热平衡计算在转炉炼钢中的应用

２００９年２月武钢技术

Ｆｅｂ．２００９ ４０

第４７卷第１期

ＷＩＳＣｏ

ＴＥＣＨＮｏＩ。ｏＧＹ

Ｖ０１．４７

Ｎｏ。１

热平衡计算在转炉炼钢中的应用

卢

凯

（武汉钢铁股份有限公司炼钢总厂，湖北武汉４３００８３）

摘要：依据转炉炼钢热平衡计算的原理，阐述武钢炼钢总厂三分厂在转炉炼钢中计算铁水、废钢加入量的工作原则和应用热平衡计算进行人工修正的方法，在不添加外来增热剂和提高转炉终点控制水平的基础上，转炉废钢单耗最高达到１７３．１５ｋｇ／ｔ。关键词：热平衡；转炉；废钢比

中图分类号：ＴＦ７２９．５文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—４３７１（２００９）０１—００４０—０３

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ

ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎ

ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｒｅｆｉｎｉｎｇ

ＬＵＫａｉ

（ＧｅｎｅｒａｌＳｔｅｅｌｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔｏｆＷＩＳＣＯ，Ｗｕｈａｎ４３００８３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ

ｔｏ

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ｓｃｒａｐ

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ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｅｅｌｒｅｆｉｎｉｎｇｉｎｔｈｅＮｏ．３ＳｔｅｅｌｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔｏｆＷＩＳＣＯ

ａｎｄ

ｂｙａｄｏｐｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｃｒａｐｆｏｒｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ

ｒｅａｃｈｅｓ

ａｓ

ｈｉｇｈ

ａｓ

１７３．１５

ｋｇ／ｔ

ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｔｈａｔｎｅｉｔｈｅｒｅｘｔｅｒｎａＩｈｅａｔａｄｄｉｔｉｖｅｉＳｆｅｄｉｎ

ｎｏｒ

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ｐｏｉｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｒａｉｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｓｃｒａｐｒａｔｉｏ

随着钢铁产品全球性激烈竞争和钢铁工业转炉化学热的多少，它取决于元素的发热能力和节能减排的要求，提高转炉废钢比是钢铁企业数量。在元素氧化放热中，Ｃ、Ｓｉ、Ｐ都是重要的发增产不增铁和转炉挖潜降耗的有效途径，其关热元素，其中Ｃ占有主要地位。对于普通铁水，键是转炉热平衡计算的准确，保证转炉吹炼过碳氧化放热量占元素氧化总放热量的：／２以上。程的稳定。本文主要阐述武汉钢铁股份有限公通过计算，Ｃ、Ｓｉ、Ｐ氧化放热分别占元素氧化总放司炼钢总厂三分厂（以下简称炼钢三分厂）结合热量的５８．２％、２３．８％和３．５％。

炼钢生产的实践，应用热平衡的计算原理，通过１．２

冷却剂

人工计算进行热平衡的修正，在提高转炉终点冷却剂对熔池热量的影响取决于冷却效果、

控制水平的基础上，不断提高转炉废钢比，实现加入量和质量。不同的冷却剂冷却效果不一转炉增产的目的。

样，在冶炼过程中，轻废钢熔化得快，重废钢熔１

影响转炉热平衡的主要因素

化得慢，因此废钢质量对熔池的冷却效果也不一样。

从热平衡计算中［１］可以看出，影响转炉热平

１．３

Ｃ０的二次燃烧率

衡的主要因素有以下几个方面。

提高ＣＯ的二次燃烧率有助于增加炉内热

１．１铁水成分和温度

量，它的效果与炉子大小、二次燃烧氧枪类型有铁水温度是铁水带人物理热多少的标志，其关。对于炼钢厂来讲，其转炉大小以及氧枪类型热量约占转炉热收入的１／２以上。铁水成分决定

均是固定的，ＣＯ的二次燃烧率也不会发生大的

作者简介：卢凯（１９７０一），男，工程师

万方数据

热平衡计算在转炉炼钢中的应用

第１期卢凯：热平衡计算在转炉炼钢中的应用

４１

变化。

１．４

转炉的热损失

转炉的热损失与生产速度和转炉容量等有

关，它可以在热支出的１．５％～１２．０ｏＡ的很宽范围内变化。在通常的热平衡计算中，转炉热损失一般按５％比例考虑。

２铁水、废钢装入量计算的工作原理

目前，炼钢三分厂２５０ｔ转炉在计算铁水、废钢装入量时采用“定矿石调废钢”的冷却制度，即转炉在进行主原料计算时，把冷却剂的数量当作一固定

已知数据，把铁水、废钢作为未知数，使其达到物料

的热平衡，然后按照入炉铁水的实际成分和温度，过程计算机模型计算铁水和废钢的加入量，最后根据实际的铁水、废钢状况，在转炉吹炼过程中对热平衡进行修正，实现转炉的正常吹炼。

