鄧必榮 肖躍奇 張波 徐歡

(1.湖南華菱漣源鋼鐵公司; 2.武漢科技大學(xué) )

LF爐精煉過程中鋼水溫度變化研究

鄧必榮1肖躍奇1張波2徐歡2

(1.湖南華菱漣源鋼鐵公司; 2.武漢科技大學(xué) )

對(duì) LF精煉過程中影響溫度變化的主要因素 (包括 LF精煉進(jìn)站溫度、通電時(shí)間、軟吹時(shí)間、精煉總處理時(shí)間、石灰加入量及Al加入量)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,并在此基礎(chǔ)上利用多元線性回歸方法建立了鋼水溫度變化模型。將實(shí)際生產(chǎn)過程中相關(guān)數(shù)據(jù)采用模型進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算溫度與實(shí)際溫度誤差在 ±10℃的比例達(dá)到了 86%以上,對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)作用。通過對(duì)模型進(jìn)行分析得知,引起精煉過程中溫度降低的因素依次為精煉時(shí)間、爐料加入量及軟吹時(shí)間。且通過優(yōu)化吹氬制度、縮短精煉時(shí)間可以有效的減少鋼水溫度損失。

鋼水溫度 多元線性回歸 LF

0 前言

鋼水加熱調(diào)溫是煉鋼與連鑄之間的重要任務(wù),其中LF是一種比較常用的對(duì)鋼水溫度進(jìn)行微調(diào)的手段,它在精煉過程中對(duì)溫度控制和成分的調(diào)整將直接影響連鑄坯的質(zhì)量和生產(chǎn)的順行[1-3]。因此,建立 LF精煉鋼水溫度變化模型實(shí)現(xiàn)對(duì) LF精煉終點(diǎn)溫度的精確控制有重要意義。

漣鋼 210 t轉(zhuǎn)爐廠于 2009年 9月初投產(chǎn),從投產(chǎn)至今對(duì)該廠 LF精煉爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,統(tǒng)計(jì)影響LF精煉過程中鋼水溫度的主要因素及變化范圍;通過多元線性回歸對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,分析 LF處理過程中溫度變化規(guī)律,為全流程溫度控制提供參照依據(jù)。

1 LF精煉過程中鋼水溫度影響因素確定

漣鋼 210 t轉(zhuǎn)爐廠 LF鋼包爐鋼水精煉處理過程中,轉(zhuǎn)爐出鋼后至 LF鋼包爐開始精煉處理需要一定的等待時(shí)間,LF鋼包爐開始精煉后需要通電對(duì)鋼水進(jìn)行加熱,吹入氬氣進(jìn)行攪拌,加入合金調(diào)整成分。根據(jù)溫度因素優(yōu)選原則及參考文獻(xiàn)[2-4]分析,在精煉處理過程中影響鋼水溫降的主要因素有:精煉前鋼水溫度、精煉處理時(shí)間、精煉過程通電時(shí)間、精煉合金輔料用量、軟吹時(shí)間及總出鋼量。

2 工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

在這大約 4個(gè)月內(nèi)記錄的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中選取 LF精煉爐生產(chǎn)數(shù)據(jù) 200余爐,剔除不合理數(shù)據(jù)和小概率數(shù)據(jù)后,對(duì)這些工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)全面的分析,統(tǒng)計(jì)其波動(dòng)范圍,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下。

2.1 精煉前鋼水溫度

本模型將鋼水進(jìn)站測(cè)溫視為 LF精煉前鋼水溫度,對(duì)精煉前鋼水溫度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖 1所示。由圖 1可以看出,精煉前鋼水溫度值主要集中分布在 1580℃～1620℃之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的 72%。210 t轉(zhuǎn)爐廠在剛投產(chǎn)的幾個(gè)月內(nèi),生產(chǎn)基本上以普碳鋼 (主要為 Q235、Q235B、SS400等)為主,鋼種單一,出鋼溫度要求比較集中,但是由于設(shè)備處于磨合期,轉(zhuǎn)爐出鋼溫度存在一些波動(dòng)。

