攀钢120T氧气顶吹转炉吹炼末期碳氧关系的研究

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1985.02.005 北京钢铁学院学报 1985年第2期 攀钢120T氧气顶吹转炉吹炼末期 碳氧关系的研究 治金物化教研室 张千象李国玮王鼎明 目前国外先进国家采用电子计算机自动控制转炉治炼的全过程，其结果大大提高了转炉 纲质量及转炉生产率。我国除个别厂外，目前尚未使用电子计算机控制，但它已成为当今转 炉生产的必然趋势，为开展这个方面的工作，就必然要求研究氧气顶吹转炉的冶炼规律，尤 其是贯穿炼钢全过程的碳一氧反应规律，碳一氧关系研究测定也可为今后攀钢开展定氧 定碳以及采用定氧技术监测，为控制转炉生产全过程提供依据。为此，攀钢钢研所与北京钢 铁学院共同进行了攀钢120T氧气顶吹传炉吹冻后期C一O关系的研究试验。 一、试 验 我们在攀钢提钒炼钢厂120T氧气转炉上进行了转炉未期碳氧关系的测定试验，一共取 得71炉116个测点的数据，所测钢种为：BY3F及3F38炉；BY3及AY311炉；U71 Mn7肿：O9V5炉；D16Mn2炉；D608炉，测定的碳分布在0.03%到1.10%的范 目内，碳含量≤0.3%测点77个（其中终点44个），碳含量>0.3%测点39个（其中终点8个）。 每一个测点都是在转炉停吹（拉碳之后或转炉吹炼完毕）倒炉之后，用固体电解质定氧 电池测定钢液中的氧，同时取钢样定碳，定锰，取渣样分析FO,钢液的温度在定氧同时获得。 定氧测头是采用ZrO2·MgO为电解质，以Mo+MoO2为参比电极的管式双参数测头， 计算氧活度的公式及采用的热力学数据如下： Mo+O2=MoO2 △Go=-126700+3418TCa1/Mol 1/202=:01 △Go=-28000-0.59TCa1/Mol lgP′e=21.49- 69336 T 式中：P为ZrO2·MgO的电子特征氧分压 BInPwoo.'Pe p4+P14 0, 式中E:定氧电池得的电动势， ￥李园，下阴系物化81学生，参加工作的还有攀钢上研所李继失，袁克珍，古隆建等同同。 50

北 京 钢 铁 学 院 学 报 曰 ‘ 门 洲 喊 ， 州，曲口 目 ， 曰 ，月 ， 一 尸 自， 州 ，目 ， 峨闷门 州 曰内 ‘ 翻 ， 护 汤 钊片 ，叫 一， 户‘ ， 幽 户 ， ‘ 月 妇 ， 甲 心 护闷 口 ‘ ‘ ， 科 满 ‘ ‘ 。 ‘ 年 第 期 攀钢 氧气顶吹转炉吹炼末期 碳氧关系的研究 冶金物化教研 室 张千 象 李 国玮 ‘ 王 鼎明 目前国外 先进国家 采 用电子 计 算机 自动控 制转 炉冶 炼 的全过 程 ， 其结果大 大提高 了转 炉 钢质量及 转炉 生 产率 。 我 国除个 别厂 外 ， 目前 尚未使用电子 计算机控制 ， 但它 已成为当今转 炉 生 产的必 然趋势 ， 为开展 这个 方面的工 作 ， 就必然 要求研究氧气顶吹 转 炉的冶炼规律 ， 尤 其是贯穿炼钢全过 程 的 碳 — 氧 反应规律 ， 碳 —氧关系研究 定也可 为今 后 攀钢开展 定氧 定碳 以及 采 用定氧技术 监测 ， 为控 制转 炉生 产全过 程提供 依据 。 为此 ， 攀钢钢 研所 与北 京钢 铁学院共 同进行 了攀 钢 氧气顶吹 转沪次炼 后期 一 关系 的研究试 验 。 一 、 试 验 戎们 在攀啊 提讥炼钢 口 ‘ 氧气转沪上进 行 了转 沪 衣期淡氧关 系 为测定试 验 ， 一 共 取 得 炉 个测点 的数据 ， 所 测钢 种为 及 炉 ， 及 炉 沪 沪 沪 炉 。 测 定 的碳分布在 到 肠的范 阁内 ， 碳含量毛 测点 个 其 中终点 个 ， 碳 含量 测点 个 其 中终点 个 。 每一个测点都是在转 炉停吹 拉 碳之 后 或 转炉吹炼完 毕 倒 炉之 后 ， 用固体 电解质定 氧 电池测定钢液 中的氧 ， 同时取钢样定碳 ， 定锰 ， 取渣样分析 ，钢 液 的温 度在定氧 同时获 得 。 定氧测头 是采 用 · 为 电解 质 ， 以 。 为参 比电 极的管式 双 参数 测头 ， 十算氧活 度 的公 式 及 采 用的热力 学数 据如下 、 二 △ 一 一仕 二 乞 圣 八 一 一 ‘ 一 戈 巾 二为 · 灼电子特 征 氧分 压 一 朽 二 一百 ‘ 。 ‘ 十 一 式中 定氧 电池得 的 电动势 ， 李国玮 ， 不 鼎明系物化 学生 ， 参加工 作的还育攀钢 上研所李继 庆 袁 克珍 、 古隆建 等同 同 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1985．02．005

