CN107287385B - 铁水扒渣留渣比例的计算与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁水扒渣留渣比例的计算与控制方法，通过预设定转炉冶炼终点硫的质量百分比，以及根据钢种成品硫含量确定该钢种的脱硫标准；根据钢种成品的硫元素的质量百分比，设定转炉终点硫含量，预留出0.002～0.003％的安全空间；根据铁水初始硫含量，以及转炉冶炼过程废钢、各种辅料对回硫的影响，计算达到设定转炉终点硫含量允许剩余的残渣比例；在扒渣过程通过高清摄像头拍摄获取铁水包内脱硫后初始渣面积，以及扒渣结束前时时获取铁水包内残渣的面积，当残渣面积比例达到计算比例时扒渣结束。

Description

铁水扒渣留渣比例的计算与控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种铁水扒渣留渣比例的计算与控制方法，属于冶金技术领域。

背景技术

硫元素对对大部分钢种来讲是有害元素，在转炉冶炼前要通过铁水脱硫扒渣的方法去除大部分硫元素。高炉铁水渣中的硫含量是高炉铁水的硫含量20～50左右，例如某钢厂的高炉铁水渣硫含量在0.9％左右，其铁水的硫的平均水平在0.025％左右，因此说高炉铁水渣的硫含量较高。铁水经过脱硫处理后，脱硫产物全部上浮到铁水渣中，随着铁水硫的增加脱硫后的渣中硫含量不断提高，例如，铁水硫在0.01％水平，其脱硫后渣中硫浓度在1～2％之间，铁水硫在0.03％水平，其脱硫后渣中硫浓度在4％左右。因此不同铁水硫脱硫后铁水渣扒渣后的残留量对转炉终点硫含量的影响很大；转炉在冶炼的过程中加入大量废钢和造渣辅料，废钢和造渣的辅料的硫的含量在0.02～0.05％之间，也会对转炉终点硫的含量产生较大的影响，但是这些影响在转炉冶炼过程中是无法去除的，必须通过减少入炉铁水带渣量来降低废钢和辅料对终点硫的影响。

常规冶炼低硫钢种的铁水扒渣方法主要是将铁水渣扒干净或者简单根据冶炼钢种成品硫确定扒渣等级，未充分考虑铁水初始硫、铁水带渣回硫和转炉回硫影响。由于在扒渣的过程中会带着部分铁水，通常扒渣过程中会夹带50％左右的铁水，因此会提高金属的损失，如果扒渣不足，则会导致回硫影响钢水的质量。因此做到能够根据钢种硫含量要求，全面考虑影响转炉终点硫含量的各种因素，量化确定铁水扒渣后留渣比例，以及准确控制留渣比例对准确控制种回硫是非常重要的。因此，迫切的需要一种装置来解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种铁水扒渣留渣比例的计算与控制方法，该技术方案将影响回硫因素充分考虑，对扒渣留渣量进行量化确定，同时高分辨率摄像器进行监控计算留渣比例。采用该方法硫的炼成率达到100％，降低扒渣铁损吨钢1～2kg/t。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种铁水扒渣留渣比例的计算与控制方法，其特征在于，所述方法具体如下：1)根据冶炼钢种成品硫的 要求、要求转炉终点硫的质量百分比小于该钢种成品硫的质量百分比在0.002～0.004％之间，记为S_风险预留％，目的防止转炉终点硫超出成品硫；

2)计算转炉冶炼过程回硫，S_转炉回硫％包括废钢回硫S_废钢回硫％、辅料回硫S_辅料回硫％，在转炉冶炼过程中的脱硫系数按照20～30％计算，根据转炉冶炼模式选择转炉脱硫系数，当转炉采用留渣模式冶炼时，转炉脱硫系数按照20％计算，当转炉不留渣冶炼时选择30％脱硫系数；

