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采用副槍在線控制轉爐爐渣
發表時間:[2007-09-27]  作者:  編輯錄入:admin  點擊數:7221
 
1 前言
  歐洲和南非最近新開發的轉爐副槍傳感器能夠同步讀取鋼水及爐渣的溫度與氧活度、鋼水液位和渣層厚度。該副槍傳感器與專家模型結合使用可精確地預測吹煉終點鋼水的碳含量,判斷是否直接出鋼。該系統可直接測定鋼水中磷含量,并可估算轉爐裝入量,平均每天至少增加一個煉鋼爐次,實現在線控制爐渣,改善吹煉操作,延長爐襯壽命。
2 副槍系統的優點
  采用副槍系統有利于提高終點命中率,吹煉終點無需補吹。目前,全世界約有175座轉爐安裝了副槍系統。現代化轉爐副槍都配有靜態和動態控制模型(SDM) , 副槍與SDM結合使用可縮短冶煉周期,在提高生產率的同時,降低耐火材料消耗。達涅利克魯斯報道了他們向巴西一家合資鋼廠提供的新副槍系統的使用情況,安裝新副槍系統后,轉爐冶煉周期縮短了17%,產量提高了25% ,爐襯壽命明顯延長(延長了41%)。
  與質譜儀分析轉爐廢氣不同,在氧氣停吹之前,副槍系統進行大約2min的調溫和繼續化學反應。在無需補吹的情況下,副槍和SDM聯用明顯提高終點碳溫雙命中率。
3 典型的副槍操作方法
  典型的副槍操作方法是在轉爐煉鋼過程中,每爐進行兩次副槍檢測:第一次安排在吹煉過程中,通常在吹氧結束前2min采用測溫-取樣-定碳探頭進行檢測,可根據檢測結果修正吹煉模型,以實現終點碳溫雙命中;第二次副槍測量安排在吹煉終點,通常采用TSO(測溫、取樣、定氧)探頭檢測熔池溫度和鋼水氧活度,并為實驗室檢測鋼水成分取樣。測氧在幾秒內完成,根據碳-氧活度關系計算出鋼水的實際碳含量,進而預算出鋼期間脫氧劑(鋁)的用量。結合吹煉過程試樣分析、測溫和定氧/碳結果,決定該爐次是否快速出鋼。圖1(略)所示為轉爐煉鋼脫碳過程。
4 最新發展
  新一代副槍傳感器與新開發的儀器配合使用能夠同時讀出鋼與爐渣的溫度、氧的活度、鋼水液位和渣層厚度,還可以在煉鋼過程中預測碳含量,提高終點控制精度。
4.1 吹煉期間定碳
  鋼水的液相線溫度取決于鋼水的碳含量,因此,吹煉過程中根據鋼水的液相線溫度定碳。但是,其它元素也能降低鋼水的液相線溫度。因此,要根據鋼種選擇相應的液相線公式。
  開發了一種更準確的新型定碳系統。圖2示出了常規吹煉過程計算的碳含量與新型定碳法計算的碳含量對比情況。對比吹煉終點目標可以看出,常規計算的碳含量比新型定碳法計算的結果分散。
 
圖2 新公式計算的碳含量與標準公式的計算結果對比情況
 
4.2 吹煉終點定碳
  根據鋼水定權結果,通過碳-氧活度公式計算碳含量。
  log[C]=2.236-1303/T-logɑo
  式中T-溫度,℃;
  ɑo-氧活度,×10-4%。
  上式是靜態計算公式,而轉爐冶煉是動態過程。新開發的系統能夠按照轉爐實際情況更準確地定碳,且縮小了標準偏差。圖3中新系統的定碳結果可成45°連線,而常規標準公式預測值較高,尤其是高碳鋼冶煉,預測值更高。使用新系統后,提高了快速出鋼的比率。
 
圖3 新系統吹煉終點碳命中率與常規公式計算結果的比較
 
4.3 測定熔池液位
  TSO探頭可測定熔池液位。探頭從熔池向外提升穿過鋼-渣界面時,氧含量的信號將發生一次跳躍、溫度信號發生一次改變,這兩個結果都能判定鋼水熔池的深度。新系統中增加了測量渣層中氧的信號。目前測定鋼水熔池深度的方法有多種,利用不同算法得出一組對應的結果,計算出鋼水熔池深度(精確到0.01m)。
  采用該系統后,檢測更準確,操作更順行,可使現有鋼廠增加效益。圖4(略)為國外一座轉爐的實驗數據。
4.4 測量爐渣
  新軟件配上改進的副槍探頭能夠測量爐渣的氧含量,探測出渣層的厚度。圖5是采用TSO法測量的二條曲線。溫度曲線有兩處平穩段,第一段是鋼水溫度,第二段是爐渣溫度;第三條曲線是(EMF鋼)氧含量的軌跡;第三條曲線可用來測定渣中氧活度和渣層厚度。由圖5可以看出,渣的EMF曲線在與鋼的EMF曲線相同位置處有明顯的跳躍,然而,前者并不像后者那樣產生噪音,而是在跳躍之后,再次出現一處平穩段,由此可確定渣中的氧活度。
 
圖5 TSO法檢測的鋼水溫度、氧含量和爐渣的氧含量
 
  當傳感器通過爐渣-氣體界面時,渣的EMF曲線再次出現明顯的跳躍,根據這次跳躍的時間和副槍的行進速度,可計算出渣層的厚度。
  圖6(略)是南非一家轉爐鋼廠的測量結果。用渣-氣的界面高度減去鋼-渣的界面高度(鋼水熔池液位)可計算出渣層的厚度。有時算出的渣層厚度達2m,這說明測量時轉爐內含有泡沫渣。
  將獲得的渣層厚度、爐渣溫度和爐渣氧含量數據綜合考慮,以修正氧槍高度,減少爐襯耐火材料的侵蝕。
5 測量儀器
  爐渣測量儀器可實現新開發的全部特定功能,多功能實驗裝置配備了多功能槍,多功能槍可與DIRCV系統配套使用,兩者均具有4個通道,采用最新技術,可進行通訊聯絡。測量儀器的裝配如圖7所示。 
 
 
  為了改進功能,儀器需要與鋼廠二級計算機系統雙路通訊,應用時必須將樣品分析結果和副槍檢測位置輸入到多功能實驗裝置中。
6 展望
  根據測得的爐渣氧含量可計算出爐渣磷含量,利用副槍預測磷的技術正在研究中。該系統能判斷是否出鋼,設定如下:磷含量低于目標值時,綠燈亮;磷含量高于目標值時,紅燈亮;測量結果與實際情況矛盾,并且精度不夠時,黃燈亮,這種情況下,鋼廠應該更換工藝模型。
7 結論
  新開發的轉爐副槍傳感器能夠同步讀取鋼水及爐渣的溫度與氧活度、熔池液位和渣層厚度。該系統能提高吹煉過程定碳的準確性和吹煉終點碳的命中率,準確測量鋼水熔池深度。副槍檢測鋼水磷含量的技術正在研究中。
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