转炉高效吹炼的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种转炉高效吹炼的方法和装置，属于转炉炼钢技术领域。

背景技术

氧气顶吹转炉炼钢法是通过自炉口垂直伸入炉内的水冷氧枪，从顶部直接向熔池内吹入高压氧气，将铁水中的碳、硅、锰、磷等元素氧化去除，并利用铁水的物理热和元素氧化放出的化学热获得熔炼所需的高温，是无需外部热源的一种炼钢方法。顶底复合吹炼就是在顶吹的同时从底部吹入适量的气体(氮气或氩气)，以增加金属熔池和炉渣的搅拌并控制熔池内气相中CO的分压，因而克服了顶吹氧气流搅拌能力不足的弱点，使炉内反应接近平衡，铁损失减少，同时又保留了顶吹法容易控制造渣过程的优点：(1)显著降低了钢水中氧含量和熔渣中TFe含量。由于复吹工艺强化熔池搅拌，促进钢-渣界面反应，反应更接近于平衡状态，所以显著地降低了钢水和熔渣中的过剩氧含量。(2)提高吹炼终点钢水余锰含量。渣中TFe含量的降低钢水余锰含量增加，因而也减少了铁合金的消耗。(3)提高了脱磷、脱硫效率。由于反应接近平衡状态，磷和硫的分配系数较高，渣中TFe含量的降低，明显改善了脱硫条件。(4)吹炼平稳减少了喷溅。复吹工艺集顶吹工艺成渣速度快和底吹工艺吹炼平稳的双重优点，吹炼平稳，减少了喷溅，改善了吹炼的可控性，提高供氧强度。(5)更适宜吹炼低碳钢种。

转炉冶炼的整个过程都是伴随着氧气吹炼发生固废的融化、渣化、吸附净化、氧化及物质的相化转变。确定了合适的供氧工艺制度后，转炉冶炼过程中需要不断调节氧枪枪位及氧气流量；通过调节氧枪枪位来控制吹氧脱碳，要求脱碳反应均匀地进行，合理地控制枪位能够保证碳氧反应的顺利进行。氧枪枪位控制不仅要考虑到各冶炼时期脱碳反应的特点，而且也要考虑到各时期的化渣、脱硫脱磷的需要、转炉底吹等各种影响因素。

在转炉吹炼过程中，O

转炉吹炼过程中炉渣的氧化性是指炉渣所具备的氧化能力的大小,它对转炉炼钢过程中的成渣速度、去P、去S、脱C、喷溅、金属收得率及终点钢液含氧量和炉衬的侵蚀速度均有重大的影响。炉渣是氧的传递媒介，同时金属中铁氧化产生的FeO也有相当数量富集在渣中，因而渣中的FeO含量可代表炉渣所具备的氧化能力的大小。炉渣中FeO过低，造渣困难，炉渣的反应能力低；炉渣中FeO过高，又会造成喷溅，增加金属损失及炉衬侵蚀。因此，本发明提出了一种转炉高效吹炼的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种转炉高效吹炼的方法和装置，能够实现转炉经济高效吹炼的目的。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供的一种转炉高效吹炼的方法，包括如下步骤：

建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，获取钢水循环流动的速度矢量图；

根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量；

根据速度矢量图分析最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量条件下钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳加料时机和最佳批次重量；

构建转炉高效吹炼模型，并进行模型训练，获取修正系数；

利用修正系数进行转炉高效吹炼操作。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，获取钢水循环流动的速度矢量图，包括：

建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟；

在吹炼的前期、中期及后期的各个时刻点进行各种氧枪控制枪位高度、底吹流量条件下的钢水流动情况进行模拟，所述各个时刻点的间隔时间为1min；

将氧枪控制枪位高度H

作为本实施例一种可能的实现方式，所述氧枪枪位的高度按照每50mm为一个间隔点，即氧枪控制枪位高度H

所述底吹流量按照每50m

作为本实施例一种可能的实现方式，所述根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量，包括：

根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，并结合转炉烟气分析得到的对应时刻烟气中的CO、CO

作为本实施例一种可能的实现方式，所述根据速度矢量图分析最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量条件下钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳加料时机和最佳批次重量，包括：

利用转炉熔池吹炼处理过程模型对最佳氧枪控制枪位高度H

作为本实施例一种可能的实现方式，所述构建转炉高效吹炼模型，并进行模型训练，获取修正系数，包括：

将历史炉次吹炼时间轴上任意时刻的实际氧枪控制枪位高度H

建立转炉高效吹炼模型，对每个系列数据库中的氧枪控制枪位高度和转炉底吹流量分别进行二元线性回归分析，得到该入炉条件下的吹炼时间轴上任意时刻的最佳氧枪控制枪位高度H

以线性回归得到的枪位高度H

H

F

其中，η

结合加料操作条件下的模拟分析结果，得到对应条件下的最佳加料时机和批次重量相应的控制枪位高度和转炉底吹流量；

将上述该炉次所有相关信息反馈至系列数据库进行自学习和系数的修正。

第二方面，本发明实施例提供的一种转炉高效吹炼的装置，包括：

吹炼模拟模块，用于建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，获取钢水循环流动的速度矢量图；

最佳转炉底吹数据获取模块，用于根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量；

最佳加料数据获取模块，用于根据速度矢量图分析最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量条件下钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳加料时机和最佳批次重量；