T:钢液温度K,由定氧测头测得 R:气体常数，为1.987卡/摩尔. F:法拉第常数23060卡/伏、 PMo02:MoO2的分解压， P[O]:对应各不同氧活度的钢液平衡气相氧分压， 温度的测试部分，采用双铂铑(P:Rh6一P:Rh30)热电佩· 同炉前样勺取钢样与渣样，定碳是采用光谱分析仪，锰及渣中氧化铁用常规化学分析法 获得。 为了获得稳定的及现行攀钢操作适用的测试结果，选择的测定碳含量应至少在0.03%一 0.80%范围，以求得较大碳含量范围的碳氧关系；为测定的炉次应操作正常；固定插枪时间 (停吹后的二分钟插人为佳)等因素。 表1 碳氧关系测定的部分结果 〔%C: aoppm 第 次炉倒 分秒 :%Mn (T.Fe)% (FeO)% t(C) R 炉号 3.03 1233 三 1648 8421537 1046 三 1648 8421537 0.04 1100 3 45 10.43 13.42 1640 9.5 8411643 0.05 1908 四 52 24.85 31.97 1650 11.2 8421760 0.06 1086 二 06 0.05 26.74 34.4 1660 12.04 8421577 777 3 51 1600 8421760 907 28 0.077 19.5 25.09 1650 4.98 8431962 0.07 847 2 30 0.05 20.34 26.17 1660 6.43 8411617 857 4 40 0.09 1640 8411618 907 1 32 0.075 1.2 18.27 1650 7.06 8421776 725 55 0.09 15.3 19.68 1700 8.76 8421800 734 371 0.08 16.36 12.05 1635 7.86 8421800 0.08 558 54 13.7 17.62 1620 7.53 8421798 1037 52 1640 8432001 0.09 447 8 0.05 23.86 30.7 1615 7.03 8411619 492 0.09 18.62 23.95 1610 7.88 8421538 438 2 22 19.5 25.15 1635 10.29 8412698 51

钢液 温 度 ， 由定氧 测头 侧得 · 气体常数 ， 为 卡 摩尔 ， 法拉第常 数 卡 伏 ， 。 的分 解压 ， 仁 」 对应各 不 同氧活 度 的钢液平 衡 乙 价通氧分 压 ， 温 度的测试部 分 ， 采 用双 铂 锗 、 一 、 热 电佩 · 同 炉前样勺 取 润样 与渣 样 ， 定碳是采 用光谱分析 仪 ， 锰及渣 中氧化铁 用常规化学芬析 法 获得 。 为 了获 得 稳定 的及 现行攀钢 操作适 用的测试 结 果 ， 选择 的测定 碳含 量 应至 少在。 一 。 范围 ， 以求得较 大碳含 量范 围 的碳 氧关 系 为测 定 的炉次 应 操作 正常 固定插枪时 间 停吹 后 的二 分 钟插人为佳 等 因素 。 表 碳氧关系 测定的 部分 结果 一 一— ， 〔 几 一 公 “ 炉 号 后第 次分 炉秒倒 。 。 。 二三四二 沙河 山， 曰钊 八 。 ‘ ‘ · 乙﹄口了 土，︸了 洲浦刹招洲放钓淞 、 ， 。 ， 。 八”只日八咋八︸︸ 厅任︻八八︺。。八内丫了乙八刀一。 ︸性月‘ 工占曰一，二二件以。任口上﹂， ，﹄了，刀月涌 ‘。。办一马舀甘 舀

二、试验结果 各测量点钢中氧的活度，碳含量、锰含量，温度及相应的渣中FeO含量，及炉前操作主 要参数均已整理，部份结果列于表1。表中，钢渣中的FO含量由换算求得，吹氧量吹氧时 间采用炉前吹氧熔炼记录，钢液温度个别数据由炉前插入式热电偶（双铂佬）获得，而多数 均为定氧测头测出。 三，攀铜120吨氧气转炉吹炼末期的碳氧关系及讨论 1,在转炉吹炼末期炼钢熔池中存在着氧气熔入钢液炉渣，碳氧反应及少量的M的再氧 化反应，它们之间相互影响，相互制约。由于吹炼末期钢液中碳含量较低，碳的扩散成为碳 氯反应的控速环节，碳氧反应的速度随着碳含量的下降而不断降低，使吹入熔池中的氧不能 全部为碳的氧化所消耗，故必然造成钢液中氧含量高于碳氧反应的平衡值。同时，这种过剩 值也必然与碳的氧化速度一即碳氧反应的动力学条件有关。当动力学条件相对稳定时.钢 液中氧的活度必然与碳，温度，渣中氧化铁，钢中锰含量有相对稳定的关系，这就是碳氧经验 公式的理论根据。 2.对于碳氧关系及其它因素对此关系的影响、国内外已有不少学者在不同的转炉上测定 出来。常见的形式有两种： ato=+BT+C%Mn3+D(F)+() A ao}=一A'10g%C+B'1ogt+Clog〔%Mni+Dlog(feO%)+E'…(2) 式中： a〔o):钢液中熔解氧的活度， [%C]:钢液中碳的百分含量， ·%Mn]:钢液中残锰百分含量， [ΣFeO%]渣中氧化亚铁百分含量， T(k),t°C:熔池温度。 A,A',B,B',C,C',D,D',E,E均为常数、根据测试结果，可以判断在我们测试条件 下补吹次数对氧的过剩量无明显影响，故所有测点均可作为吹炼终点处理。考虑到在高碳与· 低碳条件下其动力学条件的差异，而碳一氧关系一般规律不尽相同，故以[%C]=0.3为 界，划分为高碳与低碳两大部份。从表1中选择了比较完全的60组数据，其中低碳部份45组， 高碳部份15组，采用公式(1)在微处理机上作四元无线性回归。 3,低碳部份回归结果(C≤0.3%) a0=0.00431+8.746×i0+0.1519:%Mn+6.913×10-5 [%C: (Fe%)--0.1626 00年00年0s(3） R=0.958 S.D=0.0058 52

