一种基于预测的IF钢精炼结束全氧控制方法

摘要

本发明属于精炼技术领域，具体的说是一种基于预测的IF钢精炼结束全氧控制方法。本发明通过考量转炉终点氧、转炉终点温度、RH脱碳结束氧、RH铝耗、RH吹氧量等因素对全氧质量分数的影响，并根据参数数值确定各个参数对RH出站全氧的影响关系模型和RH出站全氧预测模型。本发明可实现IF钢精炼结束后的全氧质量分数的稳定控制，同时结合影响因素和全氧含量的关系式实现钢液全氧含量的预测，基于全氧预测采用不同的方法在线优化后续工艺，达到降低RH出站钢水全氧含量的目的。

说明书

技术领域

本发明属于精炼技术领域，具体的说是一种基于预测的IF钢精炼结束全氧控制方法。

背景技术

全氧(T.O)是评价钢液洁净度简单有效的方法，在实际生产中被广泛应用。钢中全氧一般由自由氧与以夹杂物形式存在的结合氧组成。如果铸坯游离氧过高，易使铸坯产生气泡，造成质量缺陷。铸坯氧化物夹杂具有不易变形的特点，在循环应力的作用下，氧化物夹杂的边缘不易产生变形，容易出现应力集中而产生裂纹缺陷。当铸坯中氧化物夹杂含量过高时，主要对钢的疲劳强度、塑性、冲击韧性等性能存在较大影响。相同脱氧方式下，钢液中自由氧含量差别不大，全氧的差异主要体现在以夹杂物形式存在的结合氧部分，全氧可以间接反应钢中非金属夹杂物的含量水平，对于IF钢的生产全氧与的夹杂物水平、产品的表面质量直接相关。影响全氧的因素很多，受转炉终点条件、RH处理的过程参数等因素影响。正确解析各个影响因素与全氧之间的对应关系有助于更稳定的控制和降低钢中夹杂物水平，提高钢液洁净度，改善连铸浇注性。

对于IF钢，由于炼钢工艺本身是一个过程控制环节，缺乏快速、准确的检测手段来评价钢液的洁净度，因此，如何能够高效快速的知道钢水的全氧值就显得尤为重要，通过快速的全氧预测可以快速判断钢液的纯净度，实现快速响应、分级使用，满足客户的个性化需求。

中国专利(申请公布号：CN108998630A)公布了“一种IF钢夹杂物全流程协同控制方法”，其发明内容为转炉冶炼、RH工序及连铸过程中对钢液氧含量的控制。采用该方法冶炼IF钢时，可以达到各个工序的协同控制，以有效避免因个别工序出现问题时铸坯中夹杂物含量超标的情况。

在所述转炉冶炼过程中，若发现转炉结束后，钢液中氧含量高于800ppm，则RH工序采用以下方法：1)强顶渣改质工艺，当转炉终点氧位超出控制范围时，在出钢过程加入脱氧剂对钢包渣进行强脱氧，控制顶渣中T.Fe含量低于6％；2)RH工序采用碳粉脱氧，RH精炼前期加入碳粉脱氧；3)将RH工序纯循环的时间延长2-4分钟；在RH精炼结束后若发现钢液中T.O含量超过40ppm，则采用以下方法：1)RH出站时对钢包渣进行二次改质，RH出站时将钢包顶渣中T.Fe含量控制在10％以内；2)将钢液镇静时间延长5-10分钟，并且保证总镇静时间不小于35分钟。但是该发明存在的问题是：该方法主要用于防止个别工序出现问题时铸坯中夹杂物含量超标的情况，该方法局限性较大，“在RH精炼结束后全氧”这个值很难获得，需要等分析结果10min左右，然后采取措施，这一方法影响影响生产效率。

