CN111868267A - 在熔炼过程中控制熔渣起泡的方法 - Google Patents

在熔炼过程中控制熔渣起泡的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在用于熔炼含铁进料的容器中控制熔炼过程中熔渣起泡的方法，该方法包括以下步骤：‑用加速度计在冶金容器上的一个或多个位置测量容器的振动，‑比较从加速度计数据得出的值和指示熔渣起泡事件开始的阈值，以及‑如果从加速度计数据得出的值超过预定警报值，则调节熔炼过程，‑其中通过调节在熔融过程中注入的气态和/或固态组分的量来调节熔炼过程。

Description

在熔炼过程中控制熔渣起泡的方法
技术领域
本发明涉及一种预测和控制冶金容器中熔炼过程中熔渣泡沫事故的方法。
背景技术
熔渣起泡是电弧炉和碱性氧气炉炼钢中的一个众所周知的方面。在氧气转炉中，已知不稳定的熔渣起泡导致溢出，这是转炉中所含材料的***。
还已知熔渣起泡发生在熔炼还原容器中，例如在Hlsarna熔炼还原容器中。
Hlsarna工艺在熔炼装置中进行，该装置包括(a)配备有固体喷枪和含氧气体喷枪的熔炼容器，其适合于容纳熔融金属浴，以及(b)用于部分还原和熔炼含金属的进料的熔炼旋流器，其位于熔炼容器上方并与熔炼容器连通。在WO 00/022176中描述了Hlsarna方法和用于该方法的装置。
到目前为止，在Hlsarna中试工厂中发生了许多作业中的起泡事件。观察到两种的起泡事件，一种是泡沫突然而剧烈地演变的熔渣起泡，而没有来自工厂信号的提前预警，第二种是具有较慢的起泡条件积累的熔渣起泡。泡沫的突然演变的第一种熔渣起泡很可能是由于大的氧化物堆积物从排气管到熔炼还原容器中的掉落而引发的，这导致大量不受控的氧输入到熔渣-金属***中，导致气体逸出量迅速增加。较慢种类的第二种熔渣泡沫似乎与低的过程温度有关，而部分固体熔渣和高度有效粘度导致熔渣中的高气体滞留量。
第二种熔渣起泡事件是逐渐发生的事件，其中受助于不良的熔渣组成和/或过多的气体形成，热金属浴顶部的熔渣积聚到开始捕获越来越多的气体且体积生长迅速增加的程度。一旦它通过熔炼还原容器中的某个体积阈值(即注氧喷枪的水平)，来自这些喷枪中的氧就会突然体积增加，类似于在肥皂水中吹泡泡，且熔渣可以达到或甚至通过熔炼还原容器的泄压阀。当熔渣通过泄压阀时，凝固熔渣和热金属所造成的损害不仅涉及熔炼还原容器，还涉及容器的外部和直接附近。
目的是提供一种预测和防止第二种熔渣起泡事件的解决方案。
发明目的
本发明的目的是提供一种预测熔渣起泡事件的方法。
本发明的另一个目的是提供一种防止熔渣起泡事件的方法。
本发明的另一个目的是提供一种预测和防止熔渣起泡事件的方法，该方法可以以成本有效的方式应用。
本发明的另一个目的是提供一种预测和防止熔渣起泡事件的方法，该方法可以以简单的方式应用。
发明内容
本发明涉及如权利要求1-17所述的方法。本发明的一个或多个目的通过提供一种在用于熔炼含铁进料的容器中控制熔炼过程中熔渣起泡的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-用加速度计在容器上的一个或多个位置测量冶金容器的振动，
-比较从加速度计数据得出的值和指示熔渣起泡事故开始的阈值，以及
-如果从加速度计数据得出的值超过预定警报值或进入预定警报范围内，则调节熔炼过程，
-其中通过调节在熔炼过程中注入的气态和/或固体组分的量来调节熔炼过程。
在实践中发现，可通过使用实时收集的加速度计数据预先预测熔渣起泡事件，并控制容器和旋流器的输入速率，留下足够的时间稳定过程。该阈值是基于历史加速度计数据确定的，其中从历史加速度计数据得出的值包括指示熔渣起泡事件开始的值。通过将从实时加速度计数据得出的值与阈值进行比较，可以确定是否即将发生熔渣起泡事件。
阈值是表示起泡事件之前的阶段的值，在该阶段实际的起泡事件尚未发生，并且在预测的起泡事件发生之前足以能够通过调节过程来防止起泡事件。已经发现，采用该方法，可以提前约20分钟预测可能的起泡事件，从而给予富裕的时间来控制熔炼过程，从而防止可发生的起泡事件。
