王 松,龔 波,王皎月,王 林,毛朝貴,左建華

(1.西安建筑科技大學(xué)研究生院,冶金工程學(xué)院,陜西西安710055; 2.四川省達(dá)州鋼鐵集團(tuán)公司,四川達(dá)州635002)

轉(zhuǎn)爐鋼水終點(diǎn)殘錳含量預(yù)估數(shù)學(xué)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(xué)研究生院,冶金工程學(xué)院,陜西西安710055; 2.四川省達(dá)州鋼鐵集團(tuán)公司,四川達(dá)州635002)

分析了轉(zhuǎn)爐鋼水終點(diǎn)殘錳量的影響因素,針對(duì)達(dá)鋼80t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù),研究表明終點(diǎn)殘錳量與鐵水Si、Mn含量和鋼水終點(diǎn)C含量成正相關(guān),并建立了達(dá)鋼80t轉(zhuǎn)爐鋼水終點(diǎn)殘錳量的數(shù)學(xué)模型。將該模型用于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn),其預(yù)估值與分析值的偏差值≤0.01%的準(zhǔn)確率達(dá)到88%,可以把預(yù)估殘錳值用于配加含錳合金計(jì)算,達(dá)到減少合金加入量,降低成本的目的。

轉(zhuǎn)爐;鋼水;終點(diǎn)殘錳;數(shù)學(xué)模型

1 引言

錳是鋼中重要的合金元素,在轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中大部分被氧化進(jìn)入渣中,為滿足鋼種成分要求須在出鋼過(guò)程或精煉時(shí)補(bǔ)加大量錳鐵合金。提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水殘錳含量是降低出鋼合金化錳鐵用量,降低煉鋼生產(chǎn)成本的重要手段。在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中,為了給合金準(zhǔn)備留有充足時(shí)間,煉鋼工一般在轉(zhuǎn)爐吹煉中期根據(jù)前幾爐鋼水終點(diǎn)殘錳量經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算合金加入量,并開(kāi)始準(zhǔn)備該爐的合金用量并送至轉(zhuǎn)爐爐后備用。而從實(shí)際情況看,憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)估的終點(diǎn)殘錳值與實(shí)際分析值往往存在較大偏差,因此在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確預(yù)估終點(diǎn)殘錳量可以提前減少錳合金備用量,也就達(dá)到了降低錳合金用量,降低成本的目的。下面對(duì)影響終點(diǎn)殘錳的因素進(jìn)行研究,建立簡(jiǎn)單可靠,適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的終點(diǎn)殘錳預(yù)估數(shù)學(xué)模型用于指導(dǎo)合金加入量。

2 轉(zhuǎn)爐鋼水終點(diǎn)殘錳影響因素

目前國(guó)內(nèi)研究者對(duì)提高鋼水終點(diǎn)殘錳的影響因素進(jìn)行了定性研究[1-7],主要從鐵水Si、Mn含量、轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C含量、終點(diǎn)溫度及終渣的氧化性、渣量等幾個(gè)方面研究了對(duì)終點(diǎn)殘錳量的影響。其結(jié)論有:轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C含量越高,越有利于提高終點(diǎn)殘Mn含量;增加鐵水中Mn含量,經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng),增加了渣中Mn O含量,利用渣-金化學(xué)平衡增加鋼水中殘錳含量,但單純通過(guò)提高鐵水錳含量不能獲得較高的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)殘錳量,它還受渣量的影響;單純提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度也不能獲得較高的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)殘錳量,終點(diǎn)溫度高有利于渣中Mn還原,但同時(shí)帶來(lái)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(shí)質(zhì)是渣量問(wèn)題;改善吹煉過(guò)程動(dòng)力學(xué)條件,減少渣量,防止噴濺,有利于提高終點(diǎn)殘錳量。

根據(jù)上述研究結(jié)論,有研究者利用熔池中的錳在鋼液和爐渣間分配,根據(jù)渣-金化學(xué)平衡建立了終點(diǎn)殘錳量的數(shù)學(xué)模型[8]:

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

從該數(shù)學(xué)模型看,鋼水終點(diǎn)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(xué)平衡常數(shù)有關(guān)。

