專利名稱：電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電爐煉鋼技術(shù)，具體是運(yùn)用爐內(nèi)煉鋼所必須的氧氣、天然 氣等氣體介質(zhì)的耗用參數(shù)進(jìn)行冶煉過(guò)程中鋼水碳含量的計(jì)算測(cè)定，屬于冶 金煉鋼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電爐又稱電弧爐，是短流程煉鋼的頭道工序。電爐煉鋼的過(guò)程，是對(duì) 加入爐內(nèi)的鐵水和廢鋼等原料，采用電極通電升溫，采用爐門氧槍及多支 側(cè)壁氧槍連續(xù)吹氧和天然氣的方式進(jìn)行提升溫度和不斷降低原料中碳及其 它元素含量的過(guò)程。在電爐煉鋼過(guò)程中，碳、硅、磷等元素的降低速度因 各自的含量而相互影響，在出鋼前的冶煉終點(diǎn)，能否直接出鋼的判斷依據(jù) 是鋼水中的碳、磷成分含量及其溫度是否滿足目標(biāo)要求，因此，能否準(zhǔn)確 判斷冶煉過(guò)程及終點(diǎn)的鋼水的碳含量在電爐煉鋼生產(chǎn)中顯得至關(guān)重要。
冶煉終點(diǎn)碳含量判斷準(zhǔn)確率提高的控制技術(shù)能加強(qiáng)煉鋼時(shí)間的控制， 縮短生產(chǎn)時(shí)間，減少氧氣、增碳劑等生產(chǎn)材料的耗用量，減少鋼鐵料的燒 損，進(jìn)而提高煉鋼的生產(chǎn)效率。目前，用于電爐煉鋼鋼水定碳的主要方法 之一是爐內(nèi)鋼水取樣，送化驗(yàn)室用專用設(shè)備對(duì)試樣進(jìn)行分析，測(cè)定樣子中 包括碳在內(nèi)的各元素的含量，該方法需要人工取樣、送樣、制樣、分析、 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳送等過(guò)程，需要等待較長(zhǎng)時(shí)間，且測(cè)得的鋼水碳含量的誤差較 大。
進(jìn)行鋼水定碳的另一種方法是采用定碳定氧槍系統(tǒng)，用定碳定氧槍配 好定碳定氧頭后直接插入電爐爐內(nèi)進(jìn)行取樣分析，分析速度較快，但其只 適用于鋼水氧含量高的情況，對(duì)碳含量中高位時(shí)無(wú)法測(cè)定，且其易損耗， 人工使用難度大，使用成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效的測(cè)定電爐 煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量的方法，其能夠較準(zhǔn)確地預(yù)算出煉鋼爐內(nèi)的鋼水的當(dāng) 前碳含量，以節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間，減少氧氣、增碳劑等生產(chǎn)材料的耗用量，減 少鋼鐵料的燒損，提高電爐煉鋼的生產(chǎn)效率。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種電爐煉鋼爐 內(nèi)鋼水碳含量的測(cè)定方法，其特征在于包括如下步驟
1) 將普通氣體流量計(jì)安裝在電爐煉鋼所需的氧氣、天然氣等氣體介質(zhì)的 管道上以進(jìn)行氣體流量的測(cè)定；
2) 提取電爐冶煉熔清樣并測(cè)得其中碳元素含量TK;
3) 通過(guò)氣體流量計(jì)的測(cè)量獲得以下參數(shù)
a) 煉鋼爐內(nèi)清取樣后直至當(dāng)前時(shí)間的氧氣壓力平均值PY;
b) 冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的側(cè)壁氧槍耗氧量A。；
c)冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的側(cè)壁氧槍耗氧量AR;
d) 冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的爐門氧槍耗氧量B。；
e) 冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的爐門氧槍耗氧量BR;
f) 冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的側(cè)壁氧槍天然氣消耗量Cd;
g) 冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的側(cè)壁氧槍天然氣消耗量CR;
