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        煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口火焰變化特征與吹煉數(shù)據(jù)的規(guī)律

        2018-02-07 19:46:43楊帆
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年4期

        楊帆

        摘 要:在當(dāng)今的鋼鐵生產(chǎn)中,煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰的動(dòng)態(tài)變化特征成為現(xiàn)如今被重點(diǎn)研究的課題之一,因其和煉鋼過程中的吹煉的數(shù)據(jù)存在很大的關(guān)聯(lián)性,在煉鋼過程的不同吹煉時(shí)段,因煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰不同,吹煉的數(shù)據(jù)也會(huì)產(chǎn)生不同的規(guī)律。本文通過對煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口的火焰動(dòng)態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間存在的相關(guān)規(guī)律進(jìn)行研究,從而對爐口的火焰變化特征進(jìn)行數(shù)據(jù)描述,使得出的相關(guān)規(guī)律可以為煉鋼轉(zhuǎn)爐的鋼鐵生產(chǎn)工作提供有效的幫助。

        關(guān)鍵詞:煉鋼轉(zhuǎn)爐;火焰動(dòng)態(tài)變化;吹煉數(shù)據(jù)

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.071

        1 我國煉鋼工藝現(xiàn)狀

        在我國當(dāng)今的工業(yè)體系當(dāng)中,鋼鐵工業(yè)占到了極其重要的地位,由于各種重工業(yè)都需要鋼鐵,煉鋼工業(yè)的發(fā)展程度也就是我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度。在我國現(xiàn)今的煉鋼工業(yè)中,煉鋼工藝大多采用轉(zhuǎn)爐煉鋼,使用轉(zhuǎn)爐煉鋼的企業(yè)占到了煉鋼企業(yè)中的百分之80左右。

        轉(zhuǎn)爐煉鋼,是一種使用鐵水、廢舊鋼鐵以及鈦合金等金屬為原材料的煉鋼工藝。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中,煉鋼爐并不需要使用外加的能源,主要是用融化的鐵水自身產(chǎn)生的熱量以及融化的鐵水中各種化學(xué)成分之間產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量從而在煉鋼轉(zhuǎn)爐中實(shí)現(xiàn)鋼鐵的提煉。在煉鋼轉(zhuǎn)爐中,煉鋼的耐火材料有兩種,堿性和酸性,煉鋼轉(zhuǎn)爐也因?yàn)槟突鸩牧系牟煌譃閴A性轉(zhuǎn)爐和酸性轉(zhuǎn)爐。由于煉鋼中轉(zhuǎn)爐內(nèi)有氣體吹入,根據(jù)部位的不同分為三種,底吹、頂吹和側(cè)吹。根據(jù)吹入的氣體種類的不同,煉鋼轉(zhuǎn)爐分為氧氣轉(zhuǎn)爐和空氣轉(zhuǎn)爐。其中,使用氧氣吹入,從頂部吹入,且耐火材料為堿性的煉鋼轉(zhuǎn)爐因?yàn)楦黝惣夹g(shù)指標(biāo)較高,生產(chǎn)速度較快,成為當(dāng)今大多數(shù)工廠最先使用的煉鋼爐。

        在煉鋼過程中,碳含量和溫度是兩個(gè)非常重要的指標(biāo),對碳含量和溫度的控制直接決定了煉出來的鋼鐵的質(zhì)量好壞。在轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中,對于碳含量以及對于溫度的控制其實(shí)就是對于煉鋼終止過程的控制。在現(xiàn)如今的煉鋼工藝中,大多數(shù)情況還是通過人工的方式控制其煉鋼終點(diǎn),但這種方法太依靠工人的經(jīng)驗(yàn),如果工人經(jīng)驗(yàn)不足,熟練程度不夠或者存在其他主觀因素,很可能導(dǎo)致煉鋼終點(diǎn)判斷失誤。在另一種靜態(tài)控制方法中,從鋼鐵吹煉的初始狀態(tài)開始進(jìn)行分析,將其中的各種參數(shù)定量計(jì)算,從而對煉鋼終點(diǎn)進(jìn)行明確地判斷。這種方法較為靜態(tài),而轉(zhuǎn)爐煉鋼中的各類參數(shù)是不斷變化當(dāng)中,其中涉及到的各類反應(yīng)非常的復(fù)雜,導(dǎo)致這種方法的精度提不上去。還有一種方法就是動(dòng)態(tài)控制方法,在動(dòng)態(tài)控制方法中,操作人員使用專業(yè)的探頭和相對應(yīng)的檢測工具對煉鋼過程中煉鋼轉(zhuǎn)爐中的鋼水溫度進(jìn)行及時(shí)檢測,并從而判斷其中的含碳量大小,但這種動(dòng)態(tài)控制方法也存在相關(guān)缺陷,例如這種方法雖然屬于動(dòng)態(tài)控制,但其只能做到間斷性地檢測,并非實(shí)時(shí)。而且由于探頭一直是在高溫且腐蝕性較高的環(huán)境中工作,探頭時(shí)常需要進(jìn)行更換,這使得這種方法的操作成本非常高[1]。