模型建立及训练模块，用于构建转炉高效吹炼模型，并进行模型训练，获取修正系数；

转炉高效吹炼操作模块，用于利用修正系数进行转炉高效吹炼操作。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述吹炼模拟模块，具体用于：

建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟；

在吹炼的前期、中期及后期的各个时刻点进行各种氧枪控制枪位高度、底吹流量条件下的钢水流动情况进行模拟，所述各个时刻点的间隔时间为1min；

将氧枪控制枪位高度H

作为本实施例一种可能的实现方式，所述氧枪枪位的高度按照每50mm为一个间隔点，即氧枪控制枪位高度H

所述底吹流量按照每50m

作为本实施例一种可能的实现方式，所述最佳转炉底吹数据获取模块，具体用于:根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量，包括：

根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，并结合转炉烟气分析得到的对应时刻烟气中的CO、CO

作为本实施例一种可能的实现方式，所述最佳加料数据获取模块，具体用于：

利用转炉熔池吹炼处理过程模型对最佳氧枪控制枪位高度H

作为本实施例一种可能的实现方式，所述模型建立及训练模块，具体用于：

将历史炉次吹炼时间轴上任意时刻的实际氧枪控制枪位高度H

建立转炉高效吹炼模型，对每个系列数据库中的氧枪控制枪位高度和转炉底吹流量分别进行二元线性回归分析，得到该入炉条件下的吹炼时间轴上任意时刻的最佳氧枪控制枪位高度H

以线性回归得到的枪位高度H

H

F

其中，η

结合加料操作条件下的模拟分析结果，得到对应条件下的最佳加料时机和批次重量相应的控制枪位高度和转炉底吹流量；

将上述该炉次所有相关信息反馈至系列数据库进行自学习和系数的修正。

本发明实施例的技术方案所产生的有益效果如下：

本发明通过对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，结合氧枪枪位、底吹流量效果及加料时机、批量、批次，得到吹炼过程中各个时刻的最佳控制枪位、底吹流量和最佳的加料时机及合理的批量、批次，实现了转炉经济高效吹炼的目的，有效提高了金属收得率、降低了炼钢工序能耗，提高了生产效率，降低了生产成本。

本发明通过建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，结合转炉烟气分析得到在吹炼时间轴上任意时刻对应的最佳氧枪控制枪位高度H

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种转炉高效吹炼的方法流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种转炉高效吹炼的装置的结构示意图；

图3是具体算例1中示出的一种模型推荐氧枪控制枪位高度H

图4是具体算例2中示出的一种模型推荐氧枪控制枪位高度H

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

钢包的保温性能直接影响着冶炼炉出钢温度、铸坯质量、包壁散热、钢包内衬使用寿命、以及生产成本等。因此,研究钢包内钢水在出钢、运输、浇注过程中的温降规律,实现出钢温度准确预测,保持钢水温度条件稳定和实现低温恒温浇注,对提高钢产品质量意义重大,具有明显的经济效益。

如图1所示，本发明实施例提供的一种转炉高效吹炼的方法，包括如下步骤：

建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，获取钢水循环流动的速度矢量图；

根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量；

根据速度矢量图分析最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量条件下钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳加料时机和最佳批次重量；

构建转炉高效吹炼模型，并进行模型训练，获取修正系数；

利用修正系数进行转炉高效吹炼操作。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，获取钢水循环流动的速度矢量图，包括：

建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟；

在吹炼的前期、中期及后期的各个时刻点进行各种氧枪控制枪位高度、底吹流量条件下的钢水流动情况进行模拟，所述各个时刻点的间隔时间为1min；

将氧枪控制枪位高度H

作为本实施例一种可能的实现方式，所述氧枪枪位的高度按照每50mm为一个间隔点，即氧枪控制枪位高度H

所述底吹流量按照每50m

作为本实施例一种可能的实现方式，所述根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量，包括：

根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，并结合转炉烟气分析得到的对应时刻烟气中的CO、CO

作为本实施例一种可能的实现方式，所述根据速度矢量图分析最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量条件下钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳加料时机和最佳批次重量，包括：

