增刊1 林路等：基于废气分析的RH脱碳模型 ·23· 含量逐渐增加并达到最大值；当C一O强反应期过 290s时出现压降平台，脱碳速率迅速下降，在370s 后，熔池中碳含量较低，C0反应较弱，因此废气中 左右由于提升氩气流量达到最大且真空压力进一步 C0、CO,含量逐渐减少直至接近于零. 下降，脱碳速率稍稍上升后由于熔池中碳含量传 自然脱碳第2炉次开抽150s后真空室压力降 质限制，C0反应减弱，脱碳速率下降直至为零： 至10000Pa左右，在180~290s之间出现了压降平 而强制脱碳炉次，由于吹氧作用对脱碳速率的正 台，400s后达到极限真空度（如图5所示）.图4在 面作用与压降平台的负面作用相互抵消，在压降 自然脱碳条件下，C0和C02含量变化趋势一致，且 平台期脱碳速率没有下降，而是出现一段脱碳速 出现两个峰值，峰值的变化分别出现在真空度压降 率近似平稳期.由此说明真空压降平台的存在，不 平台前后.由于钢液开始循环后，随着真空度升高， 利于钢液脱碳反应的进行，消除压降平台可进一 脱碳速率逐渐增加，废气中C0、C02含量增加并达 步增大RH脱碳速率，达到在更短时间获得更低碳 到第1个峰值：在370s左右氩气流量提升以及真空 含量的目的. 室压力进一步下降并达到最极限真空度(67Pa),C一 实际生产中在H脱碳后期，由于碳含量很低， 0反应剧烈造成C0、C0,含量再一次增加并达到第 C0反应很弱，加之真空室压力和提升气体流量已 2个峰值：随后到脱碳后期，废气流量达到一个相对 趋于稳定，废气中C0+C02含量在一定程度上能较 稳定的值，废气中C0、C0,含量逐渐减少直至接近 好地反映熔池内的碳含量.当废气中C0+C0,含量 于零 低于5%时，可认为脱碳结束，通过90余炉数据分 由于废气分析装置安装位置离真空室有一定距 析可知，此时脱碳速率一般低于10-6min1. 离，同时分析仪器有一定的响应时间，所以通过废气 图7是两试验炉次在RH脱碳过程中熔池内钢 分析仪得到的废气信息有一段延迟时间.对该钢厂 水碳含量实测值与模型预测值的对比.由图可见， 2010年6月一2011年3月生产90余炉F钢数据 考虑延时后，模型预测值与实测值吻合较好.在脱 进行分析，找出烟气分析系统合理延时时间，并同时 碳前期，模型预测值与实测值相差较大，约为30× 得出较优的流量修正系数，建立精确的基于烟气分 10-6;而在脱碳末期，模型计算值与实际测量值相差 析的RH脱碳数学模型.利用该模型对现场典型两 不大，试验结果吻合较好，达到终点预报的目的 炉次进行了模拟计算，对熔池中碳含量连续预报，同 400 时对此两炉次进行取样分析，并将模型预报值同取 350 第1炉次考虑延时预测值 样分析结果进行比较，从而验证模型的准确性 % 书2中次 时预测值 经模型预算后RH脱碳过程中的脱碳速率如图 250 第2炉次 第2炉次实测 16 6所示.两炉次考虑延时脱碳速率明显比没有考虑 200 延时的时候脱碳速率快，也更加符合RH脱碳过程 150 的真实情况 100 90 0 时压降平台 第1炉次 0 200 400600800100012001400 第1炉次考虑延时 RH处理时间/s 第2炉次 第2炉次考虑延时 图7RH熔池内钢水碳含量对比 Fig.7 Comparison of carbon content in the RH molten bath A0 3 模型计算RH脱碳终点碳含量的精确性 10 降平台 对某钢厂生产F钢中十余炉次脱碳终点碳含 200 400 600 800 100012001400 量进行了取样分析，分析结果与基于废气分析脱碳 RH处理时间s 模型计算的RH脱碳终点碳含量进行了比较，结果 图6脱碳速率的变化 如图8所示.由图可知，模型预报结果误差范围都 Fig.6 Variation of decarburization rate 在±5×10-6之间：其中，预报范围在±3×10-6之间 自然脱碳炉次压降速度比吹氧强制脱碳炉次 的占73.7%，证明了模型对脱碳终点的预测有一定 快，脱碳速率迅速升高，到达峰值后，由于在180~ 的可靠性增刊 1 林 路等: 基于废气分析的 RH 脱碳模型 含量逐渐增加并达到最大值; 当 C--O 强反应期过 后，熔池中碳含量较低，C--O 反应较弱，因此废气中 CO、CO2含量逐渐减少直至接近于零． 