转炉副枪测量合格率提升工艺研究.pdf

2023年2 月第31卷第1期河南冶金HENANMETALLURGYFeb.2023Vol.31No.1转炉副枪测量合格率提升工艺研究Jia YuxuanGuo ChaojunLian Bo(HBIS Group Han-Steel)贾宇璇郭朝军连波（河钢集团邯钢公司）摘要随着副枪在转炉自动化炼钢过程中发挥着越来越重要的作用，其在使用过程中的问题也逐渐增多，TSC和TSO探头温度和碳、氧含量在测量过程中受现场设备运行条件、测量时机、操作水平、数据解读等多方面影响，实际测量合格率仅为8 6.5%。通过分析副枪测量机理、查找影响其使用的设备工艺控制点，并收集大量的数据，制定了副枪测量设备和工艺标准，实现了副枪测量合格率的稳步提升；同时借助数据库优化和DIRC系统数据解决新方法，进一步提升了副枪测量数据准确性和实用性，保证了自动化炼钢数据的完备性和终点命中率。采取上述优化措施后，副枪测量合格率提升至96.5%以上，为自动化炼钢的有效运行奠定了良好的基础。关键词转炉副枪自动化炼钢STUDYONTHEPROCESSIMPROVEMENTOFMEASURINGQUALIFIEDRATEOF SUB-LANCEABSTRACTAs the sub-lance plays a more and more important role in the automatic steelmaking process of the converter,the problemsin the process of use are gradually increasing.The temperature,carbon and oxygen content of the TSC and TSO probe are affected by theoperating conditions of field equipment,measurement time,operation level,data study and other aspects in the measurement process,andthe actual measuring qualified rate is only 86.5%.By analyzing the measuring mechanism of the sub-lance,searching the equipment processcontrol points that affect its use and collecting a large amount of data,the sub-lance measurement equipment and process standards areformulated,and measuring qualified rate of the sub-lance measurement is improved steadily.At the same time,with the help of databaseoptimization and DIRC system data solving method,the accuracy and practicability of sub-lance measurement data are further improved,and the completeness of automatic steelmaking data and the end point hit rate are guaranteed.After taking the above optimizationmeasures,the qualified rate of the sub-lance measurement is increased to more than 96.5%,which lays a good foundation for the effectiveoperation of automatic steelmaking.KEY WORDS Converter Sub-lance Automatic steelmaking0前言自上世纪7 0 年代，荷兰DanieliCorus在Umuiden公司第二炼钢厂2 3号转炉上安装副枪系统用于转炉炼钢以来【，副枪系统加二级动静态计算模型的自动化炼钢模式正成为世界炼钢的主流。截止目前，国内共有近50 多家钢厂引进了Danieli Corus的副枪系统，不论是在普钢厂还是特钢厂，都极大地得到推广。河钢集团邯钢公司，2 0 10 年引进了达涅利Corus公司的转炉副枪和二级自动化炼钢控制模型等技术。经过多年的运行和摸索，对副枪在炼钢过程中出现的问题进行了分析和整理，并制定了有效的整改措施，大幅度地提升了副枪测量合格率和自动化炼钢终点命中率。1副枪在线测量的原理和意义相对于转炉用氧枪而言，在炉体上方安装可以装载用于温度、成分、高度等不同测量方式探头的枪体，在不倒炉或者不中断炼钢的前提下完成在线测温、测成分和取样等工作。作为一键式自动化炼钢的重要一环，副枪系统通过在炼钢冶炼过程和终点的钢水测量，并为SDM动静态自动化控制模型提供数据支撑，实现自动化炼钢终点命中率的稳步提升。