转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制.doc

转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 1 -转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制目 录前言1.转炉冶炼低碳钢终点钢中氧含量控制2.转炉终点氧对 RH 处理钢中氧影响3.转炉冶炼低碳钢终点氧预报模型结语转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 2 -前言当转炉吹炼到终点时，钢水中溶解了过多氧称为溶解氧[O] 溶 （或 a[O]）出钢时钢水脱氧合金化的目的：(1) 把钢水中[O] 溶 脱掉，转变为脱氧夹杂物 ——夹杂物工程；(2) 合金化达到规定的钢种成分(C、Si、Mn、Als)经过脱氧和炉外精炼操作（吹 Ar、LF、VD、RH），脱氧所生成夹杂物(Al2O3、MnO·SiO 2、CaO·SiO 2·Al2O3、CaO·Al 2O3)85%上浮到钢包顶渣，夹杂物尺寸绝大部分2500 炉当炉龄大于 3000 炉，达到 7500 炉甚至 10000 炉，钢水中[C][O]积远离平衡线，钢水中[O]波动较大，这可能与采用溅渣护炉操作，降低了复吹冶金效果有关2) 终点温度图 2 终点温度与[O] 溶 关系生产统计转炉终点钢水温度与 a[O]关系如图 4 所示图 2 终点温度与[O] 溶 关系200400600800100012001400160018001600 1620 1640 1660 1680 1700 1720 1740 1760终 点 温 度 （ ℃ ）终点氧含量（ppm）终 点 [0]转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 4 -生产统计转炉终点钢水温度与 a[O]关系如图 2 所示。

当终点[C]=0.025~0.04%时，随着温度的升高，终点[O] 溶 呈上升趋势当T>1680℃时，终点[O] 溶 明显增加3) 终渣(FeO)如图 3、4 所示，当终点[C]＝0.02~0.06% 时，终点渣中(FeO+MnO)为14~24%，而终点[O] 溶 波动较大图 3 渣中（FeO＋MnO）对[O] 溶 影响 图 4 渣中（FeO＋MnO）与[C]关系(4) 氧耗量图 3 渣中(FeO+MnO)对[O]溶的影响 图 4 渣中(FeO+MnO)与[C] 关系46.0048.0050.0052.0054.0056.0058.0060.000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1终 点 碳 含 量 （ %）吨钢氧耗量,Nm3/t吨 钢 氧 耗图 5 氧耗量与终点[C]关系图如图 5 所示，终点[C]＝0.02~0.06% ，氧耗量在 48~58Nm3/t 之间说明终点[C]02004006008001000120014001600180012 14 16 18 20 22 24 26炉 渣 中 （ FeO+MnO） 的 含 量 （ %）终点氧含量（ppm）终 点 [0]141618202224260 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12终 点 碳 含 量 （ %）渣中（FeO+MnO）含量 %MnO+FeO转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 5 -越低(或后吹 )，吹入氧主要用来氧化铁，使渣中 FeO 大增(图 4)，同时增加了终点[O] 溶(图 3)。

在铁水成分和吹炼制度一定的条件下，要降低转炉终点[O] 溶 ，必须准确控制终点钢水碳和温度： 控制[C] 终 不要0.05 0.053 474 0.0033 240 324由表可知：初始[C]=0.02~0.05%经 RH 脱 C 后，目标[C]平均为 30～20ppm 所消耗的[O]为 235～324ppm也就是说，转炉终点钢水[O]越高，则 RH 脱碳结束后钢水[O] 也越高，这样脱氧合金消耗多，生成夹杂物也越多，深冲薄板表面缺陷也越严重以 IF 钢为例，生产统计得到 RH 脱 C 结束后钢水[O] 与 Al 收得率关系如图 7102030405060200 400 600 800 1000合 金 化 前 的 氧 含 量 ， ppmAl合金收得率，%图 7 Al 收得率随氧含量的变化(IF)由图可知，RH 脱 C 结束后钢水 [O]越高，Al 回收率越低，生成的 Al2O3 夹杂也越多，降低了钢的洁净度，也增加了成本（脱除 1ppm[O]需消耗 1.125ppmAl，如终转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 7 -点降低 100ppm[O]相当于少加 0.1125 kg/t 钢的铝，少生成 0.2125 kg/t 钢 Al2O3 夹杂）。

BOF-RH-CC 工艺生产超低碳钢比较如下：[C]初 /% [O]初/ppm[C]目标/ppm[O]目标/ppm国外某厂 0.02～0.04 400～500 20～15 150～250国内某厂 0.02～0.04 700～900 30～10 400～600由此可知，相同[C]水平，国内某厂转炉终点[O]要高 300～400ppm ，RH 处理达到目标[C] 时，钢水[O] 高 250～350ppm，这样加入铝多，Al 2O3 夹杂物也多，对深冲板表面质量带来极大的危害，因此要提高深冲薄板的表面质量要从产生夹杂物源头抓起，也就是生产超低碳钢降低转炉终点[O]含量是非常重要的众所周知，降低转炉终点[O]的方法： 搞好复吹（图 8）由图可知：[C]=0.02~0.05%，顶吹终点[O]＝700～900ppm，采用复吹后钢水[O]可降低到 250～600ppm（[C]·[O]=0.0025）可见，复吹对降低终点[O] 有十分重要的作用图 8 复吹对转炉终点成分的控制 采用动态控制，提高终点[C]、温度的命中率，杜绝后吹[C] 出钢 /% [O]不后吹 /ppm [O]后吹/ppm转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 8 -0.048~0.050 950 10000.043~0.047 950 10500.038~0.042 1000 11000.033~0.037 1075 11500.028~0.032 1100 11750.025~0.027 1125 12257500 963 0.0035由此可知，溅渣炉龄越高，复吹效果越差，转炉终点[O]就越高。