自然脱碳第 2 炉次开抽 150 s 后真空室压力降 至 10 000 Pa 左右，在 180 ～ 290 s 之间出现了压降平 台，400 s 后达到极限真空度( 如图 5 所示) ． 图 4 在 自然脱碳条件下，CO 和 CO2含量变化趋势一致，且 出现两个峰值，峰值的变化分别出现在真空度压降 平台前后． 由于钢液开始循环后，随着真空度升高， 脱碳速率逐渐增加，废气中 CO、CO2 含量增加并达 到第 1 个峰值; 在 370 s 左右氩气流量提升以及真空 室压力进一步下降并达到最极限真空度( 67 Pa) ，C-- O 反应剧烈造成 CO、CO2含量再一次增加并达到第 2 个峰值; 随后到脱碳后期，废气流量达到一个相对 稳定的值，废气中 CO、CO2含量逐渐减少直至接近 于零． 由于废气分析装置安装位置离真空室有一定距 离，同时分析仪器有一定的响应时间，所以通过废气 分析仪得到的废气信息有一段延迟时间． 对该钢厂 2010 年 6 月—2011 年 3 月生产 90 余炉 IF 钢数据 进行分析，找出烟气分析系统合理延时时间，并同时 得出较优的流量修正系数，建立精确的基于烟气分 析的 RH 脱碳数学模型． 利用该模型对现场典型两 炉次进行了模拟计算，对熔池中碳含量连续预报，同 时对此两炉次进行取样分析，并将模型预报值同取 样分析结果进行比较，从而验证模型的准确性． 经模型预算后 RH 脱碳过程中的脱碳速率如图 6 所示． 两炉次考虑延时脱碳速率明显比没有考虑 延时的时候脱碳速率快，也更加符合 RH 脱碳过程 的真实情况． 图 6 脱碳速率的变化 Fig． 6 Variation of decarburization rate 自然脱碳炉次压降速度比吹氧强制脱碳炉次 快，脱碳速率迅速升高，到达峰值后，由于在 180 ～ 290 s 时出现压降平台，脱碳速率迅速下降，在 370 s 左右由于提升氩气流量达到最大且真空压力进一步 下降，脱碳速率稍稍上升后由于熔池中碳含量传 质限制，C--O 反应减弱，脱碳速率下降直至为零; 而强制脱碳炉次，由于吹氧作用对脱碳速率的正 面作用与压降平台的负面作用相互抵消，在压降 平台期脱碳速率没有下降，而是出现一段脱碳速 率近似平稳期． 由此说明真空压降平台的存在，不 利于钢液脱碳反应的进行，消除压降平台可进一 步增大 RH 脱碳速率，达到在更短时间获得更低碳 含量的目的． 实际生产中在 RH 脱碳后期，由于碳含量很低， C--O 反应很弱，加之真空室压力和提升气体流量已 趋于稳定，废气中 CO + CO2含量在一定程度上能较 好地反映熔池内的碳含量． 当废气中 CO + CO2含量 低于 5% 时，可认为脱碳结束，通过 90 余炉数据分 析可知，此时脱碳速率一般低于 10 － 6 min － 1 ． 图 7 是两试验炉次在 RH 脱碳过程中熔池内钢 水碳含量实测值与模型预测值的对比． 由图可见， 考虑延时后，模型预测值与实测值吻合较好． 在脱 碳前期，模型预测值与实测值相差较大，约为 30 × 10 － 6 ; 而在脱碳末期，模型计算值与实际测量值相差 不大，试验结果吻合较好，达到终点预报的目的． 图 7 RH 熔池内钢水碳含量对比 Fig． 7 Comparison of carbon content in the RH molten bath 3 模型计算 RH 脱碳终点碳含量的精确性 对某钢厂生产 IF 钢中十余炉次脱碳终点碳含 量进行了取样分析，分析结果与基于废气分析脱碳 模型计算的 RH 脱碳终点碳含量进行了比较，结果 如图 8 所示． 由图可知，模型预报结果误差范围都 在 ± 5 × 10 － 6 之间; 其中，预报范围在 ± 3 × 10 － 6 之间 的占 73. 7% ，证明了模型对脱碳终点的预测有一定 的可靠性． ·23·