相比传统的倒炉测温取样，副枪系统具备以下优势：代替人工倒炉测温取样，降低劳动强度，改善工作环境；提高转炉炼钢的效率，实现对转炉过程的动态控制；不倒炉连续或单独地测定钢水温度、碳含量、氧含量、液面高度并取样，减少倒炉带来的温度损失，降低生产成本。传统倒炉测温和副枪在线测量如图1、图2所示。2富副枪系统在线测量存在的问题2.1副枪探头种类及目的联系人：贾宇璇，工程师，河北.邯郸（0 56 0 15），河钢集团邯钢公司一炼钢厂；收稿日期：2 0 2 2-10-2 02023年第1期根据测量目的不同，副枪测量共有测温探头（T），测温度和碳含量探头（TSC），测温度和氧含量探头（TSO），测温度、氧含量和磷含量探头（TSOP）。目前，邯钢公司根据生产需要配备了主流的TSC和TSO两种探头。其中，TSC用在炼钢吹炼过程中测量取样，可测量钢水温度、碳含量。TSO用在炼钢吹炼结束时测量取样，可测量钢水温度、碳含量、氧含量、液面高度。2.2测量过程存在的问题副枪系统在转炉炼钢过程中，受设备、能源介质和工艺条件等因素影响，存在着探头测量不出数据或者取不出样的现象，进而影响SDM动静态模型的控制和终点成分和温度的命中，主要问题集中在：（1）TSC测量钢水温度、碳含量失败，模型无法进行动态调整计算；（2）TSO测量钢水温度、碳含量失败，无法判断终点控制情况是否满足出钢要求；（3）副枪整体测量合格率仅为8 5.6%，严重制约自动化炼钢控制和转炉生产效率的提高。2.3副枪测量失败类型及典型图片结合多年的炼钢实际控制情况，整理出测量uhSadkcaton2301964河南冶金失败类型和典型图片，分别见表1和图3。图1副枪在线测量系统图2 传统的倒炉测温系统表1副枪测量失败类型整理序号失败原因1温度测量失败2TSC碳含量测量失败3TSO氧含量测量失败4TSO液面高度测量失败M550Mh4048270727JmM81514022/11215718301720183123019（a）温度测量失败2.4副枪测量失败原因分析针对副枪在线测量过程中出现的问题和失败类型逐一进行设备、能源介质与工艺控制情况分析，查找原因。其中，温度测量失败原因主要有：（1）钢水温度控制超出热电偶使用范围；（2）废钢未完全融化，在测量终点时会顶到副枪，进而影响测量过程；（3）钢水测量条件差，熔池搅拌厉害，温度信号采集不稳。TSC碳含量测量失败主要原因：（1）碳含量超出测量标准范围；（2）副枪测量枪体插人深度超出使用条件范围；（3）底吹流量、供氧强度过大，影响测量数据；（4）测量停留时间较短，未能收集相关数据。TSO氧含量测量失败原因集中在：（1）（b）T SC碳含量测量失败图3副枪在线测量系统测量时机不合适；（2）副枪测量插人深度不合适；（3）钢渣分离不够充分。TSO液面高度测量失败原因包括：（1）装人量变化，未及时调整测量标准；（2）炉底深度变化，未及时调整测量标准；（3）测量条件不合适，钢中氧电势、温度变化不同步。3改进措施3.1福副枪测量标准建立首先建立了副枪探头测量标准，针对不同的测量问题，采取不同的改进措施，确保副枪在线测量时可以准确地完成相关任务并收集到相关数据，副枪测量标准见表2。3.2副枪测量数据校准（c）T SO 氧含量测量失败（d）T SO 液面高度测量失败28结合实际测量数据和化验室检验结果，对DIRC测量系统内TSC凝固温度与碳含量的变化关系，TSO温度与氧含量、碳含量的变化关系进行调整和优化，使之更接近与实际。具体如图4所示。3.3副枪失败应急预案在提升副枪测量合格率的同时，建立了副枪测量失败应急预案，避免了多次测量增加生产成本。主要内容包括：（1）将DIRC系统画面引至转炉炉前操作室，呈现出副枪测量过程和序号问题1温度测量失败及原因分析2TSC碳含量测量失败3TSO氧含量测量失败4TSO液面高度测量失败15401530152015101500149014801470146000.180.13%/喜导0.080.03河南冶金最终曲线变化情况，给操作工作提供参考标准；（2）通过对现场测量数据进行跟踪，建立了19 11炉TSC测量数据库，利用回归方程建立凝固温度与碳含量的对应关系，给出相关参考标准，建立TSC凝固温度与碳含量对应关系数据库；（3）通过对现场测量数据进行跟踪，建立了18 56 炉TSO测量数据分析，利用回归方程建立终点氧含量与碳含量的对应关系，给出相关参考标准，建立TSO终点氧含量与碳含量对应关系数据库。表2 副枪测量标准测量标准及改进措施（1）T SC 测量范围在1550 16 0 0；TS0测量范围为1550 17 50。（2）测量前确保废钢全部融化，温度不低于1550。（3）对副枪使用探头质量进行产前确认。（1）吹炼终点前2 min使用。（2）副枪探头插人深度50 7 0 cm。（3）在钢水内停留时间大于6.5s。（4）废钢需全部熔化。（1）在转炉吹炼终点1min后测量。（2）在钢水里停留时间大于10 s。（3）副枪插人深度控制在7 0 8 0 cm。（1）稳定人炉原料加人量。（2）保持炉底高度变化在50 mm内。（3）测量时间在吹炼结束1min以后。