项目名称:一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺
- 酒钢集团公司工会
- 甘肃省嘉峪关市雄关东路12号
- 735100
- 李雅楠
- 15393263539
姓名 |
富志生 |
电话 |
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电子邮件 |
fontname@163.com |
区号 |
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邮编 |
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通信地址 |
甘肃省嘉峪关市雄关东路12号 |
专利类型 |
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专利状态 |
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申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
202110363693.0 |
2022-03-15 |
ZL202110363693.0 |
转炉冶炼高碳钢终点控制有两种方法,一种是吹低碳增碳法,一种是高拉碳补吹法。增碳法由于终点含碳量低,出钢时需要加入大量增碳剂,导致成分不均、吸收率不稳定,钢水氧化性强,钢中夹杂物含量高,影响钢的质量,增加了后道工序的处理难度。高拉碳补吹法在转炉停止吹氧时使钢水成分和温度达到出钢要求,倒炉后即可出钢,实际应用中一次高拉碳在操作上困难比较大,而不得不采用高拉碳补吹法保证冶炼的成功,因此转炉临近终点能够精准定碳定温是解决一次高拉碳高效冶炼高碳钢的关键所在。
现有技术转炉终点碳含量及温度的预测可以归结为3种手段,一是机械副枪接触式检测,设备体积庞大,受空间限制,一些老厂房无法改造安装,无法适用于50~120吨转炉;设备维护费用昂贵,成本较高;采取机械副枪检测适用于[C]<0 .10%范围内的控制有一定的精确度,[C]含量质量分数在0 .70%~1 .10%范围内,误差很大,不得不采取高拉碳补吹方式,即熔池碳含量在1 .0%左右时,提枪停吹检测,再依据检测结果,结合冶炼经验确定补吹氧量及时间。二是以烟气分析技术为主,但这些方法大多仅限于转炉冶炼低碳钢的工艺,在线预测高碳钢冶炼过程熔池中碳含量方法,也须建立繁琐的数学模型,在碳高的情况下,预测精度差,导致补吹不成功,多次补吹倒炉的问题。
本项目采用的技术,(1)根据冶炼钢种出钢温度要求,在转炉内装入铁水及废钢;所述废钢为轻型优质废钢,含碳量可忽略不计;所述铁水含碳量ω[C]=3 .7%~4 .2%;(2)采用恒压变枪位供氧技术,冶炼过程氧气流量恒定为22500~23500m3/h,向转炉内加入头批料活性石灰、萤石、矿石造渣进行第一阶段吹炼,吹炼3~5min后,倒出部分炉渣,然后向转炉内分批加入二批料活性石灰、萤石、矿石进行第二阶段吹炼;(3)在22500~23500m3/h的供氧强度下建立简易脱碳模型,在供氧时间为11~12min时,转炉内钢水碳含量达到0 .70~1 .10%,此时平均脱碳速度d[C]=0 .0083%/t,再结合初始铁水碳含量快速确定投弹定温定碳时机T1,T1=11min+(ω[C]-3 .7%)/0 .0083%;(4)在上述脱碳模型判断的投弹时机下,由投弹在线监测系统自动投入高碳探头,10秒内检测出钢水的温度及钢水碳含量ω1[C],根据简易脱碳模型,平均脱碳速度d[C]=A/t,当钢水碳含量质量分数为0 .80~1 .10%,A=0 .0083%,当钢水碳含量质量分数为0 .50~0 .80%,A=0 .0067%,再结合冶炼钢种目标终点碳含量ω2[C],迅速确定一次拉碳提枪时间T2,T2= T1+(ω1[C]-ω2[C])/A,目标终点碳含量ω2[C]为0 .45~0 .70%。实现了60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢。