3)根据冶炼钢种成品硫S_{钢种成品硫含量}％的要求、转炉回硫S_转炉回硫％、S_风险预留％，确定合理的脱硫等级，要求脱硫等级S_{目标脱硫硫含量}％小于S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％，其中(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％≥0.001％，最好选择(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S _转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％差值在0.002～0.003％，其目的在于合适的脱硫深度，有利于控制铁水渣回硫稳定性，同时达到降低铁水损失目的，S_{目标脱硫硫含量}％计算过程中取整数；

4)要求考虑铁水本身带渣量对铁水脱硫后渣中硫浓度的影响，目的更加准确的控制转炉终点硫含量，要求铁水脱硫前的带渣率为2～4‰，通过现场测量发现铁水翻铁结束后，其渣层厚度在1.5cm以内能够确保铁水带渣量在2～4‰以内，脱硫前确认铁水液面，测量渣层厚度，厚度超出1.5cm要进行脱硫前预扒渣，将部分铁水渣扒出，确保渣层厚度在1.5cm以内；

5)根据铁水初始硫含量S_{铁水初始硫}％、脱硫前铁水带渣量、铁水渣硫含量、转炉冶炼过程回硫量，钢种成品硫要求，确定扒渣后留渣量比例公式，计算达到设定转炉终点硫含量时允许剩余的残渣比例。则根据以上规则可以得出铁水脱硫后留渣量比例公式为：

A_{留渣量比例}＝M_{允许扒渣后留渣量回硫的质量}/M_{铁水脱硫后炉渣中硫的总质量}％；

M_{允许扒渣后留渣量回硫的质量}＝(S_{钢种成品硫含量}％-S_{目标脱硫硫含量}％-S_风险预留％)*(M_铁水重量+M_废钢重量)*A_{钢水收得率}-M_{废钢回硫质量}-M_{辅料回硫质量}；

M_{铁水脱硫后炉渣中硫的总质量}＝(S_{铁水初始硫}％-S_{目标脱硫硫含量}％)*M_铁水重量+S_{高炉渣硫含量}％*M_铁水重量*A_{铁水带渣系数}；

M_{废钢回硫质量}＝M_废钢重量*S_{废钢硫含量}％*(1-A_{转炉脱硫效率}％)；

M_{辅料回硫质量}＝M_辅料重量*S_{辅料硫含量}％*(1-A_{转炉脱硫效率}％)；

S_转炉回硫％＝(M_{辅料回硫质量}+M_{废钢回硫质量})/(M_铁水重量*A_{钢水收得率}+M_废钢重量*A_{钢水收得率})

A_{转炉脱硫效率}％取20～30％,A_{铁水带渣系数}取2～4‰,A_{钢水收得率}取95％即铁水在转炉冶炼过程的收得率；

6)根据冶炼钢种成品硫的要求确定合理的脱硫等级进行脱硫，脱硫作业结束进行扒渣作业，在扒渣作业过程中采用高分辨率摄像器进行监控，要求采用分辨率摄像器 分辨率≥1600*1200，摄像器正对铁水表面，要求扒渣前、扒渣后的铁水包倾翻的角度一致；

7)在扒渣过程通过摄像器获得铁包内铁水渣面积变化情况，通过图像处理软件实时计算包内铁水渣面积，采用工业级高分辨率摄像器，摄像器正对铁水表面，要求当实际留渣面积与计算留渣面积相差在2％以内时结束扒渣。

作为本发明的一种改进，所述步骤7)中通过图像处理软件实时计算包内铁水渣面积,具体如下：71)图像处理软件采用otsu算法，otsu算法被认为是图像阈值分割的最佳算法，其计算简单、不受图像亮度和对比度的影响且错分率最低。因此采用otsu算法处理计算获取图像中铁水渣的面积比例，Otsu法，又称最大类间方差法、大津算法，采用聚类的思想将图像灰度数按灰度级分成两个部分，使得两个部分之间的差异最大，两个部分内部的差异最小，这是通过方差的计算来寻找一个合适的灰度划分级别。假设T是设定的阈值为合适的灰度划分级别，W0是分割后铁水像素点数占图像的比例，U0是分割后铁水的平均灰度，W1是分割后铁渣像素点占图像的比例，U1是分割后铁渣的平均灰度，(W0、U0、W1、U1、通过预设T阈值在拍摄图像像素信息获取。)