统中钢水温度和凝固温度的平衡线信息可以初步推断出钢水温度为156 0，凝固温度为150 0，化验室然后通过数据库查询可以得出碳含量为0.3 5%。DIRC优化0.20.4碳含量/%（a）T SC测量系统优化2023年第1期应急预案实例2（如图6 所示）：TSO测量结束后，氧含量测量失败。但根据DIRC系统中氧电势平衡线初步推断出钢水氧含量为5.7 10-4，通过在数据库查询可得出碳含量为0.0 5%。0.60.8化验室优化Dirc应急预案实例3（如图7 所示）：TSO测量结束后，液面高度测量数据缺失。但根据DIRC系统中钢水温度和氧电势跳变点，可以初步推断出副枪高度，进而计算出副枪插人深度为6 7 cm。IDEREDMAbNI(SXICH_DIRCSSLTFi2313061905DANIELORUS-400-0.02 L100应急预案实例1（如图5所示）：TSC测量结束后，温度和凝固温度都失败。但根据DIRC系600氧含量/10-6（b）T SO 测量系统优化图4副枪测量数据校准110016000.00图5副枪测量实例1日改进前2023年第1期CORCSDIRCSDATABATHTEMPTECDeIbSOLSiRCSSLICL600400河南冶金MDIRCREADY1634.10.00.767.77200600图6 副枪测量实例2CDANIELICORUS16327Cato0.050MaimtHeat200002900DANIELICORUSCotonpor0.0243DINC5DATABATHTEM.SOUInCATOXYGENACTMITYMMERSHONDEFTH10529bonR20060080010001200-140097%/幸号92878212:0014.00Heano160018002002200回改进后92.690.386.385.6TSC探头图：富副枪测量合格率对比1.4四改进前1.3回改进后（）/1.30.00.000.00500DDAMMYTSO探头1.21.21.2RC1.11图9副枪探头消耗量对比施，从根源上促进了副枪在线测量合格率的提升。1.1TSC探头TSO探头图7 副枪测量实例34实施效果通过采取上述优化措施，实现了副枪测量合格率稳步提升和自动化炼钢的推进，达到了提升炼钢控制水平和降低成本的目的。副枪测量合格率对比和副枪探头消耗量对比分别如图8、图9所示。5结论（1）通过对影响副枪测量的设备、能源介质和工艺条件进行了逐一分析，并制定了专门的改进措（2）在副枪测量失败的情况下，建立应急预案，通过数据库曲线可以识别部分测量数据，进而可以继续为SDM动静态模型提供数据支撑，也进一步促进了副枪测量成本的降低和自动化炼钢数据的完整性。6参考文献1P.D.H u b b e l i n g，G.A.O o s t e r m e i j e r.转炉副枪和动态控制J.钢铁，2 0 0 7，42（4）：8 3-8 6.2 G.J.A p e l d o o r n，P.D.H u b b e l i n g P.G o o t j e s.达涅利康力斯副枪系统的应用J】.钢铁，2 0 0 4，3 9（11）：2 9-3 2.（上接第12 页）9庞年斌，韩明，陈晶，等.EBSD花样的图像畸变及其修正J.电子显微学报，2 0 10（1）：12-16.10 刘俊亮，张作贵，宓小川，等.X80钢中残余奥氏体定量分析的XRD与EBSD法比较J.电子显微学报，2 0 10(1):28-31.11唐超平，吴隽，詹东方，等。一次再结晶取向硅钢中第二相粒子局部密度与晶界的关系J.材料热处理学报，2018,39(6).12 售曹圣泉，张津徐，吴建生，等.IF钢织构与晶界特征分布的研究J.金属学报，2 0 0 4（10）：10 45-10 50.【13 刘志桥，杨平，毛卫民，等.取向硅钢中1114（418】织构对二次再结晶时晶粒异常长大的影响J.金属学报，2015,51（7):7 6 9-7 7 6.14何承绪，孟利，马光，等.取向硅钢常化板织构及不同取向晶粒中析出相粒子的分布J.材料热处理学报，2015,36(6):115-120.15周谊军，倪献娟，夏兆所，等.EBSD研究取向硅钢晶粒取向和晶界结构J】。电子显微学报，2 0 0 9，2 8（1）：15-19.16赤郝晓博，李渤渤，刘茵琪，等.Ti70合金板的组织与力学性能的各向异性J】.金属热处理，2 0 2 0，45（8）：3 4-3 8.17 董丽丽，卢晓禹，麻永林，等稀土元素Ce对取向硅钢热轧钢带组织和织构的影响J：金属热处理，2 0 2 0，45(9):220-223.【18 徐帅，鲍思前，柯珊珊，等.Hi-B钢二次再结晶退火过程中未异常长大Goss晶粒晶界特征J：金属热处理，2020,45（9):16 7-17 1.【19孙京丽，周海涛，陈莉，等.晶粒尺寸对3 0 4奥氏体不锈钢组织演变和性能的影响J】.材料研究学报，2 0 2 0，3 4(03):231-240.【2 0 梁梦斐，任慧平，王海燕，等.冷弯2 0 G钢显微组织与变形后残余应力的分布规律J.热加工工艺，2 0 2 0，49(6):62-64.【2 1陈树明，王海燕，姚兆凤，等.焊后热处理对2 0 G钢焊接接头残余应力的影响J】.机械工程材料，2 0 17，41（10）：7-10,57.