二 、 试验结果 各测 量点钢 中氧的 活 度 ， 碳含量 ， 锰含量 ， 温 度及 相 应的渣 中 含量 ， 及炉 前操作 主 要参数均已整理 ， 部份结果列于表 。 表 中 ， 钢渣 中的 含 量 由换算求得 ， 吹氧 量吹氧时 间采用炉前吹氧熔炼 记录 ， 钢 液 温 度个 别数据 由炉前插 人 式热 电偶 双 铂 佬 获得 ， 而 多数 均 为定氧 测 头 测 出 。 三 、 攀铜 吨氧气转炉吹炼末期的碳 氧关 系及讨论 在转炉吹炼末期炼钢熔池 中存在 着氧气熔人钢液 炉渣 ， 碳氧 反应及 少量 的 的 再氧 化 反应 ， 它 们之间相互影响 ， 相 互制约 。 由于吹炼末期 钢液 中碳含量较低 ， 碳 的扩散 成 为碳 载 反应的控速环节 ， 碳氧反应的 速 度随 着碳含量 的下 降而 不断降 低 ， 使吹 人熔池 中的氧 不 能 全部 为碳 的氧化 所消耗 ， 故必然 造 成钢 液 中氧含量高 于碳氧 反应的平衡 值 。 同时 ， 这种过 剩 值也必然与碳 的氧化速度— 即碳氧反应 的动力学 条件 有关 。 当动力学 条件相 对 稳定时 钢 液 中氧的活度必然 与碳 ， 温 度 ，渣 中氧化铁 ， 钢 中锰含量 有相 对 稳定 的关 系 ， 这扰 是碳氧经 验 公 式的理论 根据 。 对干碳氧关 系及 其它 因素对此关 系 的影响 ， 国 内外已 有不 少学者在不 同的转炉上 测定 出来 。 常 见 的 形式有两种 〔 〔 〕 刃 十 · · · · · · · · · · · · · · · · · · ……“ 二 〕 一 ‘ 产 七 〔 二 刀 产 … 式 中 〔 。 〕 钢液 中熔解氧的活度 ， 〕 钢液 中碳 的百分含 量 ， ’ 〕 钢液 中残锰百 分含量 ， 兄 渣 中氧化亚铁百分含量 ， ， 七 。 熔池温 度 。 ， ‘ ， ， ‘ ， ， 尸 ， ， ‘ ， ， ‘ 均 为常数 ， 根据 测试 结果 ， 可以判断 在 我们测试 条件 下补吹次数对氧的过 剩量 无明显影响 ， 故所 有 测点均可 作为吹拣终点处 理 。 考虑 到在高碳 与 低碳 条件下 其动力学 条件 的差异 ， 而 碳 — 氧关 系一般规律不尽相 同 ， 故 以 〔 〕 为 界 ， 划分为高碳 与低碳 两大 部份 。 从表 中选 择 了比较完全的 组 数据 ， 其 中低碳部份药 组 ， 高碳部份 组 ， 采 用公式 在微 处理机 上 作 四 元无线性 回 归 。 低碳部份 回归结果 耳 。 〔 、 〔 二 一 “ 仁 卜 刃 一 … …

从以上相关系数R可以看出，这四个因素之间相关系数较高，均方根差为0.0058，说明此 方程的情度为了将此精度与碳的变化联系起来，以便判定可否用此方程定氧定碳，将T, [%In,(2c0%)取平均值各为]873°K.0.00807,19.72代入J上式，得 a01=0:004311+0.0038 〔%C: d%C,=0,004311 aa〔oy [%C) 可以近似认为： I AaCo 0.00.4311 4%C-【%C) 当[%C]为0.03~0.06%时，每变化一个碳(C)4%C)=0.01 Aato) 0.004311×0.01 〔%C2 Aa:o] =0.0479-0.0120 即a:o变化为479到120ppm 这时的14ao]1>2S.D 可见： 当[C%]=0.03~0.06时，aoi波动为479到120ppm,才引起0.01%碳的变化，而这种变 化的概率是大于95%。在[C%]为0.03~0.06，当用此经验公式由氧定碳，·在保证碳的分析 精度为一个碳的命中率大于95%。 同理，当[%C]=0.07~0.1014a0|=0.088~0.0043 即|△ao)1=1.52SD~0.74SD 即保证精度为一个碳的由氧定碳的命中率为8？%~46。 当[%C]=0.11~0.15|4af0】1=0.0036~0.0019 此范围内该关系命中率为46%~34% 可见此经验公式若用于定氧定碳，只有碳含量低于0.10%才能保证精度，随着碳含量的增 加精度下降。国外用此方法定碳的报导中曾指出，可以在碳含量小于0.2%时用以定碳，因 此为进一步完善此项经验公式，攀钢尚须再进一步稳定操作条件，对此公式再作补充测定。 进一步对此四元回归方程的各因素作显著性检验，即用比较标准回归系数b的方法 bi=biv Lji(i=1,2.…m) L00 bi=X1的回归系数，数据及计算见附表，结果发现碳对ao的影响最大，温度次之，钢 中碳Mn次之，渣中FeO最小. 4,高碳部份回归结果(C>0.3%)。 a0=0.006898-1.8114×103T-0.0187%Mn+1.703×104(3Fe0%)+0.03783 〔C% R=0.80 S.D=0.0035 53