从L个灰度级遍历T，L取值范围0～255整数值，使得当T为某个值时，铁水和铁渣的方差最大，则这个T值就是我们所要求得的阈值。其中，方差的计算公式如下：

g＝W0*W1*(U0-U1)*(U0-U1)

通过otsu算法对现场拍摄大量图像进行T值计算，得到铁水和铁渣分割阈值为25时能够有效分割铁水和铁渣。使用T＝25时对拍摄图像做分割并染色，实际值>T时为铁水，实际值<T时为铁渣，红色铁水区域，绿色铁渣区域。

用COUNT(f＝红色)表示铁水像素点数，用COUNT(f＝绿色)表示铁渣像素点数，则铁渣面积比例可如下计算：

相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案通过对影响回硫因素充分考虑，对扒渣留渣量进行量化确定，同时高分辨率摄像器进行监控计算留渣比例，采用该方法硫的炼成率达到100％，降低扒渣铁损吨钢1～2kg/t。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面对本实施例做详细的说明。

实施例1：

生产钢种AP0640B8,其钢种硫要求为0.0125％，铁水初始硫为0.02％，废钢的硫含量为0.025％，废钢量38吨，石灰硫含量为0.035％，石灰用量5000kg、轻烧白云石硫含量为0.035％，轻烧白云石用量3000kg、矿石硫含量为0.02％，矿石用量2000kg，本炉铁水量为252吨，废钢38吨，铁水渣硫的质量百分比为0.9％。采用留渣模式冶炼。根据以上条件计算留渣面积比例。

1、根据设定要求转炉终点硫的质量百分比小于该钢种成品硫的质量百分比在0.002～0.004％之间要求，取S_风险预留％＝0.003％；

2、计算转炉冶炼回硫S_转炉回硫％＝S_辅料回硫％+S_废钢回硫％，由于转炉采用留渣模式冶炼，A_{转炉脱硫效率}％选取20％。

M_{辅料回硫质量}＝M_辅料重量*S_{辅料硫含量}％*(1-A_{转炉脱硫效率}％)

＝5000*0.035％*(1-20％)+3000*0.035％(1-20％)+2000*0.02％(1-20％)

＝2.64kg；

M_{废钢回硫质量}＝M_废钢重量*S_{废钢硫含量}％*(1-A_{转炉脱硫效率}％)

＝38000*0.025％*(1-20％)

＝7.6kg

S_转炉回硫％＝(M_{辅料回硫质量}+M_{废钢回硫质量})/(M_铁水重量*A_{钢水收得率}+M_废钢重量*A_{钢水收得率})

＝10.24/(290*0.95)

＝0.0037％

3、根据冶炼钢种成品硫的要求确定合理的脱硫等级，要求脱硫等级S_{目标脱硫硫含量}％小于S _{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％，其中(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％≥0.001％，最好选择(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％＝0.002～0.003％；

S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％＝0.0125-0.003％-0.0032％＝0.0063％；

根据最好选择(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％＝0.002～0.003％原则，S_{目标脱硫硫含量}％＝0.0063％-0.003％或0.002％＝0.0033％(取整)，所以选取S_{目标脱硫硫含量}％＝0.003％；4、计算留渣量比例，铁水带渣带渣系数按照4‰考虑计算；

计算M_{允许扒渣后留渣量回硫的质量}＝(S_{钢种成品硫含量}％-S_{目标脱硫硫含量}％-S_风险预留％)*(M_铁水重量+M_废钢重量)*A_{钢水收得率}-M_{废钢回硫质量}-M_{辅料回硫质量}