根據(jù)終點(diǎn)鋼水C-O積原理,控制終點(diǎn)鋼水氧化性主要因素是終點(diǎn)C,因此,提高終點(diǎn)C有利于降低鋼水氧化性,提高殘錳量。轉(zhuǎn)爐渣量與入爐原料和造渣材料密切相關(guān),若廢鋼條件穩(wěn)定,熔池中Si、Mn來(lái)自于鐵水,若冶煉操作無(wú)大的噴濺,其渣量變化也與鐵水中Si、Mn含量有關(guān),因此可以在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中利用鐵水Si、Mn含量及鋼水終點(diǎn)C含量三個(gè)參數(shù)預(yù)估終點(diǎn)殘Mn含量。

3 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)殘錳預(yù)估數(shù)學(xué)模型

為研究鐵水Si、Mn含量及鋼水終點(diǎn)C含量與終點(diǎn)Mn含量之間的定量關(guān)系,2015年7月份根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤的達(dá)鋼3座80t轉(zhuǎn)爐共468爐次的生產(chǎn)情況,整理相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 鐵水成分及鋼水終點(diǎn)成分

根據(jù)所收集的468爐的鐵水Si、Mn含量、鋼水終點(diǎn)C、終點(diǎn)Mn含量數(shù)據(jù),利用Excel辦公軟件進(jìn)行了回歸分析。

打開(kāi)Excel表→工具→數(shù)據(jù)分析→回歸,取終點(diǎn)Mn含量數(shù)據(jù)為因變量Y,取鐵水Si、Mn含量、鋼水終點(diǎn)C含量為自變量X進(jìn)行回歸分析見(jiàn)表2、3、4。

表2 回歸統(tǒng)計(jì)分析

表2相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.825,說(shuō)明所選因變量與自變量高度正相關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)誤差

0.009 58,極小,說(shuō)明擬合程度極高。從表3看,Significance F(F顯著性統(tǒng)計(jì)量)的P值接近0,小于顯著性水平0.05,說(shuō)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(tǒng)計(jì)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(guān)。根據(jù)表4建立三元一次方程數(shù)學(xué)模型:

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

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

表3 方差分析

表4 回歸系數(shù)

4 數(shù)學(xué)模型檢驗(yàn)

在達(dá)鋼1#、2#轉(zhuǎn)爐操作室成本統(tǒng)計(jì)電腦上建立Excel文檔,利用函數(shù)建立上述數(shù)學(xué)模型,在鐵水入爐后輸入鐵水Si、Mn成分,同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)輸入終點(diǎn)C成分,得到終點(diǎn)殘錳預(yù)估值,并以該殘錳預(yù)估值為依據(jù)計(jì)算該爐硅錳合金加入量。2015年8月份利用此模型預(yù)估了15爐轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)殘錳含量,列出部分計(jì)算結(jié)果,見(jiàn)表5。從表5看,模型預(yù)估Mn與分析Mn差值在0.01%以內(nèi)占88%,其準(zhǔn)確性完全可以滿足生產(chǎn)需要。

表5 殘錳含量預(yù)估值與分析值的比較

5 結(jié)論

(1)在入轉(zhuǎn)爐廢鋼結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定,冶煉操作水平基本穩(wěn)定的情況下,轉(zhuǎn)爐鋼水終點(diǎn)殘錳含量與鐵水Si、Mn含量和鋼水終點(diǎn)C含量顯著相關(guān),可以定量描述。

(2)統(tǒng)計(jì)鐵水Si、Mn含量、鋼水終點(diǎn)C含量和Mn含量,利用Execl辦公軟件的回歸分析工具得到達(dá)鋼80t轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)殘錳預(yù)估數(shù)學(xué)模型為w%殘Mn=0.041 8 W%鐵水Si+ 0.048 W%鐵水Mn+0.552 W%終點(diǎn)C+0.046,其檢驗(yàn)準(zhǔn)確率達(dá)到88%。

(3)轉(zhuǎn)爐鋼水終點(diǎn)殘錳預(yù)估數(shù)學(xué)模型可以用于指導(dǎo)配加合金量,達(dá)到準(zhǔn)確配加含錳合金,降低合金消耗,節(jié)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。