如果确定在不调节过程的情况下将发生起泡事件，则可以采取多种措施。
典型的调节步骤是调节熔炼过程中注入的氧量。如果熔渣泡沫到达熔炼还原容器中的氧注入器，则氧注入将导致熔渣起泡增加，并且在大多数(如果不是全部)情况下，将使起泡事件不再受控。调节是指降低注入的氧量，并且如果泡沫已经在容器中上升的话当然可以包括总氧的切断。起泡事件也将导致容器中的压力增加，但是在压力已经增加到足以能够测出压力增加时，则已经发生了起泡事件，并且将不再可能控制起泡事件。
另一个调节步骤是调节熔炼过程中注入的煤量。煤的气化促进熔渣起泡，且当基于从振动测量数据得出的值预测起泡事件时，应小心控制和调节煤的气化。调节在过程中注入的煤量是指降低注入的煤量，并且可包括完全关闭煤的注入。
另一个调节步骤是调节在熔炼过程中注入的含铁进料的量。调节是指降低注入的含铁进料的量，并且可以包括完全关闭含铁进料的注入。铁矿石的还原对容器中积累的熔渣量和相关的气体形成有直接影响。减少熔渣的积累会减少可能性。
另一个调节步骤是调节熔炼过程中注入的石灰量。注入的石灰是决定熔渣的碱度和粘度以及随其熔渣起泡程度的因素之一。调节是指降低注入的石灰材料的量，并且可以包括完全关闭石灰材料的注入。
通常规定，监控熔渣的碱度，并且调节在熔炼过程中注入的石灰的量，以将熔渣的碱度保持在预定范围内或将熔渣的碱度恢复到预定范围内。
当从加速度计数据得出的值与阈值对应时，调节气态和固体组分的量是减少气态和固体组分的量。术语“对应”是指该值等于阈值或已经超过阈值或在阈值附近的预定范围内。减少包括降低以及关闭。气态和固体组分的量的调节可以连续进行，或者可以同时调节两种或更多种组分。
根据另一方面规定，该方法还包括从容器中排出熔渣。采用这种措施减少了在熔炼容器中存在的熔渣的量，并且仅在安全地开始排渣时才开始。打开排渣口通常意味着打开与外部的开放连接部。当熔渣起泡事件已经在进行时，熔渣可能被迫离开开放连接部。因此，仅当在该过程的早期或之后检测到积累时才开始排渣，从而使熔渣的形成重新得到控制。此外，由于起泡事件填充熔炼容器的速度，因此在起泡事件已经进行时开始就会太迟。
根据又一方面，当调节注入的氧量时，将在熔炼过程中注入的氧量调节至预定的过量CO气体。其原因是，为了防止在废气中形成***性混合物，在废气中仅允许有限量的CO。因此，仅在废气中达到特定的CO水平的情况下，才可调节注入的氧量。CO水平的极限是在安全法规中规定的。
通常，对过程中注入的气态和固体组分的调节开始于对熔炼过程中注入的氧量的调节，然后按以下顺序调节固体组分：煤、含铁的进料和石灰。尽管调节通常开始于对可能起泡事件有重大贡献的组分的调节，但是当然也可从所有组分的同时调节开始。然而，该想法是，一旦检测到可能的起泡事件就开始进行调节，并以尽可能小的调节来控制过程，以能够在防止起泡事件之后继续该过程而不会对熔炼还原过程造成太大的干扰。
该方法还包括：当从加速度计数据得出的值达到阈值的右侧时，对在熔炼过程中注入的气态和固体组分的量的调节增加了在冶炼过程中注入的气态和固体组分的量。
根据另一方面规定，以一个或多个加速度计以预定的时间间隔测量冶金容器的振动,持续预定的时段。使用加速度计，可以在不同位置和不同方向上测量装置或熔炼还原容器的振动。通过使用多个加速度计，可以容易地确定在哪个设备和哪个方向上可以获得最相关和/或最可靠的信息。在水平方向上测量振动提供了非常有用的测量。
加速度计可以在宽的频率范围内提供数据，但是如果是大型设备(如熔炼还原设备)，则要发生相关振动的频率范围将远远窄于加速度计能够测量振动的总频率范围。因此规定，确定其中发生熔炼还原设备的振动的相关频率范围，并且仅在该相关的频率范围内的加速度计数据将会被处理。这将减少所需的数据存储和处理加速计数据的计算机功率。
提供的用于处理加速度计数据的方法包括以下步骤：