从以 上相 关 系数 可 以看 出 ， 这 四个 因素之间相关 系数较高 ，均 方根差 为 忘 ， 说明此 方 程的精 度 为 了将 此精 度 与碳 的 变 化联系 起 来 ， 以便判定可 否 用此方程定氧定碳 ， 将 ， 〔 入 」， 乙 一 。 仅平 均 值各 为 ， 代 入 」 式 得 〔 〕 一 斗黯 。 · 。 “ 刁 〔 二 口〔 〕 一 〔 〕 可以 近似认 为 〔 〕 」〔 〔 〕 当仁 〕为 时 ， 每变 化 一个 碳 」〔 〕 」 〔 〕 。 〔 二“ 二 〕 即 犷 。 几变化为 到 这 时 的 』 〔 〕 可见 当〔 二 一 时 ， 一 以 波动为 到 ， 才 引起。 时碳的变化 ， 而 这种变 化 的概率 是大 于 。 在 〔 为。 ， 当 用此经 验公式 由氧定碳， 秘保证碳 的分析 精 度为一个碳 的命中率大于 。 同理 ， 当〔 〕 」 。 一 即 △ 仁。 〕 即保 证精 度为一个 碳 的 由氧 定碳 的命中率为’ 一 。 当 〔 〕 」 盯。 二 此 范围 内该关 系命 中率 为 一 可见 此 经 验公 式 若用于定氧 定 碳 ， 只有碳 含 量低于 才能 保 证精 度 ， 随 着碳 含 量的增 加 精 度下 降 。 国外 用此方法 定碳 的报导 中 曾指 出 ， 可以在碳 含量 小子匕 时 用 以 定碳 ， 因 此为进一 步完 善此项 经 验公式 ， 攀钢 尚须 再进 一 步稳定 操作 条件 ， 对此公式 甫作 补 充测定 。 进 一步对 此四 元 回 归 方程 的各 因 素 作 显 著性检 验 ， 即 用比较标 淮 回 归系 数 的方法 侧 ， … · 玫刃 二 的 回 归系 数 ， 数据 及 计算见附表 ， 结 果发现碳 对 一 。 〕的影 响 最大 ，， 温 度次 之 ， 网 中碳 次 之 ， 渣 中 最 小 。 ， 高碳部份 回 归结 果 功 。 牡 一 一 吕 一 〔 〕 十 一 魂 刃 · · · · · · · · · … … ‘ 二 ‘ ， · · 。 · · · · … … 。 二 七二 二

可见这部份经验公式与低碳部份相比，其相关系数较低，从精度的绝对值看，S.D为0.0035 比低碳部份小，但若从定氧定碳角度考虑，取T=1873K,平均[%Mn]=0.144。 平均∑(Feo)%=16.51 代入上式，得 a01=0:006808+0.040 !%C: da.o 0.006898 d%C:2 〔%C E似认为%剑 0.006898 〔%C)2 若取4.%C】=0.01 则4ao:989×0.0j 当C%C]=0.30~0.80则1a0=0.008-0.0001 即|a0.1=0.23S.D~0.13S.D 在此范围内该关系的命中率为18%~10% 可见高碳部份内关系式不能用于测氧定碳，即无法满足定碳精度。但由公式可看出，当碳变化 很大时相应的氧量变化却不大，故反之若用此碳定氧，并由此计算铁合金加入量则是可行的。 124 magt6y ,n 1一Peo=1atmT￥173K膜氧平新关系当 ,2-Pa0=1atmT=1873K蒙氧平衡关系面线 t。 。一紫-一次到护·一第一次倒护（线） 4一第二次倒炉4一第二次例护（终点） 口一第三次到护 ■一第三次倒炉（线点） 装一第四次例炉 200 00.1 0.6 0.7 4%C)w 图1顶吹转炉中直接定氧与碳一氧平衡关系对照 曲线3低碳部分碳氧关系回归方程 (温度T=1683KMn%,公FeQ%用平均数)曲线3'高镂部分碳氧关系回归方程（同上） 54