        因此,對煉鋼爐爐口火焰動(dòng)態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析,從而提出一種使用火焰邊界的變化特征判斷吹煉重點(diǎn)的鋼鐵提煉方法,對火焰的形變進(jìn)行動(dòng)態(tài)細(xì)致的描述,對其中存在的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析,是極為重要的。

        2 吹煉數(shù)據(jù)和火焰動(dòng)態(tài)變化特征之間的關(guān)系

        2.1 煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口火焰動(dòng)態(tài)變化特征

        在煉鋼轉(zhuǎn)爐的火焰中,火焰的邊界處一直是一種不斷變化的狀態(tài),相關(guān)人員需要對其中的火焰邊緣變化繪成圖像,對其動(dòng)態(tài)的變化特征進(jìn)行描述,在煉鋼爐吹煉過程中,吹煉的不同時(shí)期,火焰的變化幅度也不盡相同。在其吹煉的前期、中期和后期,火焰的變化呈現(xiàn)出的規(guī)律性也不盡相同,對其中顯示出的不同規(guī)律進(jìn)行研究,是非常重要的過程。在分析的過程中,相關(guān)人員需要對火焰的邊界進(jìn)行建模分析,并對其動(dòng)態(tài)形變過程進(jìn)行分析。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在不同時(shí)期,火焰邊界的變化規(guī)律分為以下幾個(gè):

        (1)在吹煉的前期,火焰邊界的變化范圍主要是在爐口處,在其變化過程中,主要是是一種較小幅度的變化,變化的范圍也較小。(2)在吹煉的中期,火焰邊界的穩(wěn)定性極差,在此時(shí),火焰邊界的形狀大多為一種噴射形狀,火焰邊界的變化非常的劇烈,其變化的幅度很大,變化的范圍也較廣。(3)在吹煉的末期,煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐口火焰大多都集中在爐口附近,其形狀基本無變化,比較穩(wěn)定,變化的范圍非常小。

        根據(jù)火焰邊界形變大小分析,吹煉中期的火焰邊界形變最為劇烈,具體排序?yàn)橹衅?前期>末期[2]。

        2.2 火焰動(dòng)態(tài)變化特征和吹煉數(shù)據(jù)之間的關(guān)系

        根據(jù)以上的動(dòng)態(tài)分析實(shí)驗(yàn),可以得出一些結(jié)論:

        (1)在吹煉的前期,由于吹煉過程剛剛開始,吹煉爐爐內(nèi)的溫度還比較低,由于溫度會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的速度,溫度較低,化學(xué)反應(yīng)的速度也較低。因此,在這個(gè)時(shí)期,吹煉爐內(nèi)碳的氧化速度非常低,且比其他的雜質(zhì)氧化速度還低。在吹煉的前期,火焰的邊界只會(huì)在吹煉爐爐口范圍內(nèi)小幅度地進(jìn)行變化,形狀也較為穩(wěn)定,范圍較小。

        (2)在吹煉的中期,由于吹煉的過程已經(jīng)進(jìn)行了較長時(shí)間,吹煉爐爐內(nèi)的溫度一直在上升,到此時(shí)溫度已經(jīng)非常高,進(jìn)而使化學(xué)反應(yīng)速度急劇加快。吹煉爐爐內(nèi)的碳被急劇氧化,從而使得火焰邊界的變化非常劇烈,變化幅度較大,形狀呈現(xiàn)一種噴射狀,變化的范圍也非常之廣。

        (3)在吹煉的末期,吹煉爐中溫度大小和含碳量大小都達(dá)到了鋼鐵提煉的相關(guān)技術(shù)指標(biāo),此時(shí),溫度已經(jīng)不需要再提升了,因此,火焰的變化幅度較小,形狀也比較穩(wěn)定?;鹧娲蠖喽季奂跓掍摖t爐口,變化的范圍也比較小,此時(shí),爐口的火焰形狀呈現(xiàn)出一種細(xì)長而且有些彎曲狀[3]。

        綜上所述,通過對煉鋼轉(zhuǎn)爐爐口火焰動(dòng)態(tài)變化特征與吹煉數(shù)據(jù)之間存在的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并進(jìn)行相關(guān)分析,從而研究出新的方法準(zhǔn)確判斷火焰邊界的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)。同時(shí),將這種方法加以利用,應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中的煉鋼終點(diǎn)判定過程中,從而改進(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝特點(diǎn),進(jìn)而為當(dāng)今的煉鋼工藝其中出現(xiàn)的一些問題提供一種新的解決思路,使我國的煉鋼工藝能更進(jìn)一步,從而為我國的各類重工業(yè)提供更好的服務(wù),為我國的工業(yè)建設(shè)提供有力的支持。

        參考文獻(xiàn):

        [1]尤佳,王紹純.通過轉(zhuǎn)爐爐口火焰紋理分析判斷氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2000,22(06):524-528.

        [2]溫宏愿,趙琦,陳延如等.基于爐口輻射和改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)預(yù)測模型[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(11):2131-2135.endprint

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