一种喷吹co2冶炼不锈钢过程的动态控制方法
阅读说明：本技术 一种喷吹co2冶炼不锈钢过程的动态控制方法 (Blowing CO2Dynamic control method for stainless steel smelting process ) 是由 魏光升 周赟 朱荣 董凯 陈培敦 赵刚 任鑫 李伟峰 王春阳 陈一帆 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种喷吹CO-2冶炼不锈钢过程的动态控制方法,属于不锈钢冶炼技术领域。在不锈钢冶炼过程的氧化期根据熔池成分和温度动态调控CO-2喷吹流量,调控熔池碳-铬反应平衡。当熔池碳含量ω[C]≥1.5％时,根据脱碳需求混入一定量的CO-2,提升熔池搅拌性能并且强化熔池脱碳反应进行；当0.5％≤ω[C]＜1.5％时,根据熔池温度和成分调整供氧量和CO-2喷吹流量,持续脱碳的同时利用CO-2的吸热效应对炉内进行控温,降低炉衬耐材的高温熔损；当ω[C]＜0.5％时,根据钢液目标成分,计算出供氧量和CO-2喷吹流量,控制熔池整体氧化性,并通过混合喷吹N-2/Ar降低炉内CO分压,减少铬的氧化烧损。(The invention provides a method for blowing CO 2 A dynamic control method for a stainless steel smelting process belongs to the technical field of stainless steel smelting. Dynamically regulating and controlling CO according to components and temperature of a molten pool in an oxidation period of a stainless steel smelting process 2 Blowing flow and regulating and controlling the carbon-chromium reaction balance of the molten pool. When the carbon content in the molten pool is omega C]When the carbon content is more than or equal to 1.5 percent, a certain amount of CO is mixed according to the decarburization requirement 2 The stirring performance of the molten pool is improved and the decarburization reaction of the molten pool is enhanced; when the content of omega [ C is less than or equal to 0.5%]If less than 1.5%, adjusting oxygen supply and CO according to temperature and composition of molten pool 2 Blowing flow, continuous decarburization and utilization of CO 2 The temperature of the furnace is controlled by the heat absorption effect of the heat exchanger, so that the high-temperature melting loss of the refractory material of the furnace lining is reduced; when omega [ C ]]When the content is less than 0.5%, calculating oxygen supply and CO according to the target components of the molten steel 2 Blowing flow rate, controlling the whole oxidability of molten pool, and blowing N by mixing 2 Ar reduces CO partial pressure in furnace and oxygen of chromiumBurning loss.)
技术领域
本发明主要属于不锈钢冶炼技术领域，具体涉及一种喷吹CO2冶炼不锈钢过程的动态控制方法。
背景技术