可见这部份经验公式与低碳部份相比 ， 其相 关 系数较低 ， 从精 度的绝对 值看 ， 为 比低碳 部份小 ， 但 若从定 氧定碳 角度考虑 ， 取 下 ， 平均 〔 〕 。 。 平均 刃 代人 上式 ， 得 ’ 〕 盯 三 二。 二 、 牙 丁 一 近似 认为华煞斗 一 ’认 “ “ ’ ‘ ” “ 若取 、 〕 二 〔 〔 ，“ ” 〔 。 川摆望事 。 · 当〔 〕 则 一 即 二 在此 范围内该 关 系 的命中率为 一 可见高碳部 份 内关系式不能 用于 测氧 定碳 ， 即无法 满足定 碳精 度 。 但 由公 式 可看 出 ， 当碳变 化 很大时相 应 的氧量 变化却不 大 ， 故 反之 若用此碳定 氧 ， 并 由此 计算铁合金加入量 则是可 行 的 。 吧粉 二 沁汾辫 拼幼山 、 币 、 】洲护 产 。 招 谈载平匆关东曲 ，一 ‘ ，叭 二 盯 欲软平衡关系自线 二 皿 。 一第一次例沪 ‘ 一第二次例沪 一第三次例沪 跪 第四次例沪 一如一次例护 终点 ‘ 一第二次附护 终点 一第三次升护 ‘终点 代 …公 ‘ 产 … ，‘曰叭 驴 ‘… 盯狱口﹄ … 侧 ︸ 礼 八枯 ‘犷‘ 宜 尹七二忿石片 图 温 度 男 ， 。 名 ‘ ’ 一 。 一一一 可 一一气石尸 一 一 ‘ 书 ‘ 色户， 一 ’ 顶吹 转炉 中直接定氧与碳—氧乎衡关系对 照 曲线 低碳部分碳氧关 系 回 归方程 公 。 男用 平均数 曲线， 高缺部分碳氧关 系回归 方程 同 二

5,为了进-·步说明我们的测定数据是可靠的，将本实验的结果与理论值，文献值比较。 (1)将我们实测数据与碳氧平衡曲线及文献给出的实测值比较： 图1是碳氧平衡曲线及实测值在该图上的分布图。可以看出，实测点大部份分布在P。。=2 atn平衡曲线上，与Pco=latm平衡曲线距离较大，实测点碳氧之间变化规律与碳氧平衡曲 线变化规律基本-一致。图2是文献：6给出的80T氧气顶吹转炉对应的钢液氧活度的范围，我 们所测数据表示在图？中，一者基本上是相吻合的。 (2)、与鞍钢实测数据相比较 将我们所测数据与鞍钢150T氧气 0.10 顶吹转炉用固体电解质定氧测头 2 所获碳氧经验式比较， 选取[C]=0.03~0.30%的数据 8 ·1-Pc0=latm 59组进行一元回归，其数据见附 6.01 2一80吨LD实标测定值 录，得到： ·一本实登实际测定谊 a=37.38 119.1 〔C) (ppm) …(5) 0.001 L S.D=104, R=0.91 0.01 1.0 C(): [C]=0.03~0.30% 图？炼钢熔池的碳氧关系此较 与此相应鞍钢的150T转炉的测定 结果为 ar=36-88+94.03 (6) 〔C (ppm)……*n R-0.93 [C]=0.03~0.45% 由以上两式计算结果列下表 [C]% 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30 攀钢aco, 13G3 742 534 431 368 327 297 275 258 244 鞍铜ao, 1323 709 504 401 340 299 270 278 248 217 从上表可看出计算结果总的规律相当一致，在实际操作条件不同转炉容量不同的情况下，数 据有差异是必然的，例如攀钢供氧强度为245米·/分·吨，而鞍钢为I8~2.0米1分·吨， 这也是过剩量攀钢比鞍钢普遍都高的原因。 总之，由以上两方面的分析比较可以看出，我们所获数据符合冶金规律及理论分析，因此是 可靠的。 四、电子计算机控制转炉冶炼终点的方案 在碳氧关系测试获得数据的基础上，对如何在后期吹炼中进行终点碳的计算机控制进行 了一些探讨。以便在目前操作基础上尽可能提高命中率，并为今后全面用计算机控制提供一 些设想与依批。 55

为 进 一步 说明我 们 的 测定数 据是 可靠的 ， 将本实验的结果与理论值 ， 文献值比较 。 将我 们 实测数据 与碳氧平 衡曲线及 文献给 出的实测值比 较 图 是碳 氧平 衡曲 线 及 实测值 在 该图上 的分布 图 。 可 以看 出 ， 实测点 大部份分布在 。 。 二 七飞。 平衡 曲线 匕 与 。 。 二 平 衡曲线距 离较大 ， 实测点 碳氧之 间变 化规律与碳 氧平 衡 曲 线 变化规律基 本一 致 。 图 是文献〔 二给 出的 氧气顶吹转 炉对应 的钢液 氧 活 度的 范围 ， 我 们 所 测数据表 示在 图 中 ， 一二者基 本 卜是相 吻 合的 。 。 ’ 、 与鞍钢 实测数 据相 比较 将我 们所测数据 与鞍钢 氧气 顶吹转 炉用 固体电解质定氧 测 头 所获碳氧经 验式比较 ， 选取 〕 的数 据 组进行一元 回归 ， 其数 据见 附 录 次︹︶ 一本实脸实际测定道 一 。 得到 〕 一 」 〔 了 ’ 一一石 〔 无 图 炼 钢熔 池 的 谈缄关 系比 较 … … 二 ， 〕 与 此相应鞍钢的 转炉 的测定 结 果 为 。 认 厂 “ 〕 花丈石 · · · · · · · · · · ” · · … ， · · · · · · · · · · · …… ， 二 ， · · … ， 二 由以上两式 计 算结 果 列下表 皿 〕 攀钢 。 。 。 按 铜 ‘ 。 ， 乳 「 」二 一 一 ‘ ‘ 一一 一 一 一一 一 — 一 。 酬 。 理 从上表 可看 出计算结果 总的规律相 当一致 ， 据有差异是 必然 的 ， 在实 际操作条件不 同转 炉 容量不 同 的情况下 ， 数 例如 攀钢供氧强 度为 米 了分 · 这也是过 剩 氧 量攀钢比 鞍钢 普遍都高 的原 因 。 吨 ， 而鞍钢 为 、 米 分 · 吨 ， 总之 ， 由以上两 方面 的分析 比 较 可 以看 出 ， 可 靠的 。 我 们 所获数据叮合冶 金 规律及 理 论分析 ， 因此 是 四 、 电子计算机控制转炉冶炼终点的方案 在 碳氧 关系 测 试获 得数 据 的墓 础 上 ， 对 如何 在后期 吹炼 中进 行 终点 碳 的计算机控制进 行 ‘ 了一些探讨 。 以便 在 目前 操 作簇础 上尽 可能提高命 中率 ， 并为今后全 面 用计 算机控制提供一 些 设 想 与 依据