中国专利(申请公布号：CN102321780A)公布了“一种降低刀剪材料全氧及夹杂物含量的方法”，其发明公开了一种降低刀剪材料全氧及夹杂物含量的方法，包括感应炉冶炼、LF精炼、水平连铸等步骤，在感应炉冶炼出钢前，在钢包底部放置铝块和镁颗粒，待整个感应炉内的钢水流出1/3时，立即向该钢水中缓慢加入镁颗粒进行脱氧反应；或在感应炉出钢过程，缓慢向钢水加入铝镁合金进行脱氧反应。由于该发明采用铝、镁作为强氧化剂，使得其在反应过程中既能形成脱氧产物，又可以相互结合生成复合的脱氧产物，因此该发明能显著的降低各自单独铝脱氧的Al

发明内容

1.要解决的问题

本发明旨在提供一种基于预测的IF钢精炼结束全氧控制方法，通过考量转炉终点氧、转炉终点温度、RH脱碳结束氧、RH铝耗、RH吹氧量等因素对全氧质量分数的影响，实现IF钢精炼结束后的全氧质量分数的稳定控制，通过回归的方法得出全氧和上述影响因素的关系式，同时结合影响因素和全氧含量的关系式实现钢液全氧含量的预测，基于全氧预测采用不同的方法在线优化后续工艺，达到降低RH出站钢水全氧含量的目的。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

RH生产IF(超低碳)钢时，对钢水的质量有严格的要求，其中全氧是反应钢水洁净度的一个重要指标。本发明提供一种基于预测的IF钢精炼结束全氧控制方法，方法包括以下步骤：

A：确定转炉终点氧、转炉终点温度、钢包顶渣钙铝比、RH脱碳结束氧、RH加铝量以及RH升温吹氧量的参数数值；

B：根据参数数值确定各个参数对RH出站全氧的影响关系模型，同时结合大数据以及回归分析的方法，得到各个参数对RH出站全氧的影响系数；

C：通过大数据分析，得到RH出站全氧预测模型，并根据所述影响关系模型和RH出站全氧预测模型控制RH出站钢水全氧。

进一步地，通过梳理影响精炼结束全氧的各种因素，并总结出各个因素和精炼结束全氧的数学关系，得到RH出站全氧预测模型，实现对精炼结束全氧的动态控制。RH出站全氧预测模型为：

T.O＝20+K1(T.O

+K4(T.O

其中，

T.O为RH出站钢水全氧，ppm；

T.O

T.O

T.O

T.O

T.O

T.O

K1为不同转炉终点氧对RH出站全氧的影响系数，K1＝1.8-2.2；

K2为不同转炉终点温度对RH出站全氧的影响系数，K2＝1.8-2.2；

K3为不同钙铝比对RH出站全氧的影响系数，K3＝1.8-2.2；

K4为不同RH脱碳结束氧对RH出站全氧的影响系数，K4＝1.8-2.2；

K5为不同的RH铝耗对RH出站全氧的影响系数，K5＝0.8-1.2；

K6为不同的RH吹氧量对RH出站全氧的影响系数，K6＝0.8-1.2。

优选地，各参数对RH出站全氧的影响关系模型为：

T.O

T.O

T.O

T.O

T.O

T.O

其中，

[O]

T为转炉终点温度，℃；

C/A为钢包顶渣钙铝比；

[O]

Al

O

优选地，当前炉次的未产生参数用历史平均值来代替；未产生参数包括钢包顶渣钙铝比、RH升温吹氧量、RH脱碳结束氧、RH加铝量中的至少一种。进一步说明，随着生产过程的进行，各个影响参数在不同工序依次出现，顺序为转炉终点氧、转炉终点温度→钢包顶渣钙铝比→RH吹氧量→RH脱碳结束氧→RH铝耗，在计算过程中当只出现转炉终点氧、转炉终点温度时，其他参数用历史平均值来替代。值得说明的是，本发明中的历史平均值指该炉次之前的100炉IF的该参数的平均值。

优选地，当T.O

其中，

M

W

[O]

加铝后，RH出站全氧预测模型中的转炉终点氧[O]