圖1 LF處理前溫度頻率分布

2.2 精煉總處理時(shí)間

對(duì)精煉總處理時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖 2所示。

圖2 LF總處理時(shí)間頻率分布

由圖 2可以看出,精煉總處理時(shí)間主要集中分布在 35 min～45 min之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的60%。精煉總處理時(shí)間主要與生產(chǎn)設(shè)備情況和現(xiàn)場調(diào)度有關(guān)。LF精煉總時(shí)間設(shè)計(jì)值為 36 min,但是投產(chǎn)初期各個(gè)工序之間銜接不是太緊密,LF處理時(shí)間波動(dòng)較大。

由于轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束時(shí),鋼包包襯溫度相對(duì)鋼水來說比較低,會(huì)持續(xù)的吸收熱量,并且在 LF精煉過程中鋼包會(huì)對(duì)外持續(xù)的輻射散熱,因此隨著精煉總時(shí)間的增加,鋼水溫降也會(huì)增加,應(yīng)該盡量將總處理時(shí)間控制在設(shè)計(jì)值左右。

2.3 通電時(shí)間

對(duì)電極處理時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其結(jié)果如圖 3所示。由圖 3可看出,通電時(shí)間主要集中分布在 6 min～15 min之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的 67.5%。通電時(shí)間長短主要與處理前鋼水溫度、鋼水成分、及鋼種要求有關(guān),現(xiàn)場控制上靈活性比較大,波動(dòng)范圍也較大。

圖3 總通電時(shí)間頻率分布

2.4 石灰加入量

對(duì)石灰加入量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。由圖 4可以看出,石灰加入量值主要集中分布在 600 kg～1200 kg之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的 60.1%。石灰加入量主要與鋼水 [S]、[P]含量及渣的粘度等因素相關(guān),由于試生產(chǎn)期間轉(zhuǎn)爐來鋼條件相對(duì)較差,石灰用量較大。

圖4 石灰加入量頻率分布

2.5 Al加入量

對(duì)Al加入量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖 5所示。由圖 5可以看出,Al加入量值主要集中分布在 0～150 kg之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的 65.3%。

圖5 Al加入量頻率分布

2.6 軟吹時(shí)間

對(duì)軟吹時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖 6所示。由圖 6可以看出,軟吹時(shí)間值主要集中分布在 7 min～13 min之間,該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的78%。目前廠里要求軟吹時(shí)間控制在 10 min左右。

圖6 結(jié)束后軟吹時(shí)間頻率分布

2.7 出鋼量

對(duì)轉(zhuǎn)爐出鋼量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如圖 7所示。由圖 7可以看出,轉(zhuǎn)爐出鋼量主要集中分布在180 t～200 t之間 (因?yàn)樘幱谠嚿a(chǎn)階段,出鋼量較小),該范圍內(nèi)爐次占總數(shù)的 75.6%。

圖7 轉(zhuǎn)爐出鋼量頻率分布

3 模型假設(shè)

1)轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束時(shí),鋼包包襯溫度相對(duì)鋼水來說比較低,會(huì)持續(xù)的吸收熱量而導(dǎo)致鋼水溫度下降[4]。特別是新鋼包投入運(yùn)轉(zhuǎn)的前幾個(gè)循環(huán),對(duì)鋼水溫度的影響更大。模型中只考慮正常周轉(zhuǎn)過程中的鋼包對(duì) LF處理過程溫度變化情況,而不同鋼包狀況對(duì)鋼水溫度的影響則另外進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。

2)漣鋼 210 t轉(zhuǎn)爐廠標(biāo)準(zhǔn)出鋼量 210 t,由于現(xiàn)場操作實(shí)際情況,出鋼量有波動(dòng),其波動(dòng)范圍為 180 t～200 t,且分布比較集中,波動(dòng)量較小,因此 LF精煉過程鋼水量按 195 t統(tǒng)一考慮。