计机算控制转炉终点是建立在科学计算基础上的，它采用逐步逼近的策略思想。即通过原材 料精料控制和准确检测来保证建立具有一定精度的炉料加人量和供氧量的静态模型，再通过 吹炼过程动态模型控制来提高控制的精度，最后通过中间检测和后期修正模型来达到高精度 的终点目标命中率，对于少数未达到高精度终点目标命中的吹炼用炉外微调来挽救。 采用吹炼过程动态控制，使吹炼的主要治金反应沿着最佳反应路线进行，必然会提高吹 炼过程的再现性，无疑也会提高终点目标的命中精度。由于攀钢目前条件下无法讨论转炉全 过程的自动控制，只能对转炉后期如何控制终点碳（即补吹时间的确定）进行-·些探讨，故我 们采用脱碳模型，只立足于终点碳的控制，梯形模型只是对氧气转炉实际脱碳速度变化的近 似处理，由于后期脱倦速度并非随C%]呈直线变化，放在攀钢现行操作条件下，梯形模型 不能作为动力学模型指导吹炼后期的操作。 指数模型的提出是基于炉气连续分析，推算出的脱碳速度与碳含量之间的关系〔1)，其 基本要点类似于梯型模型，但在脱碳后期脱碳速度与碳含量不再成简单的线性关系，而成指 数关系，并认为这一关系更符合实际脱碳过程，我们采用日本Kawasak钢铁公司，1974年 公布的称之为“Smart”控制系统中用于动态控制的指数模型： =〔1-ex8&〕 ………(12) 式中： E一理论最大脱碳速度(%/NM) C。一脱碳速度为零时的临界碳含量（重量%） C,一C.点切线与的交点对应的碳含量（重量%） C一碳含蚊（重量%） 以上的微分式示意图如图3 积分(12)式可得 40:=cg0〔8&+1 (OP/OP-) 1-ep(88 *…w…(]3) C0-C。: 1-exp Cp-C。 式中： Co C 碳含置(%) Ca一吹炼终点的碳含是 图3股碳指数模型示意图 「1一为吹炼过程中测定的熔池中的氧含量 AO2一是当碳含量从C,降至C:.时所须吹人的气重， 为了检验以上模型的适应性，首先我们用攀钢的熔炼数据，采用逐步逼近法求出各组数据， 即指AO,Cta,「1，各个对应的Cp,在计算中我们采用的数据是： C。=0.01%,5=0.10714%/NM3402=0.75×Q1Tt×T。(Q为全部供氧量)T:为全 部吹氧时间，Tb从C。降到Ct.补吹氧时间，在逼近计算时C的步长为0.010%，相应的 计算值△O2与实际供氧量Q,逼近程度是|Q。-4O:|5M',此时对应的C。即为方程解， 56