-将获得的加速度计数据集从时域转换到频域，
-将频域中的数据集整合到频率/速度数据集，
-确定峰值速度值和峰值速度值随时间的变化，
-将所确定的峰值速度值与确定的阈值进行比较，该确定的阈值与熔渣起泡事件相关,并且
-当所确定的峰值速度值对应于阈值时，调节在熔炼过程中注入的气态和/或固体组分的量。
表述“对应于阈值”的含义应解释为峰值包括接近、等于或超过阈值的情形。另一种可能性是定义阈值的范围，并且当峰值在定义的阈值范围内就采取措施。
附图简要说明
将通过附图中所示的例子进一步说明本发明，其中：
图1示意性地显示了带有熔炼还原容器和熔炼旋流器的设备的截面。
图2显示了正常运行条件下设备的经转换的加速度计的数据，以及
图3显示了熔渣起泡时设备的经转换的加速度计数据。
附图的详细说明
在图1中，示出了具有熔炼还原容器2、熔炼旋流器3和废气管道连接部件4的熔炼还原设备1。熔炼旋流器包括竖直的柱形腔室5，该腔室设有用于注入固体含金属的进料的风口6和用于向腔室内注入含氧气体的风口7。将含金属的进料进行部分还原和熔炼，然后这些到达熔炼还原容器2中。熔炼还原容器2限定熔炼室8，并且包括用于注入固体进料的喷枪9和用于将含氧气体注入熔炼室8中的喷枪10，并且适于容纳熔融金属浴和熔渣。
熔炼还原容器2包括通过允许连续的金属产物12从容器流出的连接部连接到熔炼室8的前炉11。前炉11用作熔融金属填充的虹吸密封件，其允许获知熔炼室8中的熔融金属水平并将其控制在小的公差内。通过熔渣排料口14从熔炼室8排出在该过程中产生的熔融熔渣13。
在稳定的操作条件下，熔渣13的水平约如图所示。熔渣13将以约该水平附近飞溅并且在高度上稳定，并且在热传递到设置在熔炼还原容器的壁中的铜冷却板上。
对于熔渣起泡事件，熔渣水平将显著升高，并且当达到氧喷枪10的水平时，熔渣将变得更加气态并且将以加速的方式进一步升高。起泡熔渣将到达熔炼旋流器3以外，同时可将熔融金属从熔炼室8推出并从前炉11推出。这样就造成了最大的可能损坏，并且将需要耗时且昂贵的设备清理工作。
图2显示了稳定运行条件下设备的经转换的加速度计数据。加速度计放置在设备的外部，通常放置在熔炼还原容器2上，以便可以测量各个方向的加速度。加速度计配置为在一时段内测量加速度，然后使用快速傅立叶变换将累积的数据转换为频域。由于设备或熔炼还原容器以相对较低的频率和较低的速度振动，因此将经转换的数据进行积分，以查看振动的速度而不是加速度。
采用本设备，通过在1-4000Hz频率范围内每分钟持续测量加速度0.5秒的时段，并将数据转换为频率和速度(mm/s)的谱图，获得了有用的结果。通过查看单个谱图，在大多数情况下看不到清晰的可见图案，但是通过在同一张图中绘制多个连续测量的谱图，可见清晰的图案，显示出45Hz附近的峰值速度值。
图3显示了熔渣起泡事件时经转换的设备的加速度计数据。可以看出，在45Hz附近的峰值已经显著降低，如事实证明这可以用作即将发生的起泡事件的良好指示。
在较低的频率下，显示了大的峰值，该峰值必在较低频率(约5Hz以下)下受限于加速度计。因此，不应使用所有低于5Hz的数据。进一步可以看出，高于约140Hz的值不会随时间显示明显变化，因此也不应考虑这一点。
仅通过使用与该方法相关的频率范围内的数据(在这种情况下为5-100Hz)就已获得良好的结果。为了阻尼(damp)峰值速度值的突然大变化的影响，确定峰值速度值的移动平均值并将其与阈值进行比较。进一步的校正是应用指数平滑来阻尼峰值。
例如：对于该方法，构建了一个预测模型算法，该算法包括以下内容：
1.设备应处于生产模式至少15分钟。
2.每分钟在0.5秒的测量时段内采样加速度计数据，
3.在一个测量时段内取5-100Hz之间所有峰值的总和。
4.取5-100Hz范围内的最大峰值，然后将最大峰值除以所有峰值的总和。这给出了相对于其他峰的最大峰值的贡献。
5.使用α＝0.2进行指数平滑以阻尼所述峰
6.取计算出的贡献因子的5分钟移动平均值来平滑曲线。
