CN115386680B - 一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法，属于钢水精炼领域。它包括S1：LF炉精炼过程中距出站时间15‑20min之内，停止对LF炉的生产操作；S2：取钢包顶渣样，渣样呈黄白色或青白色后，每均匀间隔一时间段***LIBS探头在线分析钢水[Al]含量，连续分析计算钢中[Al]随时间的线性衰减率；S3：建立铝线喂入量模型指导喂线操作。本发明针对现有钢水精炼过程中难以精确控制[Al]含量的问题，利用LIBS技术，基于LIBS钢水成分在线检测***在LF炉精炼过程的应用，通过无延时直接分析钢中[Al]含量的变化规律，在LF炉精炼过程及终点精确控制钢中[Al]含量，减少上下炉次钢水[Al]含量的波动。

Description

一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法
技术领域
本发明属于钢水精炼技术领域，更具体地说，涉及一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法。
背景技术
精炼过程中钢水成分的常规检测方法为取样--冷却--制样--光谱分析等一系列程序，从取样至成分报出需要4-6min，这个等待过程中钢包内钢水成分由于钢水与液态精炼渣反应以及钢水与空气接触的氧化而发生变化，在钢水成分调整时通常需要依靠经验做适当补偿，且为了保证精炼效率和生产节奏，取样次数受到严格限制，不能实时指导生产过程，也无法实现钢水成分的精确控制。
LF炉精炼过程中向钢包钢水中加入铝基合金后，由于铝氧化性活泼，钢中的溶解铝会持续与钢包顶渣以及空气中的氧气发生氧化反应生成氧化铝进入渣中，钢液中[Al]含量随之衰减，钢水[Al]衰减率随着钢中[Al]含量的高低以及钢包顶渣还原性高低存在较大差异，无法实现量化确定。因此同一连铸浇铸组次的上下炉次LF炉精炼终点时钢液中[Al]含量波动较大，高[Al]钢(0.045-0.06％)可达到0.01％的波动值，低[Al]钢(0.015-0.04％)可达到0.006％的波动值。
经检索，目前针对冶炼过程中钢水中[Al]含量控制问题，已经有大量文献公开，如一种IF钢精确控制铝用量的方法(CN111455137A)、《20g钢喂铝线控制[Als]工艺实践》、《150tRH精炼终点钢水酸溶铝含量的控制》、《涟钢CSP钢水酸溶铝的控制》、《涟钢CSP钢水酸溶铝的控制》、《小方坯控铝钢生产实践》等。通过对以上相关技术方案的研究可知，现有技术存在的问题主要为：
1)控铝方式以基于历史数据的经验模型或公式为主，因此控铝精确度低，无法达到±15ppm的控制精度；
2)经验模型或公式无法有效应用于所有炉次，实际生产时会有少量炉次的过程控制参数超出经验模型的边界条件，导致钢水[Al]含量控制误差很大，严重影响钢水质量的稳定性。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有钢水精炼过程中难以精确控制[Al]含量的问题，本发明提供一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法，本发明利用激光诱导击穿光谱技术(1aser inducedbreakdown spec—troscopy，LIBS)，基于LIBS钢水成分在线检测***在LF炉精炼过程的应用，通过无延时直接分析钢中[Al]含量的变化规律，在LF炉精炼过程及终点精确控制钢中[Al]含量，减少上下炉次钢水[Al]含量的波动。
2、技术方案
激光诱导击穿光谱技术(1aser induced breakdown spec—troscopy，LIBS)是一种利用脉冲激光激发的发射光谱来分析物质成分及浓度的新兴检测技术。近年来广泛应用于材料分析、工业生产控制、生物医学等领域。由于LIBS分析无需样品制备，实时性强，可进行快速、远程非接触测量，并具有微量元素定量分析能力，适合在钢铁冶炼等高温场合下的在线成分检测,无需样品制备，实时性强，可进行快速、连续获得炼钢过程的钢水成分。
本发明即基于LIBS在线成分测量技术，在LF炉精炼中后期采用LIBS***，每间隔一时间段无延时在线测量钢水[Al]含量，计算[Al]随时间的衰减率，将此衰减率×最后测量时间至出站时间的间隔(min)，即为该时间段钢水[Al]的衰减量，从而建立吨钢喂入铝线公式模型，以指导喂线操作，实现LF炉终点[Al]含量的精准控制。
具体地，S1：LF炉精炼过程中距出站时间15-20min之内，停止对LF炉的生产操作；
本发明中LF炉进站后仍按照常规工艺操作，包括加热、调整合金成分、造钢包白渣等，并根据钢种要求的LF终点[Al]含量：如高[Al]钢，将钢中[Al]粗调整至0.03-0.040％；低[Al]钢，将钢中[Al]粗调至0.008-0.012％。钢水温度加热至钢种要求的最后一次加热温度＝目标温度+LF炉后期弱浇(钢包渣面微微波动，无钢水裸露面)过程温度衰减的绝对值。在距出站时间15-20min期间，则LF炉不再进行加热、调整合金成分和造钢包白渣操作，进入S2。
S2：取钢包顶渣样，渣样呈黄白色或青白色后，每均匀间隔一时间段***LIBS探头在线分析钢水[Al]含量，连续分析多次，计算钢中[Al]随时间的线性衰减率：△[Al]/min；
具体地，每均匀间隔1-2min***LIBS探头在线分析钢水[Al]含量，连续分析5-10次，z自动计算出钢中[Al]随时间的线性衰减率：△[Al]/min；该分析过程中，钢包底吹氩气量调整至钢包渣面微微波动，且无钢水裸露面。