优选地，当T.O

M

其中，

M

W

T为转炉终点温度，℃；

加废钢后，RH出站全氧预测模型中的转炉终点温度T按照T＝1680℃进行计算。值得说明的是，当T.O

优选地，当T.O

M

其中：

M

C/A为钢包顶渣钙铝比；

CaO％为钢包顶渣中CaO的百分含量，％；

加入石灰粉后，RH出站全氧预测模型中的钢包顶渣钙铝比C/A按C/A＝1.3进行计算；当T.O

优选地，当T.O

其中，

M

W

[O]

加铝粒后，RH出站全氧预测模型中的RH脱碳结束氧[O]

当T.O

其中，

V

W

[O]

优选地，RH出站全氧预测值T.O的控制策略如下：

当RH出站全氧预测值满足22≤T.O＜25时，对铝粒加入量进行调整，铝粒加入量减小值△Al的计算公式为：

其中，

△Al为铝粒加入量减小值，kg；

[Als％]

[Als％]

当RH出站全氧预测值满足25≤T.O＜27时，对铝粒加入量和吹氧量进行调整，铝粒加入量减小值△Al的计算公式为：

吹氧量减小值△O的计算公式为：

其中，

△Al为铝粒加入量减小值，kg；

△O为吹氧量减小值，m

[T]

[T]

优选地，当RH出站全氧预测值T.O≥27时，通过控制循环时间降低全氧预测值，控制方法为：

t

t

其中：

t

t

t

进一步说明本发明的RH出站全氧预测值T.O控制策略，当T.O≥27时，需要同时进行上述T.O≥27、25≤T.O＜27、22≤T.O＜25的相应控制流程；当25≤T.O＜27时，需要同时进行上述25≤T.O＜27、22≤T.O＜25的相应控制流程；当22≤T.O＜25时，仅仅需要进行上述22≤T.O＜25的相应控制流程。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明通过对影响IF钢全氧的关键因素进行总结，回归不同因素和RH出站全氧的相关系数；最后获得不同情况下钢液全氧含量的预测结果，具有方法简单、预测方便准确的特点。本发明提供的降低转炉-RH精炼-连铸工艺路径钢种全氧含量的炼钢方法，可使RH出站钢水中的全氧含量≤20ppm的比例达到95％以上，减少因全氧高导致的铸坯降级，可有效提高铸坯质量，具有可观的经济效益。

附图说明

图1为本发明的精炼工艺流程示意图。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例，其中本发明的特征由附图标记标识。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

在本实施例中，以300TRH精炼炉冶炼为例，利用本发明进行精炼结束全氧控制。精炼流程如图1所示，其中，所涉及的钢种类型为DC04，该钢种的RH破空钢水成分要求具体见表1。

表1 DC04钢RH破空钢水成分要求

在本实施例中，钢水量为311吨，要求出站目标温度1584℃，出站温度下限1580℃。在本实施例中，T.O

综上，本炉中，各参数的预测数据为：[O]

原计划的铝粒加入量为330kg，根据酸溶铝目标值和下限值对铝粒加入量进行调整。计算可得对应铝粒减少值ΔAl为39kg；根据出站温度目标值和下限值对吹氧量进行调整，计算可得对应吹氧量减少量ΔO＝20m

通过上述措施精炼出站后，取全氧样检查钢水中氧含量，T.O＝0.0019％。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：本实施例所涉及的钢种类型为DC05，DC05钢RH破空钢水成分要求具体见表2。

表2 DC05钢RH破空钢水成分要求

在本实施例中，钢水量为313吨，要求出站目标温度1586℃，出站温度下限1581℃，。在本实施例中，T.O

综上，本炉中，各参数的预测数据为：[O]

原计划的铝粒加入量为335kg，根据酸溶铝目标值和下限值对铝粒加入量进行调整，计算可得对应铝粒减少值ΔAl为40kg；根据出站温度目标值和下限值对吹氧量进行调整，计算可得对应吹氧量减少量ΔO＝20m

通过上述措施精炼出站后，取全氧样检查钢水中氧含量，T.O＝0.0017％。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。质量、浓度、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20和50-10。