4)通過(guò)如下公式計(jì)算得到電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水的碳含量Td:
Tz^T一EXP(D^(Py/10.5)承(D2永(Ad-Ar-D,(Cd-Cr))+D,(Bd-Br)》
其中EXP為工業(yè)常數(shù)e的指數(shù)函數(shù)；
Dh D2、 D;、 D4為與脫碳速度有關(guān)的相關(guān)常數(shù)。
所述計(jì)算公式適用于快、中、慢三種脫碳速度的形式，這三種形式下
TD的取值適用范圍分別為(l)快速1.80>Td>0.60; (2)中速1.80>D 0.60; (3)慢速1.80>TD>0.80。
所述快、中、慢三種形式下D,取值的不同，其D,、 D2、 D;、 D4的具體 取值為(l)快速:Df-0扁，D產(chǎn)0.5， D:,=2， D產(chǎn)2.6; (2)中速:D'=-0.0007， D:=0.5， D;=2， D產(chǎn)2.6; (3)慢速Df-0.00053， D2=0.5， D;=2， D4=2.6。 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利用氣體流量計(jì)測(cè)得電爐煉鋼所需的氧氣、天然氣等氣體介質(zhì)的消耗量及壓力值的參數(shù)，并通過(guò)提取電爐冶煉熔清樣 并測(cè)得其中碳元素含量的參數(shù)值，便可準(zhǔn)確的計(jì)算得到煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含 量，其測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)單方便，準(zhǔn)確率高；且可利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)編程設(shè)置 而自動(dòng)獲得煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量，也可不依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而通過(guò)簡(jiǎn)單 的設(shè)備進(jìn)行一些參數(shù)的測(cè)定，便可計(jì)算獲得鋼水中的碳含量，從而更好的 控制煉鋼的過(guò)程。


圖1為本發(fā)明電爐煉鋼爐煉鋼的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，其為本發(fā)明所使用的電爐煉鋼生產(chǎn)的流程圖。其中，該
電爐為由德國(guó)FUCHS公司設(shè)計(jì)制造的90T超高功率豎式電弧爐，該電弧爐 通過(guò)側(cè)壁氧槍及爐門氧槍的吹氧進(jìn)行脫碳，其中側(cè)壁氧槍使用的是RCB氧 槍，RCB氧槍是集束氧槍，其工作原理是是利用周圍小孔天然氣與射流氧 及環(huán)流氧燃燒產(chǎn)生的火焰對(duì)爐內(nèi)廢鋼進(jìn)行助熔。其工作氧氣流量最高設(shè)計(jì) 為2100Nm3/11，氧氣壓力設(shè)計(jì)為10 16公斤，工作天然氣流量最高設(shè)計(jì)為 300NmVh，天然氣壓力設(shè)計(jì)為5 6公斤。爐門氧槍氧氣壓力為8 12公斤， 吹氧流量根據(jù)選擇為2300 2700NmVh。煉鋼爐內(nèi)的碳成分來(lái)自于料包內(nèi)的 配碳以及鐵水內(nèi)的碳， 一般情況下，單爐熱裝鐵水多則碳高，熱裝鐵水少 則碳相對(duì)較低。在爐內(nèi)溫度達(dá)到146(TC左右時(shí)，取熔清樣，生產(chǎn)經(jīng)過(guò)一段 時(shí)間后，當(dāng)爐內(nèi)取樣碳、磷等主要元素含量達(dá)到工藝要求且溫度達(dá)到1600 'C左右時(shí)，即可出鋼。本方法利用了電爐煉鋼生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備，如氣體流 量計(jì)進(jìn)行一些參數(shù)的測(cè)定，以及爐內(nèi)取樣時(shí)須煉鋼生產(chǎn)操作人員進(jìn)行簡(jiǎn)單 的取樣確認(rèn)，并通過(guò)公式計(jì)算便可得到煉鋼爐內(nèi)鋼水的碳含量。 具體的鋼水碳含量的測(cè)定有
1) 將普通氣體流量計(jì)安裝在電爐煉鋼所需的氣體介質(zhì)的管道上以進(jìn)行氣 體流量的測(cè)定；
2) 提取電爐冶煉熔清樣并測(cè)得其中碳元素含量TR;