计机算控 制 转炉终点 是建立 在科学 计算基础 上 的 ， 它 采 用逐 步逼 近 的策 略思 想 。 即通过 原 材 料精料控 制和 准确检 测来保证建立具 有一定精 度 的炉料加人 量和 供 氧 量 的静态模 型 ， 再通过 吹炼过 程 动态模型控 制来提高控 制 的精度 ， 最后 通过 中间检 测和 后期 修正模 型来达 到 高精 度 的终点 目标命 中率 ， 对于 少数 未达 到 高精 度终点 目标命 中的吹炼 用炉外微调 来 挽救 。 采 用吹炼过 程动 态控制 ， 使吹炼 的主要冶 金 反应沿 着 最佳 反应路线进 行 ， 必 然会 提高吹 炼过 程 的再现 性 ， 无疑 也会 提高 终点 目标 的命 中精 度 。 由于 攀 钢 目前 条件 下 无法讨论转 炉全 过 程的 自动控制 ， 只能对转 炉后期 如何控 制 终点碳 即补 吹时 间 的确定 进 行一 些探讨 ， 故我 们 采用脱碳模 型 ， 只 立足于 终点碳 的控 制 ， 梯形 模 型 只是 对氧气转 炉实际脱碳 速度变化的近 似处 理 ， 由干后期 脱淡速度并非 随 三 〕呈 直线 变 化 ， 故在 攀钢现 行 操 作 条件下 ， 梯形模 型 不 能作为 动 力学模 型指 导 吹炼后期 的操作 。 指数模型 的提 出是墓 于 炉气连 续分析 ， 推算 出 的脱碳 速 度与 碳 含 量之间 的关 系 川 〕 ， 其 基本要点类似于 梯型模 型 ， 但 在脱碳后期脱碳 速 度 与碳 含量 不 再 成简 单的线性 关 系 ， 而 成指 数关 系 ， 并认为 这一 关系更符合 实际脱碳过 程 ， 我 们 采 用 日本 钢铁公 司 ， 年 公布的称 之为 “ 七 ” 控制系统 中用于动 态控制 的指 数 模型 念 “ 〔 ‘ 一 。 一 一 一 〕 式 中 育一 理论 最大 脱碳速度 。 一 脱 碳速度 为零时 的临 界碳含 量 重 量 写 一 汽 切线 与青的 交点对应 的碳 含 最 重量 一 碳含 以 重 毫 以上的微分式 示意 图如 图 穆砂 积分 式 可得 二一 破含 」 一 〔 一 一 一 一 。 一 。 一 。 ’ 、 、 一 一 ” · “ · · · · · · · · 一 一 ， 一 。 少 夕 卜 引八“ 。 ︵ 、，︶· 芝次似翎任留 奋 一 ， 图 脱碳指 数 模型 示 意图 式 中 。 一吹炼 终点 的碳 含量 ，一 为吹炼过 程 中测定 的熔 池 中的氧含 量 ， 一 是 当碳 含 量 从 。 ，降 至 。 时 所 须 吹人 的城气 虽 ， 为了检验 以 模 型的适 应性 ， 首先我 们 用攀钢 的熔炼 数据 ， 采 用逐 步逼近 法求 出各组 数据 ， 即 指 △ ， ， 。 ， 各个 对 应的 ， 在计 算中我 们 采 用的数据 是 。 ， 青 “ 。 为全 部供 氧 量 为 全 部 吹 氧 时 间 ， 从 。 降到 补吹氧时 间 ， 在逼 近计 算时 的步长为 ， 相 应 的 计算值八 。 与实际供 氧量 逼近 程 度是 。 一 」 。 ， 此时 对 应 的 。 即 为 方 程 解

计算数据结果见附表。 算出的Cp对C1a,ta,Ca,ta'(其中ta,t为对应Ct,C的温度)，进行多元回 归得到： Cp=-1.865-0.594〔C1+1.487〔Cta)-0.00396t.1+0.00516tra……(14) S=0.061 R=0.94 相关系数较高，精度也可以，说明此模型对攀钢适用。 输入原料平均含碳蓝C吹炼终点时 含炭量，上限C,下限C1: 按平均脱酸速度V。 计常拉碳时间t=。 氧枪下帝到位， 拉硬完毕后氧怆提出，关氧， 3秒内，a01T 补吹. 倒炉后2分神插枪定氧 无可渎数据 二次福枪定氧 8秒内，at1T 均有可读数据 由a1。T (C%)>0.1 求，〔C%) 取钢样分析C并输入 〔C)>0.1 显示(C) C>Cn C:6C≤Ct: C<Ci 由T、C、T、C 出钢 增C或改網种 求C、△、△t 是示补吹时阀△t 图4攀钢转炉计算机控制方案 57

计 算数 据 结 果见附表 。 算出的 对 ， 。 ， ， ， 归得 到 其 中七，。 ， 七 ，为对 应 ，。 ， 、的温 度 ， 进 行 多元 。 一 一 〔 ， 〕 〔 〕 一 。 十 二 。 · · · · · · · · · · · … … 相 关系数较 高 ， 精 度也 可 以 ， 说 明 此模型 对 攀钢 适 用 。 输入 原料 平均含碳最 吹练终点时 含炭量 ， 上限 ， ， 下 限 ， 按 平均脱碳逮度 。 、 ， 一 ， 一 飞下 异 仪 峨盯 问 下万 氧抢下降到位 ， 争卜吹 拉砚完毕后 氧枪提 出 ， 关 氧 ， 倒 沪后 分钟插枪定氧 缪， 鱼必公 二 无可读数据 二次福枪定峨 吕秒内二 均有可读数据 由 求 〔 〕 〕 取钾样分析 井洽入 〔 〕 显示〔 〕 ， 《 ‘ ， 由了 、 、 京 ， 、 二 、 ， △ 、 △ 出钠 增 或改俐种 里示补吹时阅八 图 攀钢 转护计算机控 制 方案 汽