近年来，随着不锈钢市场需求日益增加，国内每年不锈钢的产量也大幅上升。不锈钢生产的重要理论基础是“脱碳保铬”，即需要将铁水中的碳降到很低的水平，同时还要保证钢液中铬不被氧化进入渣中。因此，不锈钢冶炼炉和普通钢种冶炼炉相比，其供氧强度低，搅拌强度不足，冶炼周期长，炉内温度高，导致冶炼过程中熔池脱碳速率低，炉衬耐材在高温下熔损严重，炉龄普遍不高。
大量研究表明，在炼钢反应条件下，CO2作为一种弱氧化性气体，具有一定的脱碳能力，且CO2与钢液中的C、Fe元素反应属于吸热反应，同时生成产物CO为气体，相对于氧气来说，CO2参与炼钢过程既能有效控制熔池温度，也能加强熔池搅拌，改善熔池反应动力学条件，提高冶炼效率。因此在不锈钢冶炼过程中通过动态调控CO2喷吹量，可以实现高效脱碳、缩短冶炼周期和延长炉龄的效果。同时CO2大量排放是产生温室效应的主要原因，因此开发CO2利用新技术，消纳CO2、降低CO2排放具有重要意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种喷吹CO2冶炼不锈钢过程的动态控制方法，根据熔池碳含量将冶炼过程的氧化期分为快速脱碳期、控温期和深脱碳期供3个阶段，在所述3个阶段动态调节CO2喷吹流量，调控熔池碳-铬反应平衡；在快速脱碳期，主要通过吹氧脱碳，同时根据脱碳需求混入一定量的CO2，提升熔池搅拌性能并且强化熔池脱碳反应进行；在控温期，此阶段熔池温度较高，根据熔池温度和成分调整供氧量和CO2喷吹流量，持续脱碳的同时利用CO2的吸热效应对炉内进行控温，降低炉衬耐材的高温熔损；在深脱碳期，根据钢液目标成分，计算出供氧量和CO2喷吹流量，控制熔池整体氧化性，并通过混合喷吹N2/Ar降低炉内CO分压，减少铬的氧化烧损。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种喷吹CO2冶炼不锈钢过程的动态控制方法，其特征在于，根据熔池碳含量ω[C]将冶炼过程的氧化期分为快速脱碳期、控温期和深脱碳期共3个阶段，所述快速脱碳期熔池碳含量为ω[C]＞1.5％，所述控温期熔池碳含量为0.5％＜ω[C]≤1.5％，所述深脱碳阶段熔池碳含量为ω[C]≤0.5％，在所述3个阶段动态调节CO2喷吹流量，调控熔池碳-铬反应平衡，具体控制方法如下：
在快速脱碳期，先根据入炉金属液成分、入炉金属液量W0、目标成分、目标出钢量Wg、合金成分计算出合金加入量Wa(式1)，再根据入炉金属液成分、入炉金属液量W0、合金成分、合金加入量Wa计算出该阶段耗氧量Φ1-O2(式2)、氧气流量Q1-O2(式3)和CO2消耗量Φ1-CO2(式4)、CO2流量Q1-CO2(式5)，所述入炉金属液成分包括铁水中碳含量ω[C]0、硅含量ω[Si]0、锰含量ω[Mn]0、磷含量ω[P]0和铬含量ω[Cr]0，所述目标成分包括钢水中碳含量ω[C]g、硅含量ω[Si]g、锰含量ω[Mn]g、磷含量ω[P]g和铬含量ω[Cr]g，所述合金成分包括合金中碳含量ω[C]a、硅含量ω[Si]a、锰含量ω[Mn]a、磷含量ω[P]a和铬含量ω[Cr]a；
Q1-O2＝Φ1-O2/t1 (式3)
Φ1-CO2＝R1-CO2×Φ1-O2 (式4)
Q1-CO2＝Φ1-CO2/t1 (式5)
其中，t1为快速脱碳期设定冶炼时间，R1-CO2为比例系数；
在控温期，根据不喷吹CO2的传统工艺该阶段熔池温度T2-熔池和喷吹CO2后所需控制温度T控温以及该阶段熔池初始碳含量ω[C]2-熔池计算出CO2消耗量Φ2-CO2(式6)、CO2流量Q2-CO2(式7)和耗氧量Φ2-O2(式8)、氧气流量Q2-O2(式9)；
Q2-CO2＝Φ2-CO2/t2 (式7)
Q2-O2＝Φ2-O2/t2 (式9)
其中，CP为钢液的比热容，t2为控温期设定冶炼时间；
在深脱碳期，根据该阶段熔池初始碳含量ω[C]3-熔池和目标成分计算出耗氧量Φ3-O2(式10)、氧气流量Q3-O2(式11)和CO2消耗量Φ3-CO2(式12)、CO2流量Q3-CO2(式13)以及N2/Ar消耗量Φ3-N2/Ar(式14)、N2/Ar流量Q3-N2/Ar(式15)；
Q3-O2＝Φ3-O2/t3 (式11)
Φ3-CO2＝R3-CO2×Φ3-O2 (式12)
Q3-CO2＝Φ3-CO2/t3 (式13)
Φ3-N2/Ar＝R3-N2/Ar×Φ3-O2 (式14)
Q3-N2/Ar＝Φ3-N2/Ar/t3 (式15)
其中，t3为深脱碳期设定冶炼时间，R3-CO2和R3-N2/Ar为比例系数。
进一步地，所述快速脱碳期设定冶炼时间t1取值为15～25min，所述控温期设定冶炼时间t2取值为6～18min，所述深脱碳期设定冶炼时间t3取值为15～30min，所述比例系数R1-CO2取值为0.05～0.2，R3-CO2取值为0.05～0.1，R3-N2/Ar取值为1～3。
进一步地，所述入炉金属液成分、入炉金属液量和合金成分由炼钢控制系统中的原料采集系统获取，耗氧量、氧气流量和CO2消耗量、CO2流量以及N2/Ar消耗量、N2/Ar流量由炼钢控制系统中的数据计算系统计算的得出，熔池温度和熔池碳含量由炼钢控制系统中的测温取样系统实时测取。