3) 通過(guò)氣體流量計(jì)的測(cè)量獲得以下參數(shù)a) 煉鋼爐內(nèi)清取樣后直至當(dāng)前時(shí)間的氧氣壓力平均值PY;
b) 冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的側(cè)壁氧槍耗氧量A。；
C)冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的側(cè)壁氧槍耗氧量AR;
d) 冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的爐門氧槍耗氧量Bd;
e) 冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的爐門氧槍耗氧量BR;
f) 冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的側(cè)壁氧槍天然氣消耗量Cd;
g) 冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的側(cè)壁氧槍天然氣消耗量cR;
4)通過(guò)如下公式計(jì)算得到電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水的碳含量Td:
Td=Tr*EXP(D*(Py/10.5)*(D2*(Ad-Ar-D3*(Cd-Cr))+D4*(Bd-Br)))
其中EXP為工業(yè)常數(shù)e的指數(shù)函數(shù)；
D,、 D2、 D3、 D4為與脫碳速度有關(guān)的相關(guān)常數(shù)。 在具體使用中，上述的計(jì)算公式分為快、中、慢3種速度的煉鋼形式， 不同點(diǎn)在于相關(guān)的D，取值的不同。具體的公式中所用的常數(shù)項(xiàng)D" D2、 D3、 D4的取值分別為:①快速Df-0.001, D2=0.5， D3=2， D4=2.6;②中速 Df-0.0007， D2=0.5， D3=2， D4=2.6;③慢速D'=-0.00053， D2=0.5， D3=2， D4=2.6。用快、中、慢3種形式計(jì)算電爐冶煉鋼水當(dāng)前碳元素含量TD時(shí)，
分別的適用范圍為①快速1.80%〉TD》0.60°/。；①中速1.80%〉D 0.60%;①慢速1,80%>Td》0.80%。
上述的電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量的連續(xù)測(cè)定方法中，其也可通過(guò)在計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)編制實(shí)用軟件腳本程序而進(jìn)行碳含量的自動(dòng)測(cè)定，其運(yùn)行包括
如下步驟
(1) 電爐煉鋼開始后，腳本程序自動(dòng)運(yùn)行；
(2) 每次取樣時(shí)，爐前操作人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的確認(rèn)操作；
(3) 自動(dòng)計(jì)算爐內(nèi)熔清取樣后直至當(dāng)前時(shí)間的氧氣壓力的平均值PY;
(4) 自動(dòng)提取取熔清樣時(shí)爐門氧槍及側(cè)壁氧槍的氧耗值1及天然氣耗值1;
(5) 自動(dòng)提取取第2只樣時(shí)爐門氧槍及側(cè)壁氧槍的氧耗值2及天然氣耗值2;
(6) 自動(dòng)提取當(dāng)前時(shí)間的爐門氧槍及側(cè)壁氧槍的氧耗值及天然氣耗值；
(7) 自動(dòng)判斷熔清樣的碳含量是否小于1.80%，如果熔清樣的碳含量小于該 值，則用步驟(4)中的值1及其余相關(guān)值按所述公式計(jì)算當(dāng)前的碳含量，并 將計(jì)算出的當(dāng)前碳含量值及第2只樣之后所有樣的碳含量計(jì)算值顯示在工控畫面上；如果熔清樣的碳含量大于或等于該值，則用步驟(5)中的值2及 其余相關(guān)值按所述公式計(jì)算當(dāng)前的碳含量，并將計(jì)算出的當(dāng)前碳含量值及 第3只樣之后所有樣的碳含量計(jì)算值顯示在工控畫面上； (8)電爐單爐冶煉結(jié)束時(shí)，所有的采集值及計(jì)算值復(fù)位為0。
當(dāng)前碳含量及樣值碳含量在用戶界面上顯示后，電爐煉鋼爐前操作人 員即可對(duì)爐內(nèi)鋼水的當(dāng)前碳含量作出準(zhǔn)確、直觀分析，提前做好出鋼準(zhǔn)備， 相對(duì)提前出鋼，節(jié)省了冶煉時(shí)間，減少了鋼鐵料的燒損及鋼水的過(guò)氧化概 率，節(jié)約了氧氣、增碳劑、取樣器等原輔材料，并相對(duì)減輕了工人的勞動(dòng) 強(qiáng)度。
