转炉钢水终点残锰含量预估数学模型研究

王 松,龚 波,王皎月,王 林,毛朝贵,左建华

(1.西安建筑科技大学研究生院,冶金工程学院,陕西西安710055; 2.四川省达州钢铁集团公司,四川达州635002)

转炉钢水终点残锰含量预估数学模型研究

王 松1,龚 波1,王皎月2,王 林2,毛朝贵2,左建华2

(1.西安建筑科技大学研究生院,冶金工程学院,陕西西安710055; 2.四川省达州钢铁集团公司,四川达州635002)

分析了转炉钢水终点残锰量的影响因素,针对达钢80t转炉生产实际数据,研究表明终点残锰量与铁水Si、Mn含量和钢水终点C含量成正相关,并建立了达钢80t转炉钢水终点残锰量的数学模型。将该模型用于现场检验,其预估值与分析值的偏差值≤0.01%的准确率达到88%,可以把预估残锰值用于配加含锰合金计算,达到减少合金加入量,降低成本的目的。

转炉;钢水;终点残锰;数学模型

1 引言

锰是钢中重要的合金元素,在转炉吹炼过程中大部分被氧化进入渣中,为满足钢种成分要求须在出钢过程或精炼时补加大量锰铁合金。提高转炉终点钢水残锰含量是降低出钢合金化锰铁用量,降低炼钢生产成本的重要手段。在转炉生产过程中,为了给合金准备留有充足时间,炼钢工一般在转炉吹炼中期根据前几炉钢水终点残锰量经验值计算合金加入量,并开始准备该炉的合金用量并送至转炉炉后备用。而从实际情况看,凭经验预估的终点残锰值与实际分析值往往存在较大偏差,因此在生产现场准确预估终点残锰量可以提前减少锰合金备用量,也就达到了降低锰合金用量,降低成本的目的。下面对影响终点残锰的因素进行研究,建立简单可靠,适合现场生产的终点残锰预估数学模型用于指导合金加入量。

2 转炉钢水终点残锰影响因素

目前国内研究者对提高钢水终点残锰的影响因素进行了定性研究[1-7],主要从铁水Si、Mn含量、转炉终点C含量、终点温度及终渣的氧化性、渣量等几个方面研究了对终点残锰量的影响。其结论有:转炉终点C含量越高,越有利于提高终点残Mn含量;增加铁水中Mn含量,经过转炉内化学反应,增加了渣中Mn O含量,利用渣-金化学平衡增加钢水中残锰含量,但单纯通过提高铁水锰含量不能获得较高的转炉终点残锰量,它还受渣量的影响;单纯提高转炉终点温度也不能获得较高的转炉终点残锰量,终点温度高有利于渣中Mn还原,但同时带来钢水氧化性增加,又不利于渣中Mn O还原;它还受渣量变化的影响,铁水Si含量增加,造渣材料用量增加,降低了渣中Mn O含量,不利于提高残锰量,其实质是渣量问题;改善吹炼过程动力学条件,减少渣量,防止喷溅,有利于提高终点残锰量。

根据上述研究结论,有研究者利用熔池中的锰在钢液和炉渣间分配,根据渣-金化学平衡建立了终点残锰量的数学模型[8]:

式中:∑Mn,g钢,KMn,(FeO),g渣分别代表进入熔池的总锰量,终点钢液量,平衡系数,渣中FeO含量,渣量。

从该数学模型看,钢水终点残锰主要与总锰量、钢水氧化性、钢液量、渣量及Mn的渣-金化学平衡常数有关。

根据终点钢水C-O积原理,控制终点钢水氧化性主要因素是终点C,因此,提高终点C有利于降低钢水氧化性,提高残锰量。转炉渣量与入炉原料和造渣材料密切相关,若废钢条件稳定,熔池中Si、Mn来自于铁水,若冶炼操作无大的喷溅,其渣量变化也与铁水中Si、Mn含量有关,因此可以在转炉生产过程中利用铁水Si、Mn含量及钢水终点C含量三个参数预估终点残Mn含量。

3 转炉终点残锰预估数学模型

为研究铁水Si、Mn含量及钢水终点C含量与终点Mn含量之间的定量关系,2015年7月份根据现场跟踪的达钢3座80t转炉共468炉次的生产情况,整理相关数据见表1。

表1 铁水成分及钢水终点成分

根据所收集的468炉的铁水Si、Mn含量、钢水终点C、终点Mn含量数据,利用Excel办公软件进行了回归分析。

打开Excel表→工具→数据分析→回归,取终点Mn含量数据为因变量Y,取铁水Si、Mn含量、钢水终点C含量为自变量X进行回归分析见表2、3、4。

表2 回归统计分析

表2相关系数达到0.825,说明所选因变量与自变量高度正相关。标准误差

0.009 58,极小,说明拟合程度极高。从表3看,Significance F(F显著性统计量)的P值接近0,小于显著性水平0.05,说明拟建立的回归方程回归效果显著。从表4看,各自变量的t统计量的P值均小于显著性水平0.05,因此各自变量与因变量Y密切正相关。根据表4建立三元一次方程数学模型:

w%残Mn=0.041 8 W%铁水Si+0.048 W%铁水Mn+0.552 W%终点C+0.046

式中:W%铁水Si、W%铁水Mn、W%终点C分别为铁水Si、Mn含量、钢水终点Mn含量,%。

表3 方差分析

表4 回归系数

4 数学模型检验

在达钢1#、2#转炉操作室成本统计电脑上建立Excel文档,利用函数建立上述数学模型,在铁水入炉后输入铁水Si、Mn成分,同时根据经验输入终点C成分,得到终点残锰预估值,并以该残锰预估值为依据计算该炉硅锰合金加入量。2015年8月份利用此模型预估了15炉转炉终点残锰含量,列出部分计算结果,见表5。从表5看,模型预估Mn与分析Mn差值在0.01%以内占88%,其准确性完全可以满足生产需要。

表5 残锰含量预估值与分析值的比较

5 结论

(1)在入转炉废钢结构基本稳定,冶炼操作水平基本稳定的情况下,转炉钢水终点残锰含量与铁水Si、Mn含量和钢水终点C含量显著相关,可以定量描述。

(2)统计铁水Si、Mn含量、钢水终点C含量和Mn含量,利用Execl办公软件的回归分析工具得到达钢80t转炉终点残锰预估数学模型为w%残Mn=0.041 8 W%铁水Si+ 0.048 W%铁水Mn+0.552 W%终点C+0.046,其检验准确率达到88%。

(3)转炉钢水终点残锰预估数学模型可以用于指导配加合金量,达到准确配加含锰合金,降低合金消耗,节约成本的目的。

[1] 薛正良,吴丽嘉,王炜,等.转炉终点钢水残锰含量及锰收得率的影响因素分析[J].炼钢, 2011(6):40-43.

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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,工程师,主要从事钢铁冶炼方面的工作。