轉爐鋼水終點殘錳含量預估數學模型研究

王 松,龔 波,王皎月,王 林,毛朝貴,左建華

(1.西安建筑科技大學研究生院,冶金工程學院,陜西西安710055; 2.四川省達州鋼鐵集團公司,四川達州635002)

轉爐鋼水終點殘錳含量預估數學模型研究

王 松1,龔 波1,王皎月2,王 林2,毛朝貴2,左建華2

(1.西安建筑科技大學研究生院,冶金工程學院,陜西西安710055; 2.四川省達州鋼鐵集團公司,四川達州635002)

分析了轉爐鋼水終點殘錳量的影響因素,針對達鋼80t轉爐生產實際數據,研究表明終點殘錳量與鐵水Si、Mn含量和鋼水終點C含量成正相關,并建立了達鋼80t轉爐鋼水終點殘錳量的數學模型。將該模型用于現場檢驗,其預估值與分析值的偏差值≤0.01%的準確率達到88%,可以把預估殘錳值用于配加含錳合金計算,達到減少合金加入量,降低成本的目的。

轉爐;鋼水;終點殘錳;數學模型

1 引言

錳是鋼中重要的合金元素,在轉爐吹煉過程中大部分被氧化進入渣中,為滿足鋼種成分要求須在出鋼過程或精煉時補加大量錳鐵合金。提高轉爐終點鋼水殘錳含量是降低出鋼合金化錳鐵用量,降低煉鋼生產成本的重要手段。在轉爐生產過程中,為了給合金準備留有充足時間,煉鋼工一般在轉爐吹煉中期根據前幾爐鋼水終點殘錳量經驗值計算合金加入量,并開始準備該爐的合金用量并送至轉爐爐后備用。而從實際情況看,憑經驗預估的終點殘錳值與實際分析值往往存在較大偏差,因此在生產現場準確預估終點殘錳量可以提前減少錳合金備用量,也就達到了降低錳合金用量,降低成本的目的。下面對影響終點殘錳的因素進行研究,建立簡單可靠,適合現場生產的終點殘錳預估數學模型用于指導合金加入量。

2 轉爐鋼水終點殘錳影響因素

目前國內研究者對提高鋼水終點殘錳的影響因素進行了定性研究[1-7],主要從鐵水Si、Mn含量、轉爐終點C含量、終點溫度及終渣的氧化性、渣量等幾個方面研究了對終點殘錳量的影響。其結論有:轉爐終點C含量越高,越有利于提高終點殘Mn含量;增加鐵水中Mn含量,經過轉爐內化學反應,增加了渣中Mn O含量,利用渣-金化學平衡增加鋼水中殘錳含量,但單純通過提高鐵水錳含量不能獲得較高的轉爐終點殘錳量,它還受渣量的影響;單純提高轉爐終點溫度也不能獲得較高的轉爐終點殘錳量,終點溫度高有利于渣中Mn還原,但同時帶來鋼水氧化性增加,又不利于渣中Mn O還原;它還受渣量變化的影響,鐵水Si含量增加,造渣材料用量增加,降低了渣中Mn O含量,不利于提高殘錳量,其實質是渣量問題;改善吹煉過程動力學條件,減少渣量,防止噴濺,有利于提高終點殘錳量。

根據上述研究結論,有研究者利用熔池中的錳在鋼液和爐渣間分配,根據渣-金化學平衡建立了終點殘錳量的數學模型[8]:

式中:∑Mn,g鋼,KMn,(FeO),g渣分別代表進入熔池的總錳量,終點鋼液量,平衡系數,渣中FeO含量,渣量。

從該數學模型看,鋼水終點殘錳主要與總錳量、鋼水氧化性、鋼液量、渣量及Mn的渣-金化學平衡常數有關。

根據終點鋼水C-O積原理,控制終點鋼水氧化性主要因素是終點C,因此,提高終點C有利于降低鋼水氧化性,提高殘錳量。轉爐渣量與入爐原料和造渣材料密切相關,若廢鋼條件穩定,熔池中Si、Mn來自于鐵水,若冶煉操作無大的噴濺,其渣量變化也與鐵水中Si、Mn含量有關,因此可以在轉爐生產過程中利用鐵水Si、Mn含量及鋼水終點C含量三個參數預估終點殘Mn含量。