以下給出一些具體實(shí)施例
實(shí)施例l:沙鋼集團(tuán)潤(rùn)忠煉鋼廠一車間90T電爐煉鋼生產(chǎn)，2009年?duì)t 號(hào)2348爐，鋼種C70DA，熔清樣碳元素含量為0.82%，取熔清樣時(shí)側(cè)壁氧 槍耗氧量為1823立方米，爐門氧槍耗氧量為831立方米，側(cè)壁氧槍天然氣 消耗量為291立方米，取第2只樣也是終點(diǎn)樣時(shí)側(cè)壁氧槍耗氧量為2003立 方米，爐門氧槍耗氧量為921立方米，側(cè)壁氧槍天然氣消耗量為313立方 米，實(shí)際第2只樣碳含量值為0.61%，本方法計(jì)算得到的計(jì)算值為0.63%;
實(shí)施例2:沙鋼集團(tuán)潤(rùn)忠煉鋼廠一車間90T電爐煉鋼生產(chǎn)，2009年?duì)t 號(hào)2351爐，鋼種C70DA，熔清樣碳元素含量為1.15%，取熔清樣時(shí)側(cè)壁氧 槍耗氧量為2097立方米，爐門氧槍耗氧量為1123立方米，側(cè)壁氧槍天然 氣消耗量為300立方米，取第2只樣時(shí)側(cè)壁氧槍耗氧量為2332立方米，爐 門氧槍耗氧量為1260立方米，側(cè)壁氧槍天然氣消耗量為326立方米，實(shí)際 第2只樣碳含量值為0.83%，本方法計(jì)算得到的計(jì)算值為0.84%;取第3只 樣也是終點(diǎn)樣時(shí)側(cè)壁氧槍耗氧量為2516立方米，爐門氧槍耗氧量為1357 立方米，側(cè)壁氧槍天然氣消耗量為343立方米，實(shí)際第3只樣碳含量值為 0.65%，本方法計(jì)算得到的計(jì)算值為0.64%;
實(shí)施例3:沙鋼集團(tuán)潤(rùn)忠煉鋼廠一車間90T電爐煉鋼生產(chǎn)，2009年?duì)t 號(hào)2382爐，鋼禾巾C80DA，熔清樣碳元素含量為1.02%，取熔清樣時(shí)側(cè)壁氧 槍耗氧量為1891立方米，爐門氧槍耗氧量為1070立方米，側(cè)壁氧槍天然 氣消耗量為334立方米，取第2只樣也是終點(diǎn)樣時(shí)側(cè)壁氧槍耗氧量為2232 立方米，爐門氧槍耗氧量為1231立方米，側(cè)壁氧槍天然氣消耗量為367立方米，實(shí)際第2只樣碳含量值為0.66%，本方法計(jì)算得到的計(jì)算值為0.66%;
實(shí)施例4:沙鋼集團(tuán)潤(rùn)忠煉鋼廠一車間90T電爐煉鋼生產(chǎn)，2009年?duì)t 號(hào)2384爐，鋼種C80DA，熔清樣碳元素含量為1.41%，取熔清樣時(shí)側(cè)壁氧 槍耗氧量為1885立方米，爐門氧槍耗氧量為815立方米，側(cè)壁氧槍天然氣 消耗量為407立方米，取第2只樣時(shí)側(cè)壁氧槍耗氧量為2082立方米，爐門 氧槍耗氧量為937立方米，側(cè)壁氧槍天然氣消耗量為429立方米，實(shí)際第2 只樣碳含量值為1.07%，本方法計(jì)算得到的計(jì)算值為1.07%;取第3只樣也 是終點(diǎn)樣時(shí)側(cè)壁氧槍耗氧量為2408立方米，爐門氧槍耗氧量為1108立方 米，側(cè)壁氧槍天然氣消耗量為459立方米，實(shí)際第3只樣碳含量值為0.70%, 本方法計(jì)算得到的計(jì)算值為0.70%;
實(shí)施例5:沙鋼集團(tuán)潤(rùn)忠煉鋼廠一車間90T電爐煉鋼生產(chǎn)，2009年?duì)t 號(hào)2419爐，鋼種C70DA，熔清樣碳元素含量為1.67%,取熔清樣時(shí)側(cè)壁氧 槍耗氧量為1526立方米，爐門氧槍耗氧量為869立方米，側(cè)壁氧槍天然氣 消耗量為292立方米，取第2只樣時(shí)側(cè)壁氧槍耗氧量為1735立方米，爐門 氧槍耗氧量為963立方米，側(cè)壁氧槍天然氣消耗量為312立方米，實(shí)際第2 只樣碳含量值為1.34%，本方法計(jì)算得到的計(jì)算值為1.35%;取第3只樣時(shí) 側(cè)壁氧槍耗氧量為1961立方米，爐門氧槍耗氧量為1061立方米，側(cè)壁氧 槍天然氣消耗量為331立方米，實(shí)際第3只樣碳含量值為1.03%，本方法計(jì) 算得到的計(jì)算值為1.04%;取第4只樣也是終點(diǎn)樣時(shí)側(cè)壁氧槍耗氧量為2407 立方米，爐門氧槍耗氧量為1268立方米，側(cè)壁氧槍天然氣消耗量為369立 方米，實(shí)際第4只樣碳含量值為0.58%,本方法計(jì)算得到的計(jì)算值為0.60%。