进一步地，所述一种喷吹CO2冶炼不锈钢过程的动态控制方法适用的冶炼原料为脱磷铁水或者不锈钢母液，并配入高碳铬铁、低碳铬铁、不锈废钢和铬矿中的任意两种及两种以上的混合物。
进一步地，所述一种喷吹CO2冶炼不锈钢过程的动态控制方法适用的冶炼炉包括AOD炉、VOD炉、KOBM炉、GOR炉以及TSR炉。
本发明的有益技术效果：
本发明在不锈钢冶炼过程中根据熔池成分和温度动态调控CO2喷吹流量，在熔池碳含量较高时提升熔池搅拌性能，加快熔池脱碳，提高冶炼效率。同时在冶炼过程中有效控制炉内温度，减少炉衬耐材的高温熔损，延长炉龄。在熔池碳含量较低时，有效控制熔池氧化性，减少钢液中铬氧化烧损，提高铬金属收得率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
本发明应用于180t AOD炉精炼过程，冶炼产品为304不锈钢。冶炼原料为不锈钢母液和高碳铬铁，快速脱碳期设定冶炼时间t1为15min，控温期设定冶炼时间t2为8min，深脱碳期设定冶炼时间t3为15min，所述比例系数R1-CO2取值为0.1，R3-CO2取值为0.05，R3-N2/Ar取值为2。具体冶炼步骤如下：
(1)由炼钢控制系统中的原料采集系统获取不锈钢母液和高碳铬铁成分如表1和表2所示，不锈钢母液的重量为175t，预设目标成分如表3所示，目标出钢量为180t。
表1不锈钢母液成分
成分
C
Si
Mn
P
Cr
Fe
含量
2.3％
0.20％
0.50％
0.03％
16.2％
79.77％
表2高碳铬铁成分
成分
C
Si
Mn
P
Cr
Fe
含量
8.0％
3.0％
0.10％
0.02％
58.2％
30.68％
表3目标成分
成分
C
Si
Mn
P
Cr
Fe
含量
0.03％
0.45％
1.0％
0.02％
18.1％
80.4％
(2)0～15min，快速脱碳期，由数据计算系统根据(式1)～(式5)计算得出合金加入量为8.1t，该阶段氧气流量178.8Nm3/min，CO2流量为17.9Nm3/min。
(3)15～23min，控温期，由测温取样系统实时测得不喷吹CO2的传统工艺控温期结束温度为1605℃以及该阶段熔池初始碳含量为1.38％，现通过喷吹CO2将控温期结束温度控制在1580℃，根据(式6)～(式9)计算得出该阶段氧气流量197.9Nm3/min，CO2流量为28.4Nm3/min。
(4)23～31min，深脱碳期，由测温取样系统实时测得该阶段熔池初始碳含量为0.43％，根据(式10)～(式15)计算得出该阶段氧气流量49.2Nm3/min，CO2流量为2.5Nm3/min，N2流量为98.3Nm3/min。
(5)31min之后进入还原期，加入脱氧合金，喷吹纯Ar进行还原冶炼。
实施例2
本发明应用于70t TSR冶炼不锈钢过程，冶炼产品为410不锈钢。冶炼原料为脱磷铁水和高碳铬铁，快速脱碳期设定冶炼时间t1为20min，控温期设定冶炼时间t2为10min，深脱碳期设定冶炼时间t3为22min，所述比例系数R1-CO2取值为0.1，R3-CO2取值为0.06，R3-N2/Ar取值为2。具体冶炼步骤如下：
(1)由炼钢控制系统中的原料采集系统获取脱磷铁水和高碳铬铁成分如表1和表2所示，不锈钢母液的重量为66t，预设目标成分如表3所示，目标出钢量为70t。
表1脱磷铁水成分
成分
C
Si
Mn
P
Cr
Fe
含量
3.54％
0.41％
0.29％
0.02％
0％
95.71％
表2高碳铬铁成分
成分
C
Si
Mn
P
Cr
Fe
含量
7.45％
3.52％
0.15％
0.02％
49.53％
39.33％
表3目标成分
成分
C
Si
Mn
P
Cr
Fe
含量
0.02％
0.40％
0.35％
0.02％
13.1％
86.11％
(2)0～20min，快速脱碳期，由数据计算系统根据(式1)～(式5)计算得出合金加入量为20.6t，该阶段氧气流量172.2Nm3/min，CO2流量为17.2Nm3/min。
(3)20～30min，控温期，由测温取样系统实时测得不喷吹CO2的传统工艺控温期结束温度为1605℃以及该阶段熔池初始碳含量为1.38％，现通过喷吹CO2将控温期结束温度控制在1580℃，根据(式6)～(式9)计算得出该阶段氧气流量84.2Nm3/min，CO2流量为10.7Nm3/min。
(4)30～52min，深脱碳期，由测温取样系统实时测得该阶段熔池初始碳含量为0.43％，根据(式10)～(式15)计算得出该阶段氧气流量18.6Nm3/min，CO2流量为1.1Nm3/min，N2流量为37.1Nm3/min。
(5)52min之后进入还原期，加入脱氧合金，喷吹纯Ar进行还原冶炼。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种火电厂蒸汽锅炉炉温智能监控系统