利用转炉熔池吹炼处理过程模型对最佳氧枪控制枪位高度H

作为本实施例一种可能的实现方式，所述构建转炉高效吹炼模型，并进行模型训练，获取修正系数，包括：

将历史炉次吹炼时间轴上任意时刻的实际氧枪控制枪位高度H

建立转炉高效吹炼模型，对每个系列数据库中的氧枪控制枪位高度和转炉底吹流量分别进行二元线性回归分析，得到该入炉条件下的吹炼时间轴上任意时刻的最佳氧枪控制枪位高度H

以线性回归得到的枪位高度H

H

F

其中，η

结合加料操作条件下的模拟分析结果，得到对应条件下的最佳加料时机和批次重量相应的控制枪位高度和转炉底吹流量；

将上述该炉次所有相关信息反馈至系列数据库进行自学习和系数的修正。

第二方面，本发明实施例提供的一种转炉高效吹炼的装置，包括：

吹炼模拟模块，用于建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，获取钢水循环流动的速度矢量图；

最佳转炉底吹数据获取模块，用于根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量；

最佳加料数据获取模块，用于根据速度矢量图分析最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量条件下钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳加料时机和最佳批次重量；

模型建立及训练模块，用于构建转炉高效吹炼模型，并进行模型训练，获取修正系数；

转炉高效吹炼操作模块，用于利用修正系数进行转炉高效吹炼操作。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述吹炼模拟模块，具体用于：

建立转炉熔池吹炼处理过程模型，对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟；

在吹炼的前期、中期及后期的各个时刻点进行各种氧枪控制枪位高度、底吹流量条件下的钢水流动情况进行模拟，所述各个时刻点的间隔时间为1min；

将氧枪控制枪位高度H

作为本实施例一种可能的实现方式，所述氧枪枪位的高度按照每50mm为一个间隔点，即氧枪控制枪位高度H

所述底吹流量按照每50m

作为本实施例一种可能的实现方式，所述最佳转炉底吹数据获取模块，具体用于:根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，获取最佳氧枪控制枪位高度和最佳转炉底吹流量，包括：

根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，并结合转炉烟气分析得到的对应时刻烟气中的CO、CO

作为本实施例一种可能的实现方式，所述最佳加料数据获取模块，具体用于：

利用转炉熔池吹炼处理过程模型对最佳氧枪控制枪位高度H

作为本实施例一种可能的实现方式，所述模型建立及训练模块，具体用于：

将历史炉次吹炼时间轴上任意时刻的实际氧枪控制枪位高度H

建立转炉高效吹炼模型，对每个系列数据库中的氧枪控制枪位高度和转炉底吹流量分别进行二元线性回归分析，得到该入炉条件下的吹炼时间轴上任意时刻的最佳氧枪控制枪位高度H

以线性回归得到的枪位高度H

H

F

其中，η

结合加料操作条件下的模拟分析结果，得到对应条件下的最佳加料时机和批次重量相应的控制枪位高度和转炉底吹流量；

将上述该炉次所有相关信息反馈至系列数据库进行自学习和系数的修正。

本发明通过对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，结合氧枪枪位、底吹流量效果及加料时机、批量、批次，得到吹炼过程中各个时刻的最佳控制枪位、底吹流量和最佳的加料时机及合理的批量、批次，实现了转炉经济高效吹炼的目的，有效提高了金属收得率、降低了炼钢工序能耗，提高了生产效率，降低了生产成本。

在实际操作运行过程中，根据模型计算推荐结果，通过不断优化转炉氧枪枪位距离金属-钢渣液面的高度，结合合理的转炉底吹及加料操作，实现吹炼过程的化渣良好、碳氧反应平稳、金属收得率高、氧气消耗低、辅料利用系数高、吹炼周期短、低成本经济高效吹炼的目的。

具体算例1：

炉次1：入炉铁水温度1372℃，铁水成分C:4.32％；Si:0.3％；Mn:0.31％；P:0.086；S:0.030％；废钢+铁水加入量(173+58)t；主要造渣料及合金加入量：石灰23kg/t、白云石7.0kg/t，矿石6.1kg/t；模型推荐氧枪控制枪位高度H

具体算例2：

炉次2：入炉铁水温度1416℃，铁水成分C:4.39％；Si:0.51％；Mn:0.39％；P:0.076；S:0.026％；废钢+铁水加入量(175+56)t；主要造渣料及合金加入量：石灰22.5kg/t、白云石6.7kg/t，矿石7.3kg/t；模型推荐氧枪控制枪位高度H

本发明通过使用solid works软件建立转炉熔池吹炼处理过程模型，使用Fluent有限元模拟分析软件对吹炼过程中熔池内钢水循环流动速度及运行轨迹进行模拟，根据速度矢量图分析钢水在转炉熔池中的流场合理性及运行轨迹，结合转炉烟气分析得到在吹炼时间轴上任意时刻对应的最佳氧枪控制枪位高度H

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。