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人 員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修 飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種 不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量的測(cè)定方法，其特征在于包括如下步驟1)將普通氣體流量計(jì)安裝在電爐煉鋼所需的氣體介質(zhì)的管道上以進(jìn)行氣體流量的測(cè)定；2)提取電爐冶煉熔清樣并測(cè)得其中碳元素含量TR；3)通過(guò)氣體流量計(jì)的測(cè)量獲得以下參數(shù)a)煉鋼爐內(nèi)清取樣后直至當(dāng)前時(shí)間的氧氣壓力平均值PY；b)冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的側(cè)壁氧槍耗氧量AD；c)冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的側(cè)壁氧槍耗氧量AR；d)冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的爐門氧槍耗氧量BD；e)冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的爐門氧槍耗氧量BR；f)冶煉開始后直至當(dāng)前時(shí)間的側(cè)壁氧槍天然氣消耗量CD；g)冶煉開始后直至熔清樣取樣時(shí)的側(cè)壁氧槍天然氣消耗量CR；4)通過(guò)如下公式計(jì)算得到電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水的碳含量TDTD＝TR*EXP(D1*(PY/10.5)*(D2*(AD-AR-D3*(CD-CR))+D4*(BD-BR)))其中EXP為工業(yè)常數(shù)e的指數(shù)函數(shù)；D1、D2、D3、D4為與脫碳速度有關(guān)的相關(guān)常數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量的測(cè)定方法，其特征在于所述計(jì)算公式適用于快、中、慢三種脫碳速度的形式，這三種形式 下T。的取值適用范圍分別為(l)快速1.80〉D0.60; (2)中速1.80〉T?！?.60; (3)慢速:1.80>TD>0.80。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量的測(cè)定方法，其特征 在于所述快、中、慢三種形式下D,取值的不同，其D,、 D2、 D3、 D』勺具 體取值為(l)快速:Df-O.OOI， D2=0.5， D:,=2， D4=2.6; (2)中速:D產(chǎn)-0扁7， D2=0.5， D3=2， D4=2.6; (3)慢速D產(chǎn)陽(yáng)0.00053， D2=0.5， D3=2， D4=2.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量的測(cè)定方法，其特征在 于所述歩驟(l)中的氣體介質(zhì)包括氧氣和天然氣。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量的測(cè)定方法，其利用普通氣體流量計(jì)等測(cè)定出氧氣、天然氣等氣體介質(zhì)的消耗量及壓力值，提取電爐冶煉熔清樣并測(cè)得其中碳元素含量的參數(shù)值，通過(guò)公式計(jì)算得到電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水碳含量，從而判斷煉鋼的完成出爐的時(shí)間；本發(fā)明使用方法簡(jiǎn)單，不受爐容、料情、脫碳設(shè)備配置的影響，鋼水碳含量預(yù)報(bào)精度高，采用參考該方法進(jìn)行電爐煉鋼爐內(nèi)鋼水當(dāng)前碳含量的判斷，準(zhǔn)確率高，且提高了煉鋼的生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G01N33/20GK101592651SQ200910158108
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者周智民, 李增偉, 潘永龍, 高永生 申請(qǐng)人:江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司