3 轉爐終點殘錳預估數學模型

為研究鐵水Si、Mn含量及鋼水終點C含量與終點Mn含量之間的定量關系,2015年7月份根據現場跟蹤的達鋼3座80t轉爐共468爐次的生產情況,整理相關數據見表1。

表1 鐵水成分及鋼水終點成分

根據所收集的468爐的鐵水Si、Mn含量、鋼水終點C、終點Mn含量數據,利用Excel辦公軟件進行了回歸分析。

打開Excel表→工具→數據分析→回歸,取終點Mn含量數據為因變量Y,取鐵水Si、Mn含量、鋼水終點C含量為自變量X進行回歸分析見表2、3、4。

表2 回歸統計分析

表2相關系數達到0.825,說明所選因變量與自變量高度正相關。標準誤差

0.009 58,極小,說明擬合程度極高。從表3看,Significance F(F顯著性統計量)的P值接近0,小于顯著性水平0.05,說明擬建立的回歸方程回歸效果顯著。從表4看,各自變量的t統計量的P值均小于顯著性水平0.05,因此各自變量與因變量Y密切正相關。根據表4建立三元一次方程數學模型:

w%殘Mn=0.041 8 W%鐵水Si+0.048 W%鐵水Mn+0.552 W%終點C+0.046

式中:W%鐵水Si、W%鐵水Mn、W%終點C分別為鐵水Si、Mn含量、鋼水終點Mn含量,%。

表3 方差分析

表4 回歸系數

4 數學模型檢驗

在達鋼1#、2#轉爐操作室成本統計電腦上建立Excel文檔,利用函數建立上述數學模型,在鐵水入爐后輸入鐵水Si、Mn成分,同時根據經驗輸入終點C成分,得到終點殘錳預估值,并以該殘錳預估值為依據計算該爐硅錳合金加入量。2015年8月份利用此模型預估了15爐轉爐終點殘錳含量,列出部分計算結果,見表5。從表5看,模型預估Mn與分析Mn差值在0.01%以內占88%,其準確性完全可以滿足生產需要。

表5 殘錳含量預估值與分析值的比較

5 結論

(1)在入轉爐廢鋼結構基本穩定,冶煉操作水平基本穩定的情況下,轉爐鋼水終點殘錳含量與鐵水Si、Mn含量和鋼水終點C含量顯著相關,可以定量描述。

(2)統計鐵水Si、Mn含量、鋼水終點C含量和Mn含量,利用Execl辦公軟件的回歸分析工具得到達鋼80t轉爐終點殘錳預估數學模型為w%殘Mn=0.041 8 W%鐵水Si+ 0.048 W%鐵水Mn+0.552 W%終點C+0.046,其檢驗準確率達到88%。

(3)轉爐鋼水終點殘錳預估數學模型可以用于指導配加合金量,達到準確配加含錳合金,降低合金消耗,節約成本的目的。

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Research of Converter Molten Steel Residual Manganese Content Estimated Mathematical Model

WANG Song1,GONG Bo1,WANG Jiao-yue2, WANG Lin2,MAO Chao-gui2,ZUO Jian-hua2
(1.School of Metallurgical Engineering graduate,Xi’an building university of science and technology,Xi’an 710055,Shanxi,China;2.Sichuan Dazhou Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Dazhou 635002 Sichuan,China)

This paper analyzes the influence factors of residual manganese content in molten steel by steel converter.According to the 80t converter actual production data of dagang,research shows that residual manganese is positively related to the amount of Si,Mn content in molten iron and C content in molten steel.A mathematical model of molten steel residual manganese content in dagang’s 80t steel converter was set up.Using the model for on-site testing,the accuracy rate of deviation value≤0.01%between estimate value and analytical value has reached up to 88%.The estimate residual manganese value can be used to calculate the amount of manganesecontent alloy to add to the steel,achieving the purpose of reducing the alloy addition amount and costs.

converter;molten steel;end residual manganese;mathematical model

TF345

:A

1001-5108(2015)05-0029-03

王松,工程師,主要從事鋼鐵冶煉方面的工作。