;

步骤d:若转炉系统具有自动炼钢控制模块,将步骤b中的计算结果同步传送至自动炼钢控制模块用于自动炼钢模型的计算;

步骤e:判断炉次吹炼是否结束,若未结束,转入步骤b,否则,进入下一步;

步骤f:判断炉次是否结束,若结束,进行参数的自学习计算,否则,等待;

步骤g:结束。

根据上述实施例提供的炉渣成分在线预测方法,将炉渣成分和重量计算模块导入计算机,通过计算机对炉渣成分进行在线预测,并将计算结果存入数据存储模块,然后传送至画面显示终端显示,图2为实施例1中现场使用时的实时计算界面的截图。

本实施例提供的炉渣成分在线预测方法中,针对不同的炉况,其相应的参数取值有所差别,由于无法穷举所有炉况对应的炉渣成分在线预测方法,本实施例中仅以某钢厂一转炉为例进行说明。同时,由于计算系数a1、a2、a3和a4主要和原料的状况相关,而国内钢厂无法像国外钢厂一样稳定的使用同一状况的原料,因此,实施例中分别取不同的a1、a2、a3和a4,以对应不同的原料。

具体本实施例中,取a1=0.87;a2=0.90;a3=0.51;a4=0.96。选取现场炉次号为zm3733的炉次进行计算,该炉次的具体信息如下:

铁水信息:

吹炼信息:

(1)吹炼事件信息:

(2)吹氧信息:

计算误差信息:

目标误差:

其中温差的计算方法为:

温差=计算结果–取样结果。

成分误差的计算方法为:

误差=(计算结果–取样结果)/取样结果。

结论:各项计算误差均比较理想。

实施例2

本实施例的炉渣成分在线预测方法,其步骤、参数与实施例1基本相同,其不同之处在于:

取a1=0.91;a2=0.89;a3=0.53;a4=0.95。选取现场炉次号为zm4991的炉次进行计算,该炉次的具体信息如下:

铁水信息:

吹炼信息:

(1)吹炼事件信息:

(2)吹氧信息:

计算误差信息:

目标误差:

其中温差的计算方法为:

温差=计算结果–取样结果。

成分误差的计算方法为:

误差=(计算结果–取样结果)/取样结果。

结论:结合图3,仅p2o5误差相对较大,其余项误差均比较理想。

实施例3

本实施例的炉渣成分在线预测方法,其步骤、参数与实施例1基本相同,其不同之处在于:

取a1=0.90;a2=0.92;a3=0.55;a4=0.97。选取现场炉次号为zm3734的炉次进行计算,该炉次的具体信息如下:

铁水信息:

吹炼信息:

(1)吹炼事件信息:

(2)吹氧信息:

计算误差信息:

目标误差:

其中温差的计算方法为:

温差=计算结果–取样结果。

成分误差的计算方法为:

误差=(计算结果–取样结果)/取样结果。

结论:结合图4,仅tfe误差相对较大,其余项误差均比较理想。

炉渣是冶炼过程中的重要产物之一,它是由原料中的杂质与造渣材料在熔炼时形成的高温熔渣;在冶炼过程中,炉渣的化学成分影响着产品的质量,其组分必须加以控制,对其常见组分的快速准确分析尤为重要;综合本申请的内容,可知本炉渣成分在线预测方法最大的创新点在于:将炉渣成分实时预报模型应用于双渣工艺,即提出了炉渣成分实时预报的思想,运用其实时性和准确性,为一次倒渣时机和一次倒渣量的判断提供方便;其中,若倒渣时机过早,易造成脱磷率低,炉渣粘度过大,倒渣不流畅;若倒渣时机过晚,由于温度高,易造成回磷,降低脱磷率;若倒渣量过大,则铁损严重,造渣料消耗大;若倒渣量过小,易造成脱磷率降低。本发明的方法使用方便,通过该方法,能准确、实时预报转炉冶炼过程中炉渣的成分,为转炉冶炼过程中的钢水成分、温度控制以及双联法炼钢的中间出渣等控制提供依据。

本发明采用计算模型实时计算钢水中炉渣所含各种成分的含量和重量,克服了现有测量方法存在的无法满足炉渣成分在线实时检测的不足,可为倒渣操作提供可靠指导,根据炉渣成分实时预报,确定倒渣时机和倒渣量,能够提高冶炼过程的钢水产量和质量,产生可观的经济效益,且能够实时、准确地预测转炉在冶炼过程中的炉渣成分。

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,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。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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