7.如果在接下来的5分钟内有3个贡献因子低于0.045(阈值)，则发出警报。
在历史数据上测试基于上述算法的预测模型，在熔渣起泡事件之前提前20分钟发出警报，而在稳定生产期间则不会发出警报。
代替上述每分钟0.5秒的测量时段，可以使用不同时间间隔的其他测量时段，这也将提供良好的结果。例如，对于给定的熔炼还原设备的设置，如果以0.1-2秒的连续组以0.2-2分钟的间隔对加速度计数据进行采样，可获得良好的结果。

Claims (15)

1.在用于熔炼含铁进料的容器中控制熔炼过程中熔渣起泡的方法，包括以下步骤：
-用加速度计在冶金容器上的一个或多个位置测量容器的振动，
-比较从加速度计数据得出的值和指示熔渣起泡事故开始的阈值，以及
-如果从加速度计数据得出的值超过预定警报值，则调节熔炼过程，
-其中通过调节在熔炼过程中注入的气态和/或固体组分的量来调节熔炼过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其中调节步骤是调节在所述冶炼过程中注入的氧量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中调节步骤是调节在所述冶炼过程中注入的煤量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中调节步骤是调节在所述冶炼过程中注入的含铁进料的量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中调节步骤是调节在所述熔炼过程中注入的石灰的量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中监控所述熔渣的碱度，并且调节在所述熔炼过程中注入的石灰的量，以将所述熔渣的碱度保持在预定范围内或将所述熔渣的碱度恢复到所述预定范围内。
7.根据权利要求2-6中的一项或多项所述的方法，其中当从所述加速度计数据得出的值在所述警报范围内时，调节气态和固体组分的量是减少气态和固体组分的量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法还包括从容器中排出熔渣。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中将在所述熔炼过程中注入的氧量调节为预定过量的CO气体。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述过程中注入的气态和固体组分的调节开始于在熔炼过程中注入的氧量的调节，然后以以下顺序调节固体组分：煤、含铁进料和石灰。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中当从所述加速度计数据得出的值达到所述阈值的右侧时，对在所述熔炼过程中注入的气态和固体组分的量的调节是增加在熔炼过程中注入的气态和固体组分的量。
12.根据权利要求1所述的方法，其中采用一个或多个加速度计以预定的时间间隔测量所述冶金容器的振动，持续预定的时段。
13.根据权利要求12所述的方法，其中确定将要从其处理加速度计数据的相关频率范围。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-将获得的加速度计数据集从时域转换到频域，
-将频域中的数据集整合到频率/速度数据集，
-确定峰值速度值和峰值速度值随时间的变化，
-将所确定的峰值速度值与确定的阈值进行比较，该确定的阈值与熔渣起泡事件相关,并且
-当所确定的最大峰值速度值对应于阈值时，调节在熔炼过程中注入的气态和/或固体组分的量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中确定峰值速度值的移动平均值，并将其与所述阈值进行比较。
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