S3：建立铝线喂入量模型，并根据模型计算量指导喂线操作。
具体地，根据钢种LF炉终点[Al]含量要求[Al]target(％)；最后一次采用LIBS测量的钢种[Al]含量：[Al]final(％)；LF炉钢水出站时间点与最后一次采用LIBS测量时间点的时长tfinal(min)，计算所需加入金属铝合金化的铝线喂入量：铝线add(kg/吨钢)
铝线add＝([Al]target-[Al]final+|△[Al]/min|×tfinal)×10。
随机采用喂线机将计算的铝线add乘以钢水重量(吨)所得铝线喂入总量通过喂线方式加入钢水；喂线过程和喂线结束后，钢包底吹氩气量不做调整，保持钢包渣面微微波动，无钢水裸露面。
S4：钢水出站前***LIBS探头在线分析钢水[Al]含量后，钢水出站至下一工序。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明基于LIBS在线成分测量技术，可以有效精确控制LF炉终点钢水[Al]含量，其精确度能够稳定在±10ppm以内，有效控制了上下炉次之间钢水铝含量的稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
以某厂120吨LF精炼炉生产含铝钢种为实施例，进一步说明本发明。在10B21(低铝钢)和ML08AL(高铝钢)生产过程中分别开展4炉试验，具体情况如下。
S1、LF炉精炼过程中距出站时间15-20min之内，停止对LF炉的生产操作；
LF炉进站后按照常规工艺操作，包括加热、调整合金成分、钢包顶渣造白渣等，根据钢种要求的LF终点[Al]含量：1)生产10B21(低铝钢)时，将钢中[Al]粗调至0.008-0.012％；2)生产ML08AL(高铝钢)时，将钢中[Al]粗调整至0.03-0.040％。钢水温度加热至钢种要求的最后一次加热温度＝目标温度+LF炉后期弱浇(钢包渣面微微波动，无钢水裸露面)过程温度衰减的绝对值；在距出站时间15-20min直至出站，LF炉不再进行加热、调整合金成分、钢包顶渣造白渣操作，
S2：取钢包顶渣样，渣样呈黄白色或青白色后，每间隔1-2min***LIBS探头在线分析钢水[Al]含量，连续分析5-10次，钢包底吹氩气量调整至钢包渣面微微波动，无钢水裸露面；
根据连续钢水[Al]在线分析值，自动出计算钢中[Al]随时间的线性衰减率，每一炉的铝衰减速率(△[Al]/min)具体情况如表1所示；
S3：根据钢种LF炉终点[Al]含量要求[Al]target(％)；最后一次采用LIBS测量的钢种[Al]含量：[Al]final(％)；LF炉钢水出站时间点与最后一次采用LIBS测量时间点的时长tfinal(min)，计算所需加入金属铝合金化的铝线喂入量：铝线add(kg/吨钢)
铝线add＝([Al]target-[Al]final+|(△[Al]/min)|×tfinal)×10；
随即采用喂线机将计算的铝线add乘以钢水重量(吨)所得铝线喂入总量通过喂线方式加入钢水；喂线过程和喂线结束后，钢包底吹氩气量不做调整，保持钢包渣面微微波动，无钢水裸露面；
S4：钢水出站前***LIBS探头在线分析钢水[Al]含量后，钢水出站至下一工序。
具体每一炉的钢水铝含量控制情况如表2所示。
表1采用LIBS***在线测量钢水铝衰减速率情况
表2钢水过程控铝具体情况
由实施例结果可以看出，采用本技术方案后，高铝和低铝钢种LF重点铝含量控制精确度稳定在±10ppm以内，有效控制了上下炉次之间钢水铝含量的稳定性。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法，其特征在于：包括：
S1：LF 炉精炼过程中距出站时间15-20min之内，停止对LF炉的生产操作；
S2：取钢包顶渣样，渣样呈黄白色或青白色后，每均匀间隔1-2min***LIBS探头在线分析钢水[Al]含量，连续分析5-10次，计算钢中[Al]随时间的线性衰减率：△[Al]/min；在线分析过程中，钢包底吹氩气量调整至钢包渣面微微波动，且无钢水裸露面；
S3：建立铝线喂入量模型，并根据模型计算量指导喂线操作；
所述的铝线喂入量模型为：
铝线add=（[Al]target-[Al]final+|(△[Al]/min)|×tfinal）×10；
铝线add，所需加入金属铝合金化的铝线喂入量，kg/吨钢；[Al]target，钢种LF炉终点[Al]含量要求，%；[Al]final，最后一次采用LIBS测量的钢种[Al]含量，%；tfinal，LF炉钢水出站时间点与最后一次采用LIBS测量时间点的时长，min。
2.根据权利要求1所述的一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法，其特征在于：S1中的停止对LF炉的生产操作，具体指LF炉不再进行加热、调整合金成分和造钢包白渣操作。
3.根据权利要求1所述的一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法，其特征在于：S3中喂线过程和喂线结束后，钢包底吹氩气量不做调整，仍保持钢包渣面微微波动，且无钢水裸露面。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种精确控制LF炉终点钢水[Al]含量的方法，其特征在于：还包括S4：钢水出站前***LIBS探头在线分析钢水[Al]含量后，钢水出站至下一工序。
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