本项目基于投弹式转炉出钢检测技术,在保证脱磷效率的前提下,在临近一次高拉碳前投弹定碳定温,不需要倒炉测温取样即可确定补吹及一次拉碳时间,实现高碳钢高拉碳一次倒炉出钢,减少倒炉与点吹次数。通过本发明工艺可缩短冶炼周期5分钟;减少温度损失20~30℃;并能从源头上控制氧化物夹杂的生成 ,减少钢中夹杂物,提高钢的机械性能和疲劳性能。具有效率高、成本低、对于60吨不具备机械式副枪或烟气分析等在线检测装备的转炉,采用一次高拉碳高效冶炼高碳钢的工艺具有巨大的现实意义和经济价值。
主要创新点:1.首次将投弹式转炉终点控制技术应用于高碳钢的冶炼,突破了转炉终点投弹式副枪技术仅可用于低碳钢不倒炉出钢冶炼方面的局限,简易脱碳模型的建立为转炉终点投弹式副枪技术应用于转炉高效冶炼高碳钢方面提供了新的途径;2.本项目在充分研究国内外关于转炉终点自动控制技术的基础上,根据60吨转炉的工艺参数,在实验的基础上,在获取、分析大量数据后,建立了高拉碳模式下简易脱碳模型,结合初始铁水碳含量快速确定投弹定温定碳时机,迅速确定一次拉碳提枪时间,突破了投弹式副枪终点控制的局限性,达到高效冶炼的目标;3.在钢水中碳含量质量分数高于出钢要求0 .20%~0 .40%的范围,通过预测钢水中的[C]及温度,再进行供氧补吹使碳含量达到出钢要求,实现了一次倒炉高拉碳,避免补吹及低碳出钢大量增碳,从源头上控制氧化物夹杂的生成 ,减少钢中夹杂物,提高钢的机械性能和疲劳性能。4.本项目创新的将基于投弹式副枪与脱碳模型结合,对于不具备机械式副枪或烟气分析等在线检测装备的60吨转炉,提供了一种简易、高效、科学的转炉冶炼高碳钢的终点控制方法,现有设备装备不须大量投入,成本低、效率高;5.本项目克服了基于机械式副枪检测或烟气分析技术,在线预测高碳钢冶炼过程熔池中碳含量方法,避免了建立繁琐的数学模型在碳高的情况下,预测精度差,导致补吹不成功,多次补吹倒炉的问题,与现有技术相比,降低了过程温度损失,缩短了冶炼周期,经济效益显著。
高碳钢经过热处理后,能够获得较好的性能,是制造弹簧和耐磨零件的基本钢铁材料材料,高碳钢添加其它合金元素成为碳素工具钢,使用范围更加广泛。国内现有转炉高碳钢终点控制技术中,采用增碳法转炉终点含碳量低,出钢时需要加入大量增碳剂,易出现成分不均、吸收率不稳定,钢水氧化性强,钢中夹杂物含量高,影响钢的质量,增加了后道工序的处理难度;采用高拉补吹法由于工艺操作水平的不同及铁水化学成分及温度的波动,高拉碳补吹法经常会出现一次补吹不成功,而进行多次补吹,倒炉2~3次,来达到所炼钢种终点化学成分及温度双命中的要求。由于每补吹一次多倒炉一次就会增加2~3min冶炼时间,且多次倒炉造成钢液中的氧含量升高,温度损失增加,使高拉补吹法的优势减小。
本项目一种60吨转炉一次高拉碳法高效冶炼高碳钢的工艺,基于转炉投弹式副枪技术建立了高拉碳模式下简易脱碳模型,解决了上述问题。项目由本单位单独开发,拥有技术的全部所有权,与国内同类技术比较,本项目中整体技术与关键技术在国内处于领先地位,具有一定的竞争力,因此具有广泛应用与推广前景。
酒钢集团宏兴股份公司炼轧厂冶炼高碳钢种包括60#、65#、75#、62A、67A、72A、82B等牌号,项目推广后的经济效益与社会效益对比如下:
1.经济效益:通过与高拉补吹法对比,基于转炉投弹式副枪技术建立定碳模型,高碳钢平均冶炼周期可缩短5.6分钟,一次高垃碳命中率85%以上,比实施前提高5.2%,合格率提高带来的制造费用降低和金属损耗降低实现年创效320万元;通过与增碳法对比,减少增碳剂消耗、合金消耗,年可创经济效益280万元以上。
2.社会效益:与高拉补吹法及增碳法对比,产品质量大幅提升,技术实施后,转炉终点高拉碳命中率大幅提升,终点磷元素的控制下降,从源头上控制氧化物夹杂的生成 ,减少钢中夹杂物,提高钢的机械性能和疲劳性能;本项目与实施机械式副枪或烟气分析相比,解决了一次性投资费用大、维护成本,小型转炉因场地受限无法实现转炉高拉碳的终点自动控制等问题,提高了生产效率,降低了劳动强度。