＝(0.0125％-0.003％-0.003％)*290000*0.95-10.24

＝7.66kg

计算M_{铁水脱硫后炉渣中硫的总质量}＝(S_{铁水初始硫}％-S_{目标脱硫硫含量}％)*M_铁水重量+S_{高炉渣硫含量}％*M_铁水重量*A_{铁水带渣系数}；＝(0.02％-0.003％)*252000+0.9％*252000*4‰＝51.91kg

A_{留渣量比例}％＝M_{允许扒渣后留渣量回硫的质量}/M_{铁水脱硫后炉渣中硫的总质量}％＝7.66/51.91＝14.77％

铁水进脱硫站后观察铁水带渣是否正常，脱硫前确认铁水液面，测量渣层厚度，厚度超出1.5cm要进行脱硫前预扒渣，将部分铁水渣扒出，确保渣层厚度在1.5cm以内，然后按照以选取S_{目标脱硫硫含量}％＝0.003％进行脱硫。

5、脱硫结束后进行扒渣作业，将铁水包倾翻到扒渣角度，然后进行扒渣作业，利用在扒渣作业过程中采用高清摄像头进行监控，要求采用分辨率摄像器，分辨率为1600*1200，将摄像器正对铁水表面，要求扒渣前、扒渣后的铁水包倾翻的角度一致。

6、在扒渣过程通过摄像器获得铁包内铁水渣面积变化情况，通过软件时时计算包内铁水渣面积，采用工业级高分辨率摄像器，摄像器正对铁水表面，在扒渣过程动态计算留渣面积。按照T值＝25对图片进行分割，计算留渣比例。当实际留渣面积与计算留渣面积相差在2％以内时结束扒渣，该炉扒渣结束前最后一次计算留渣比例为15.48％，较14.77％差值0.71％，满足要求扒渣结束。

实施例2：

生产钢种AP0640B8,其钢种硫要求为0.0125％，铁水初始硫为0.025％，废钢的硫含量为0.025％，废钢量38吨，石灰硫含量为0.035％，石灰用量5000kg、轻烧白云石硫含量为0.035％，轻烧白云石用量3000kg、矿石硫含量为0.02％，矿石用量2000kg，本炉铁水量为252吨，废钢38吨，铁水渣硫的质量百分比为0.85％。采用留渣模式冶炼。根据以上条件计算留渣面积比例。

1、根据设定要求转炉终点硫的质量百分比小于该钢种成品硫的质量百分比在0.002～0.004％之间要求，取S_风险预留％＝0.003％；

2、计算转炉冶炼回硫S_转炉回硫％＝S_辅料回硫％+S_废钢回硫％，由于转炉采用留渣模式冶炼，A_{转炉脱硫效率}％选取20％。

M_{辅料回硫质量}＝M_辅料重量*S_{辅料硫含量}％*(1-A_{转炉脱硫效率}％)

＝5000*0.035％*(1-20％)+3000*0.035％(1-20％)+2000*0.02％(1-20％)

＝2.64kg；

M_{废钢回硫质量}＝M_废钢重量*S_{废钢硫含量}％*(1-A_{转炉脱硫效率}％)

＝38000*0.025％*(1-20％)

＝7.6kg

S_转炉回硫％＝(M_{辅料回硫质量}+M_{废钢回硫质量})/(M_铁水重量*A_{钢水收得率}+M_废钢重量*A_{钢水收得率})

＝10.24/(290*0.95)

＝0.0037％

3、根据冶炼钢种成品硫的要求确定合理的脱硫等级，要求脱硫等级S_{目标脱硫硫含量}％小于S _{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％，其中(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％≥0.001％，最好选择(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％＝0.002～0.003％；

S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％＝0.0125-0.003％-0.0032％＝0.0063％；

根据最好选择(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％＝0.002～0.003％原则，S_{目标脱硫硫含量}％＝0.0063％-0.003％或0.002％＝0.0033％(取整)，所以选取S_{目标脱硫硫含量}％＝0.003％；