3)由于到目前為止 210 t轉(zhuǎn)爐廠通電功率只采用了一個(gè)檔位 (449 V,44.73 kA),如使用其他檔位則需要重新進(jìn)行計(jì)算。

4)氬氣在室溫狀態(tài)下從精煉爐底部通過透氣塞吹入鋼液,吹入的氬氣要從鋼液中吸收熱量。當(dāng)氬氣從鋼液逸出時(shí),將把這部分熱量帶走,再者,吹氬引起鋼液面強(qiáng)烈攪動(dòng),增加了液面的熱輻射。但是,由于氬氣流量在過程中一直是個(gè)變化量,數(shù)據(jù)記錄比較困難。另外,根據(jù)文獻(xiàn)[5]研究表明氬氣流量對(duì)溫度變化較小,模型中不考慮因不同氬氣流量攪拌時(shí)對(duì)鋼水溫度影響的差別。

4 鋼水溫度變化模型

根據(jù)上述工藝數(shù)據(jù)分析結(jié)果及模型假設(shè),選擇合理的參數(shù),經(jīng)多元線性回歸得到 LF精煉過程中溫度隨各個(gè)因素變化的公式:

式中:△T——代表 LF精煉過程前后鋼液溫差,℃;

T鋼水——代表 LF鋼水進(jìn)站時(shí)溫度,℃;

T——代表 LF鋼水出站時(shí)溫度,℃;

x1——代表通電時(shí)間,min;

x2——代表 LF精煉處理時(shí)間,min;

x3——代表除 Al外其他加入爐料重量,kg;

x4——代表處理過程加入 Al的重量,kg;

x5——代表軟吹時(shí)間 ,min。

1)通電時(shí)間對(duì)溫降的影響。電弧加熱是 LF熱量的主要來源,由多元回歸方程可知,每通電 1 min能夠提高鋼水溫度約 4.33℃。LF一般通電時(shí)間在6 min～18 min左右,則能由此引起的鋼水升溫為26℃～78℃。

2)精煉處理時(shí)間對(duì)溫降的影響。精煉總處理時(shí)間包括通電、加料等待時(shí)間、測(cè)溫取樣等時(shí)間,由于各個(gè)階段氬氣流量有較大關(guān)系,從理論上講各個(gè)過程中溫降是不同的,前面假設(shè)中對(duì)氬氣流量的影響忽略,此處通過對(duì) LF處理過程中除通電時(shí)間和軟吹時(shí)間外其他時(shí)間的平均溫降進(jìn)行回歸分析。從上式可知,精煉處理時(shí)間每分鐘能引起溫降1.61℃,精煉處理時(shí)間為 20 min～30 min,則該因素引起的溫降約為 32℃～48℃。

3)除 Al外其他爐料加入對(duì)溫降的影響。其他爐料主要包括有石灰、預(yù)熔渣、合金等。因?yàn)槊總€(gè)爐次加入的種類不一樣,分別對(duì)其進(jìn)行分析則會(huì)使回歸過程過于復(fù)雜,而這些輔料對(duì)鋼水溫度的影響比Al要低,所以對(duì)其總重量進(jìn)行回歸分析也是可取的。從上式可知,除 Al外其他爐料的加入每千克能夠引起溫降 0.01℃,則爐料加入而引起的溫降約為6℃～15℃。

4)Al加入量對(duì)溫降的影響。由于 Al脫氧反應(yīng)能夠放出熱量,抵消其熔于鋼水中的熱量后有剩余,Al的加入每公斤能夠使鋼水升溫 0.07℃,整個(gè)精煉過程能使鋼水溫度升溫 0℃～14℃,對(duì)于其他因素來說影響較小。

5)軟吹時(shí)間對(duì)溫降的影響。軟吹能夠引起的溫降為每分鐘 0.96℃,軟吹時(shí)間為 7 min～13 min,則軟吹過程大約引起溫降為 6℃～12℃。