３热平衡人工计算方法

热平衡人工计算依据的是再现性原理，即指在同样的原材料，同样的吹炼条件进行吹炼和作业，可以得到与上一炉次相同的终点结果。

３．１

冷却比和冷却效率

冷却比定义：设定每吨废钢的冷却效果为ｌ

时，则各使用原材料每吨的效果相对于废钢的冷却效果之比。根据炼钢三分厂的实际操作情况，各原材料的冷却比如表１所示。

表１不同原材料的冷却比

冷却剂冷却比

废钢。１．０生铁块０．６石灰０．８铁矿石３．３轻烧白云石

Ｏ．８萤石

０．８

’装入炉内的铁合金的冷却比与废钢相同

将本炉次投入材料的冷却效果之和（除铁水

外）除以总装入量，就是冷却效率，如式（１）

一

Ｙ一２—，ａｉＸＡ—ｉ×１００

Ⅳ

（１）、～

式中，Ｘ为冷却效率，％；口ｉ为除铁水外各种原材料的冷却比；Ａｉ为本炉除铁水外各种原材料的加入量，ｔ；Ｗ为铁水和废钢的总装入量，ｔ。

操作因素变动和转炉空炉时间所对应冷却效率的变动如表２、表３所示。

万方数据

项目警：妻’譬慧篙慧耵赢‰

表２操作因素变动对应冷却效率的变动％

冷却效率

±１．３

±ｏ．４

±ｏ．６

—４—３．５—２．５

表３空炉时间所对应冷却效率的变动

％

空炉时间≤１８０ｍｉｎ后第１炉空炉时间ｔ＞１８０ｒａｉｎ

项目

３０≤≤６０

６０≤ｆ≤９０９０≤≤１２０第ｌ炉第２炉第３炉

冷却效率

一０．６

一ｌ

－１．３

－２．０一１．０一Ｏ．５

３．２冷却效率的人工计算

确定矿石加入量，选择过去操作条件类似的同一组炉次作为参考炉次，将参考炉次与本炉次逐项比较，求出本炉次的预定冷却效率，然后用冷却效率计算本炉次的废钢加入量。

３．２．１冷却效率计算

比较铁水中Ｓｉ、温度；停吹时钢中Ｃ、温度以及空炉时间，求出冷却效率的差。

Ｘ１＝Ｘｏ＋（％Ｓｉｌ一％ｓｉｏ）÷１０×１．３＋

（Ｔｒｉｍｌ一‰）÷１０×０．４＋

（Ｔ１一Ｔｏ）÷１０×０．６＋

（ｘｃｌ一‰）＋Ｘｋｌ一Ｘ幻

（２）

式中，％ｓｉ。、％Ｓｉ。为计算炉次和参考炉次的铁水ｗ（Ｓｉ），％；丁｝彻、Ｔ｝聃为计算炉次和参考炉次的铁水温度，℃；Ｔ。、Ｔｏ为计算炉次和参考炉次的转

炉终点停吹温度，℃；Ｘｃ。、‰为计算炉次和参考

炉次转炉终点停吹时钢中Ｃ的冷却效率（见表４），％；Ｘｋ。、Ｘ如为计算炉次和参考炉次新炉空炉后的冷却效率，％；Ｘ。、Ｘｏ为计算炉次和参考炉次的冷却效率，％。

表４不同转炉终点停吹时钢中Ｃ的冷却效率％

停吹ｗ（Ｃ）／ｌＯ－４

冷却效率

３．２．２

当量废钢计算

计算炉次的当量废钢为

Ｗ哪一（Ｘ×Ｗ）×１０—２一Ｗｉ。×３．３一

（Ｗ。ｌｈ＋Ｗｊ。ｌｏ＋Ⅳｎ。）ＸＯ．８

（３）

式中，Ｘ为计算炉次的冷却效率，％；Ｗ为计算炉

热平衡计算在转炉炼钢中的应用

４２

武钢技术第４７卷

次的总装入量，ｔ；Ｗｉ。、ｗｌ妇、Ⅳ批、Ｗｎ印分别为铁

矿石、石灰、轻烧白云石、萤石的加入量，ｔ。

３．２．３冷却剂计算

实际操作中，根据冷却效率的计算公式，在得到人炉铁水成分、重量和废钢重量后，用同样的方法，求得计算炉次和参考炉次的冷却效率差值，然后可求得所需冷却剂量。

４应用效果

２００７年，为了保证公司生产铁钢的动态平衡，公司决定对炼钢厂转炉废钢单耗实施动态控制，废钢单耗控制范围为１３５～１７０ｋｇ／ｔ钢。在铁水不足时，废钢单耗按上限控制；铁水充裕时，