4、计算留渣量比例，铁水带渣带渣系数按照4‰考虑计算；

计算M_{允许扒渣后留渣量回硫的质量}＝(S_{钢种成品硫含量}％-S_{目标脱硫硫含量}％-S_风险预留％)*(M_铁水重量+M_废钢重量)*A_{钢水收得率}-M_{废钢回硫质量}-M_{辅料回硫质量}

＝(0.0125％-0.003％-0.003％)*290000*0.95-10.24

＝7.66kg

计算M_{铁水脱硫后炉渣中硫的总质量}＝(S_{铁水初始硫}％-S_{目标脱硫硫含量}％)*M_铁水重量+S_{高炉渣硫含量}％*M_铁水重量*A_{铁水带渣系数}；＝(0.025％-0.003％)*252000+0.85％*252000*4‰＝64.008kg

A_{留渣量比例}％＝M_{允许扒渣后留渣量回硫的质量}/M_{铁水脱硫后炉渣中硫的总质量}％＝7.66/64.008＝11.97％

铁水进脱硫站后观察铁水带渣是否正常，脱硫前确认铁水液面，测量渣层厚度，厚度超出1.5cm要进行脱硫前预扒渣，将部分铁水渣扒出，确保渣层厚度在1.5cm以内，然后按照以选取S_{目标脱硫硫含量}％＝0.003％进行脱硫。

5、脱硫结束后进行扒渣作业，将铁水包倾翻到扒渣角度，然后进行扒渣作业，利用在扒渣作业过程中采用高清摄像头进行监控，要求采用分辨率摄像器，分辨率为1600*1200，将摄像器正对铁水表面，要求扒渣前、扒渣后的铁水包倾翻的角度一致。

6、在扒渣过程通过摄像器获得铁包内铁水渣面积变化情况，通过软件时时计算包内铁水渣面积，采用工业级高分辨率摄像器，摄像器正对铁水表面，在扒渣过程动态计算留渣面积，按照T值＝25对图片进行分割，计算留渣比例。当实际留渣面积与计算留渣面积相差在2％以内时结束扒渣，该炉扒渣结束前最后一次计算留渣比例为13.1％，较11.97％差值1.13％，满足要求扒渣结束。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基 础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (2)

1.一种铁水扒渣留渣比例的计算与控制方法，其特征在于，所述方法具体如下：1)根据冶炼钢种成品硫的要求、要求转炉终点硫的质量百分比小于该钢种成品硫的质量百分比在0.002～0.004％之间，记为S_风险预留％，目的防止转炉终点硫超出成品硫；

2)计算转炉冶炼过程回硫，S_转炉回硫％包括废钢回硫S_废钢回硫％、辅料回硫S_辅料回硫％，在转炉冶炼过程中的脱硫系数按照20～30％计算，根据转炉冶炼模式选择转炉脱硫系数，当转炉采用留渣模式冶炼时，转炉脱硫系数按照20％计算，当转炉不留渣冶炼时选择30％脱硫系数；

3)根据冶炼钢种成品硫S_{钢种成品硫含量}％的要求、转炉回硫S_转炉回硫％、S_风险预留％，确定合理的脱硫等级，要求脱硫等级S_{目标脱硫硫含量}％小于S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％，其中(S_{钢种成品硫含量}％-S_风险预留％-S_转炉回硫％)-S_{目标脱硫硫含量}％≥0.001％，其目的在于合适的脱硫深度，有利于控制铁水渣回硫稳定性，同时达到降低铁水损失目的，S_{目标脱硫硫含量}％计算过程中S_{目标脱硫硫含量}取三位小数；

4)要求考虑铁水本身带渣量对铁水脱硫后渣中硫浓度的影响，目的更加准确的控制转炉终点硫含量，要求铁水脱硫前的带渣率为2～4‰，通过现场测量发现铁水翻铁结束后，其渣层厚度在1.5cm以内能够确保铁水带渣量在2～4‰以内，脱硫前确认铁水液面，测量渣层厚度，厚度超出1.5cm要进行脱硫前预扒渣，将部分铁水渣扒出，确保渣层厚度在1.5cm以内；