因此应根据产品品质的要求，尤其是对深冲用高级的冷轧板，为提高表面质量首先强调的是保证复吹效果3 转 炉 冶 炼 低 碳 钢 终 点 氧 预 报 模 型在统计生产数据的基础上，了解各工艺因素对转炉终点氧的影响，建立转炉终点氧预报模型，实现对转炉终点氧的预测，为改进转炉操作提供依据这不仅可以节约合金加入量、降低成本，而且可减少非金属夹杂物数量，提高产品质量3.1 基 于 统 计 分 析 软 件 的 预 报 模 型用 SPSS（Statistical Package for the Social Science）统计软件对 IF 钢 328 炉进行数据处理根据所确定的 12 个控制变量，采用多元线性回归分析建立的氧含量预报模型如下：[O] =-3712.923+ 16.383[C]铁 +248.706[Si]铁 -1014.045[Mn]铁 -3523.575[P]铁 －1.221T铁-1.254R 废 + 18.057/[C]终 -2640.148[Mn]终 +3523.575[P]终 +3.749T 终 -3.55×10-2Q+8.917（FeO ）转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 9 -式中：[C]铁 、[Si] 铁 、[Mn] 铁 、[P] 铁 ——铁水中含量，%[C]终 /[Mn]终 、[P] 终 ——冶炼终点钢水中含量， %T 铁 、T 终 ——铁水温度、终点钢水温度，℃R 废 ——废钢比Q——吹氧量，Nm 3（FeO）——渣中氧化铁，%由终点氧含量的统计方程可知：模型[C] 终 -1 的系数为 18.057，说明终点碳越低，则氧就越高；模型中终点温度的系数为 3.749，说明温度高了，钢水中氧增加。

为验证模型的准确性取大量样本，把每一炉有关数据代入方程，计算值与实测值如图 9 所示由图可知，模型预报氧含量偏差都在±200ppm 以内，其预报准确率为 71.7%也就是说还有 30%不在命中区内，分析其原因炉龄也是影响终点氧含量一个重要因素应根据不同炉龄阶段建立相应的终点氧回归方程，其预报结果是：预报精度在±0.02%可达到 83%，有的可达 90%这说明统计模型有一定的适应性，基本上反映了影响转炉终点氧含量因素的规律020040060080010001200140016000 200 400 600 800 1000120014001600实 际 氧 含 量 ， ppm模型计算氧含量，ppm预 报 值图 9 氧含量模型一预报结果转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 10 -550.0450.0350.0250.0150.050.0-50.0-150.0-250.0-350.0-450.0-550.0Ô¤±¨Îó²î£¬ppm403020100Std. Dev = 204.40 Mean = -8.8N = 328.00图 10 氧含量模型预报误差直方图图 10 为模型预报误差直方图，预报误差呈正态分布，预报精度±0.0050%为30%。

3.2 基 于 BP 神 经 网 络 转 炉 终 点 氧 预 报 模 型基于 BP 的学习算法对于数据精度的要求较高，在预报模型中共确定了 10 个变量：[C] 铁 、[Si] 铁 、[Mn] 铁 、[P] 铁 、铁水温度、废钢比、终点 C、终点温度、耗氧量和渣中(FeO) 本模型中经过数据预处理的原始数据共 210 炉，取 180 炉为学习样本，30 炉为测试样本经过反复验证，发现当学习次数为 25000 次时模型预报的命中率较高图 11 为学习样本的预报结果绝大部分预测值与实际值的偏差都在±0.02%，准确率 80%左右分炉龄阶段来预报，在±0.021%误差范围内预报准确率几乎可达 100%频数分布，％转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 11 -020040060080010001200140016000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600实 际 氧 含 量 ， ppm预报氧含量，ppm预 测 值图 11 氧含量模型的预报结果分析图从上述讨论中可知，预报准确度在±0.02%，统计模型为 70%，而神经网络模型为 90%分炉龄阶段预报准确度在±0.02%，统计模型为 80~90%，而神经网络模型为 100%。

本文所建立的两个模型中，神经网络模型要优于 SPSS 统计模型结语1. 转炉终点氧含量是产生夹杂物的源头，提高钢的洁净度应从源头抓起2. 优化转炉工艺操作，强化复吹的冶金效果是降低转炉终点氧的有效措施3. 转炉终点氧对 RH 脱碳结束后的钢水氧有重要影响，应使达到目标碳含量时（30～10ppm）的钢水[O]为 150～300ppm既可节约合金又可减少夹杂物4. 应根据产品品质的要求，解决好利用溅渣护炉后高炉龄与复吹效果之间的矛盾，尤其是对深冲高级冷轧板，为提高表面质量首先应保证复吹效果，而不是高炉龄5. 利用统计模型和神经网络模型来预报转炉终点氧含量对生产实践有参考价值参考文献：1. 杨安娜. 转炉冶炼终点氧含量控制，北京科技大学，硕士学位论文，2004.32. 王琳. IF 钢洁净化生产与 RH 处理工艺优化，北京科技大学学位论文，2000.3.转炉冶炼低碳钢终点氧含量控制- 12 -3. 赵荣玖. 转炉复合吹炼技术的发展与展望. 钢铁编辑部，1985.。