綜上所述,在 LF精煉過程中,通過電弧加熱鋼水溫度升高在 20℃～70℃范圍內(nèi)波動(dòng),而引起精煉過程中溫度降低的因素依次為精煉時(shí)間、爐料加入量及軟吹時(shí)間。且從公式中可以看出精煉時(shí)溫降速率比軟吹時(shí)的高得多,這主要是與鋼包爐低氬氣流量有關(guān),因此通過細(xì)化吹氬制度、縮短精煉時(shí)間可以有效的減少鋼水溫度損失。

5 模型驗(yàn)證及誤差分析

為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性,隨機(jī)抽取 22爐實(shí)際生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)采用模型進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 (見表 1)。據(jù)統(tǒng)計(jì),計(jì)算溫度與實(shí)際溫度誤差在 ±10℃的比例達(dá)到了 86%以上,說明該模型對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)作用。誤差的主要來源有以下幾個(gè)方面:

1)爐料加入情況:由于 LF精煉過程中爐料加入種類較多,情況復(fù)雜。但在漣鋼 210 t轉(zhuǎn)爐廠剛投產(chǎn)前期,數(shù)據(jù)量相對(duì)較少,為簡化模型建立過程復(fù)雜性,在模型建立過程中把爐料分為 Al合金和不含 Al的其它爐料兩類進(jìn)行計(jì)算,這樣影響了模型的精度。

表1 LF精煉過程鋼水實(shí)際溫度與計(jì)算溫度對(duì)比

2)鋼包狀態(tài):模型中只考慮正常周轉(zhuǎn)過程中的鋼包對(duì) LF處理過程溫度變化情況,而不同鋼包狀況對(duì)鋼水溫度的影響則需要另外進(jìn)行分析研究。

3)鋼水量:由于現(xiàn)場操作實(shí)際情況,出鋼量有波動(dòng),而模型中 LF精煉過程鋼水量按 195 t統(tǒng)一考慮,此處也會(huì)對(duì)模型精度產(chǎn)生影響。

6 結(jié)論

1)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知,精煉前鋼水溫度為1580℃～1620℃;精煉總處理時(shí)間為 35 min～45 min;通電時(shí)間為 6 min～15 min;石灰加入量為 600 kg～1200 kg;Al加入量為 0～150 kg;軟吹時(shí)間為 7 min～13 min;轉(zhuǎn)爐出鋼量為 180 t～200 t。

2)分析多元回歸公式可知,在 LF精煉過程中,通過電弧加熱鋼水溫度升高在 20℃～70℃范圍內(nèi)波動(dòng),而引起精煉過程中溫度降低的因素依次為精煉時(shí)間、爐料加入量及軟吹時(shí)間。通過細(xì)化吹氬制度、縮短精煉時(shí)間可以有效的減少鋼水溫度損失。

3)將實(shí)際生產(chǎn)過程中相關(guān)數(shù)據(jù)采用模型進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算溫度與實(shí)際溫度誤差在 ±10℃的比例達(dá)到了 86%以上,對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)作用。

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STUDY ON TEM PERATURE VARIATION OFMOLTEN STEEL IN LF

DengBi rong1Xiao Yue qi1ZhangBo2Xu Huan2

(1.Lianyuan Iron and Steel Corporation of Hunan Hualing, 2.Wuhan University of Science and Technology)

Based on statistical analysis of principal element of influencing temperature variation during LF refining process(including inlet temperature of LF,current on t ime,soft blow t ime,refining time Count,amounts of burden,soft blow time).On that basis,a temperature gradientmodelofmolten steel has been achieved bymultiple linear regression.The scale of errors between practical temperature and calculated temperaturewithin ±10℃had achieved 86%above.It is useful forproduction field.A temperature variationmodelwas established.By analyzingmodel,themain factors leading to cooling of hotmetal followed by refining time count,amounts of burden,soft blow time.And according to optimizing argon blowing,shortening refining t ime,it could be effective for reducing temperature loss in molten steel.

temperature of hotmetal multiple regression LF

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聯(lián)系人:鄧必榮,助理工程師,湖南.婁底 (417000),湖南華菱漣源鋼鐵公司 210 t轉(zhuǎn)爐廠;

2010—10—18