5)根据铁水初始硫含量S_{铁水初始硫}％、脱硫前铁水带渣量、铁水渣硫含量、转炉冶炼过程回硫量，钢种成品硫要求，确定扒渣后留渣量比例公式，计算达到设定转炉终点硫含量时允许剩余的残渣比例，则根据以上规则以得出铁水脱硫后留渣量比例公式为：

A_{留渣量比例}＝M_{允许扒渣后留渣量回硫的质量}/M_{铁水脱硫后炉渣中硫的总质量}％；

M_{允许扒渣后留渣量回硫的质量}＝(S_{钢种成品硫含量}％-S_{目标脱硫硫含量}％-S_风险预留％)*(M_铁水重量+M_废钢重量)*A_{钢水收得率}-M_{废钢回硫质量}-M_{辅料回硫质量}；

M_{铁水脱硫后炉渣中硫的总质量}＝(S_{铁水初始硫}％-S_{目标脱硫硫含量}％)*M_铁水重量+S_{高炉渣硫含量}％*M_铁水重量*A_{铁水带渣系数}；

M_{废钢回硫质量}＝M_废钢重量*S_{废钢硫含量}％*(1-A_{转炉脱硫效率}％)；

M_{辅料回硫质量}＝M_辅料重量*S_{辅料硫含量}％*(1-A_{转炉脱硫效率}％)；

S_转炉回硫％＝(M_{辅料回硫质量}+M_{废钢回硫质量})/(M_铁水重量*A_{钢水收得率}+M_废钢重量*A_{钢水收得率})

A_{转炉脱硫效率}％取20～30％,A_{铁水带渣系数}取2～4‰,A_{钢水收得率}取95％即铁水在转炉冶炼过程的收得率；

6)根据冶炼钢种成品硫的要求确定合理的脱硫等级进行脱硫，脱硫作业结束进行扒渣作业，在扒渣作业过程中采用高分辨率摄像器进行监控，

要求采用分辨率摄像器分辨率≥1600*1200，摄像器正对铁水表面，要求扒渣前、扒渣后的铁水包倾翻的角度一致；

7)在扒渣过程通过摄像器获得铁包内铁水渣面积变化情况，通过图像处理软件实时计算包内铁水渣面积，采用工业级高分辨率摄像器，摄像器正对铁水表面，要求当实际留渣面积与计算留渣面积相差在2％以内时结束扒渣。

2.根据权利要求1所述的铁水扒渣留渣比例的计算与控制方法，其特征在于，所述步骤7)中通过图像处理软件实时计算包内铁水渣面积,具体如下：71)图像处理软件采用otsu算法，采用otsu算法处理计算获取图像中铁水渣的面积比例，假设T是设定的阈值为合适的灰度划分级别，W0是分割后铁水像素点数占图像的比例，U0是分割后铁水的平均灰度，W1是分割后铁渣像素点占图像的比例，U1是分割后铁渣的平均灰度，W0、U0、W1、U1、通过预设T阈值在拍摄图像像素信息获取；

从L个灰度级遍历T，L取值范围0～255整数值，使得当T为某个值时，铁水和铁渣的方差最大，则这个T值就是我们所要求得的阈值，其中，方差的计算公式如下：

g＝W0*W1*(U0-U1)*(U0-U1)；

通过otsu算法对现场拍摄大量图像进行T值计算，得到铁水和铁渣分割阈值为25时能够有效分割铁水和铁渣，使用T＝25时对拍摄图像做分割并染色，实际值>T时为铁水，实际值<T时为铁渣，红色铁水区域，绿色铁渣区域；

用COUNT(f＝红色)表示铁水像素点数，用COUNT(f＝绿色)表示铁渣像素点数，则铁渣面积比例如下计算：