这样当我」获得了C1,L的数据，诈已知确定的目标Crs,t:时，则可按(14)式算出C。 再由(13)式算出4O2当吹氧强度一定时，就可得到所须的补吹时间。 根据以上模型，我们初步设计出攀钢转炉计算机控制方案，见图4。 五、结 论 1.攀钢120T气顶吹转炉吹炼未期钢中氧活度的经验公式为 0.00431 aa1元 +8.746×10-5+0.1519r%Mn)+6.9113×105(zFe0%) C%CJ -0.1626 R=0.958 S.D=0.0058[C0.30%) a1=-0:006898-1.8114×10-5T-0.01874%Mn+1.703×10-4(zFe0%) %C +0.03783 R=0.80 S.D=0.0035 2.低碳部份的〔0〕经验公式在C≤0,10%时可用定氧定碳，定碳的精度可达0.01%，若想此公 式扩展到C≤0,20%范围内定氧定碳，并保证定碳精度仍为0.01%，尚须进-·步稳定操作条 件，并做补充测定。 3,为使氧活度经验公式更加适用于快速定碳，应当在稳定操作条件下，即：使(%M), (FO%)影响较小的因素稳定在一个不大的范围内波动，并取平均值代入上式，从而简化 为.元经验公式，例如取试验期间平均值：〔%Mny均=0.087，(FeO%)=19.72 则： a=0:04311+8746×105T-0.1600 〔%C) 这样由定氧测头得到a[o]和T值时，则可求出相应的r%C)值，排除了取样进行化学分析的 较慢步骤，而达到快速定碳目的，而且这种处理也不会影响定碳精度。 4.SmrL脱碳模型适应于攀钢120T氧气顶吹转炉。可作为控制终点碳的动力学模型。 5.利用脱碳模型和碳氧线关系公式提出了计算计控制吹炼终点方案。 参考文献 [1]R.D佩尔克著，邵象华等译校，治金工业出版社(1982)，“氧气顶吹转炉炼钢”下册 [2]杨栋，转炉通讯(1983)，N0.2、 [3]h英，炼钢学原理，冶金工业出版社(1980) [4】杨福论，项守文，鞍钢技术2(1983)， [5」魏寿昆，治金过程热力学，(1980，)上海科技出版社， 〔6]陈永彝，全国转炉炼钢会议资料(1981) (7门钟甬芳，李雨膏，张德铭，钢铁」（1984) [8]韩其勇主编，冶金过程动力学，(1984)治金工业出版社 [9]W.K.Lu BOF END PINT DETERMINATION MCMaster Symposium No9.May,(1981).11-18 58

这样 当我叮 获得 了 。 ， 。 的数据 ， 并 己 知 确定 的 目标 。 ， 。 时 ， 则可按 式算出 再 由 式 算 出 当吹氧强 度一 定时 ， 就可得到所须的补 吹时 间 。 根据 以上模 型 ， 我们初步 设计 出攀钢转 炉 计算机控制方案 ， 见 图 。 五 、 结 论 攀钢 城气 顶吹转 炉吹炼 末期 钢 中氧 活度的经验公式 为 。 勺 〔 一 〕 一 火 一 “ 〔 只 一 弓 刀 二 盯 〕 〔 〕 一 一 “ 一 〔 〕 一 ‘ 刃 低碳 部份 的 〔的 经 验公式在 簇 时 可 用定氧定碳 ， 定碳 的精度可达 ， 若 想此公 式扩展 到 戈 范围内定氧定碳 ， 并保 证定碳精度仍为 ， 尚须进一 步稳定 操 作 条 件 ， 并做补充测定 。 为使氧 活度经 验公式 更加适 用于快速定碳 ， 应 当在稳定操作条件下 ， 即 使 ， 刃 影响较 小 的 因素稳定在一个 不大 的范围内波动 ， 并取 平均 值代 人 上式 ， 从而 简化 为 二 元 经验公 式 ， 例如 取试 验期间平均 值 〔 〕平均 ， 刀 则 叮 。 〕 〔 〕 义 一 一 这样 由定 氧测头得 到 〔 。 〕 和 值时 ， 则 可求 出相 应 的〔 〕值 ， 排除 了取样进行 化学分 析 的 较慢 步 骤 ， 而达 到快速 定碳 目的 ， 而 且这种处 理也不会 影响定碳精 度 。 脱碳模 型适 应于 攀钢 氧气顶 吹转炉 。 可作 为控制终点碳 的动 力学模 型 。 利 用脱碳 模 型和 碳氧 曲线关 系公式 提 出 了计 算 计控 制 吹炼 终点方案 。 参 考 文 献 〔 〕 佩 尔克著 ， 邵 象华等译校 ， 冶 金 工业 出版社 ， 〕 杨栋 ， 转 炉通讯 ’ ， 、 〔 〕 曲英 ，炼钢学原 理 ， 冶金 工业 出版社 。 」杨 福论 ， 项 守文 ， 鞍钢技 术 ， 〔 」魏寿 昆 ， 冶 金过 程热 力学 ， ， 上海 科技 出版社 ， 红 〕 陈 永彝 ， 全 国转炉炼钢会议资料 红 」钟 雨芳 ， 李雨膏 ， 张德 铭 ， 钢铁 〔 〕 韩其勇主编 ， 冶金过 程动 力学 ， 冶金 工业 出版社 〕 ， ， ， 一 “ 氧 气顶 吹转 炉炼钢 ” 下 册 只七

A Study of C-O Relation at the Latter period of Blowing Course in 120T BOF Converter in Panzhihua Steel Company Zhang Qian-Xian Li Guo-Wei Wang Dang-Ming Abstractz In present Study,two emperical formulas have been obtained for the activity of oxygen,a toj,at the latter period of the blowing course in the 120T BOF Converter in Panzhihua stecl Company. The emperical formula corresponding to the lower carbon content (C <0.3%),may be used for fast [%C]-determination in which ato]is o b- tained by using an oxygen probe.The accaracy of [%C]obtained may reach 0.01%when [%C]is less than 0.10%,For the extention of the applicat- ion of the formula io a range of Cs0.20%,more experimental work are needed。 The present study shows that Smart decarbonization model is applica ble for the BOF system.A computer control plan for the blowing termin. al is proposed based on the decarbonization model and the a[o]-[%C] relation diagrams。 59

一 一 一 一 七 ， 七 七 七 〔 七 七 ， 〕 ， 七 七 七 七 七 。 七 七 七 《 ， 仁 一 〔 〕 ， 〕 七 〔 〕 七 ， 七 乞 《 ， 七 。 七 七 七 七 七 七 七 七 〕 一 〔 〕 ‘