[发明专利]一种转炉炼钢烟气分析定碳方法

说明书

本发明提供一种转炉炼钢烟气分析定碳方法，属于钢铁冶金领域。本方法包括步骤为：首先，依据质量守恒原理，结合转炉冶炼过程中检测设备获取的烟气CO、CO₂百分含量和烟气流量计算出熔池脱碳速率；其次，将熔池混匀度的概念引入到终点碳曲线拟合指数模型；然后，根据冶金熔渣分子理论结合生产钢种特性，获取冶炼终渣成分和冶炼终点钢水温度，计算出冶炼熔池极限碳含量W[C]₀；最终，得到转炉炼钢烟气分析定碳模型。本方法中的模型引入熔池混匀度概念，充分考虑了氧枪枪位、顶吹氧气流量以及底吹气体流量操作工艺参数对转炉熔池脱碳过程的影响；并根据实际冶炼钢种利用熔渣活度计算得出熔池极限碳含量w[C]₀，准确性更高。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，特别是指一种转炉炼钢烟气分析定碳方法。

背景技术

氧气转炉炼钢是目前世界上最主要的炼钢方法，我国转炉产钢量占总产钢量的90％以上，脱碳反应贯穿转炉炼钢过程的始终。转炉吹炼是否到达冶炼终点的一个关键指标就是转炉炼钢熔池钢水碳含量是否满足出钢要求；在这方面，目前各钢厂大中型转炉广泛采用副枪技术来获得冶炼终点的钢水碳含量。然而，采用副枪不能连续获得转炉熔池内如脱碳速率等关键冶炼信息，并且副枪技术运行成本较高。随着计算机和各类检测技术的不断进步，转炉烟气分析技术由于不受转炉炉口尺寸大小限制的优势，能连续监测炉内炼钢反应进程，且对转炉节约成本、缩短冶炼周期以及冶炼终点碳-温预测等具有重要指导意义，因此近年来重新得到人们重视。

目前，大多数转炉烟气分析控制模型采用过程碳积分模型或终点碳曲线拟合模型。由于国内废钢管理过于粗放，废钢原料初始成分没有准确的信息，加上分析检测和称量误差等引起的铁水碳含量的误差，使得基于碳质量守恒的积分模型中初始碳含量的计算误差较大(有时可达±0.50％),而中低碳钢终点碳含量的控制精度要求为±0.02％。因此,只有消除初始碳含量的误差才能达到高精度控制。转炉冶炼终点碳曲线拟合模型重点关注吹炼后期，当前常见的终点碳曲线拟合模型有三次方模型和指数模型，这两种转炉冶炼终点碳曲线拟合模型虽然避开了初始碳含量难以精准确定的问题，但是并未考虑实际吹炼过程氧枪枪位、顶吹氧气流量以及底吹气体流量等操作工艺参数对转炉熔池脱碳速率的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种转炉炼钢烟气分析定碳方法。该方法是在指数定碳模型的基础上引入了熔池混匀度的概念，完善了对冶炼过程熔池脱碳行为的表征，提高了计算的精度。所谓熔池混匀度，是指某一时刻转炉顶吹射流、底吹流股和熔池CO气泡对熔池的搅拌混匀强度，用来表征顶吹射流、底吹流股和熔池CO气泡对熔池脱碳反应的影响。通过水模型实验验证表明：一定范围内，枪位、顶吹气量、底吹气量和熔池CO气泡与熔池搅拌混匀强度成线性关系。该方法充分考虑了枪位、顶吹流量及底吹流量等操作工艺参数对熔池搅拌的影响，明显提高了在转炉冶炼末期碳含量预测的精确度。避免了基于碳质量守恒的积分模型对初始碳含量难以精准确定的问题，同时又改进了终点碳曲线拟合模型未考虑吹炼过程氧枪枪位、顶吹氧气流量以及底吹气体流量等操作工艺参数对转炉熔池脱碳速率的影响。

该方法包括以下步骤：

S1：依据质量守恒原理，结合转炉冶炼过程中检测设备获取的烟气CO、CO₂百分含量和烟气流量计算出熔池脱碳速率；

S2：将熔池混匀度的概念引入到终点碳曲线拟合指数模型；

S3：根据冶金熔渣分子理论结合生产钢种特性，获取冶炼终渣成分和冶炼终点钢水温度，计算出冶炼熔池极限碳含量W[C]₀；

S4：得到转炉炼钢烟气分析定碳模型，得到转炉冶炼终点碳含量，实现对转炉冶炼终点钢水含碳量的预测。

其中：

S1中熔池脱碳速率是根据转炉冶炼过程碳平衡，结合烟气中CO、CO₂百分含量和烟气流量计算得出，具体公式为：