１２３４５６

图２废钢单耗与终点碳温双命中率的控制

表５转炉吹炼过程冷却剂消耗情况

月份冷却剂单耗／（ｋｇ ｔ１）月份冷却剂单耗／（ｋｇ ｔ。）

１７．６１８．１１７．３１６．０１５．１１１．４

７８９１０１１１２

１２．５１４．４１５．３１３．５１２．６１４．２

废钢单耗按下限控制。对此，炼钢ｉ分厂通过采

用热平衡人工计算进行修正，在入炉铁水条件、转炉终点控制无明显变化且未采用外来增热剂的情况下，转炉废钢单耗最高达到１７３．１５ｋｇ／ｔ钢，转炉终点Ｃ－Ｔ双命中率达到９５．１４％。图１、图２为２００７年人炉铁水状况、废钢单耗与终点碳温双命中率的控制情况。

ｌ３４０

５结语

（１）在转炉吹炼过程中，影响转炉热平衡的主要因素是铁水成分、温度和冷却剂的加入量。

（２）转炉热平衡计算依据的是再现性原理，通

７∞

岔５００

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１００Ｌ———Ｌ———。———。‘———Ｌ———。———１———Ｊ————。———１———Ｊ———Ｊ——＿Ｊｌ３２５

３４９ｌｌｌ２５６７８ｌＯ１２

帮一４９２

图１

５１，．０４８４４９５１

３—３４

过采用热平衡人工计算，可计算出吹炼炉次所需

１３３５

ｐ

加入的废钢量和冷却剂量。

（３）武钢炼钢ｉ分厂采用热平衡人工计算进行转炉吹炼过程热平衡的修正，在未采用其他增热剂的条件下，废钢单耗最高达到１７３．１５ｋｇ／ｔ钢，转炉终点碳温双命中率达到９５．１４％。

［参考文献］

［１］戴云阁。李文秀，龙腾春．现代转炉炼钢［Ｍ］．沈阳：东北大

学出版社，１９９８．

１

越赠３３０＊

蟠

月份

２００７年入炉铁水状况

转炉吹炼过程冷却剂消耗情况见表５。由表５可见，在９月份废钢单耗达到１７３．１５ｋｇ／ｔ钢时，冷却剂单耗为１５．３ｋｇ／ｔ，冷却剂的消耗满足转炉热平衡计算的控制要求。

（收稿日期：２００８－０５—２９）

武钢等国内四大钢企分食３５００亿元轨道建设盛宴

１１月１８日，海通证券发布报告称，轨道投入在铁路投资中占７％～１０％，国家的铁路投资计划将为轨道用钢市场带来２４５０－－－３５００亿元的蛋糕。

（下载自《中国冶金经济信息网》）

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热平衡计算在转炉炼钢中的应用

热平衡计算在转炉炼钢中的应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

卢凯， LU Kai

武汉钢铁股份有限公司炼钢总厂,湖北,武汉,430083武钢技术

WUHAN IRON AND STEEL CORPORATION TECHNOLOGY2009，47(1)0次

参考文献(1条)

1.戴云阁.李文秀.龙腾春 现代转炉炼钢 1998

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w[O]=2141.23125exp(-w[C]/3.61925)+102.76371对连续炉次的数据进行拟合，结果为w[O]=2363.32607exp(-w[C]/0.0379813)+47.71654从对比的结果得出：由于冶炼相同钢种的吹炼模式相似，终点碳氧关系便更为密切。在准确预测碳含量的基础上，氧含量也可由碳氧函数关系准确得到。 (3)基于反应平衡和热平衡原理，建立了吹炼过程及终点的熔池温度动态预测模型。熔池温度是碳含量和CO分压的函数，脱碳速率的稳定性对温度的预测至关重要。分别验证了吹炼10、11、12min时切换终点温度预测模型(热平衡原理)的效果。对比确定11min时切换终点温度预测模型效果最佳。 (4)在碳含量和温度都可预测的情况下，建立基于热力学和动力学的氧分配比模型，对熔池中各组元的变化进行动态预测。模型的计算结果与检测结果的对比得出： ①只要初始浓度不成数量级差别，在吹炼前期硅的氧分配比最大，随吹炼的进行而降低，但在后期稍有上升；锰的氧分配比开始保持最低，随着吹炼的进行而上升；磷的氧分配比开始较低，随着吹炼的进行，脱硅反应的结束而逐渐增大。三者最终的氧分配比大小取决于各自的反应平衡条件。 ②各组元的初始浓度只改变各自氧分配比曲线的相对位置，不改变曲线的趋势。 ③温度的变化直接影响反应平衡常数，由反应平衡常数的变化间接影响氧分配比模型的计算结果。从计算结果来看，温度对氧分配比的作用没有初始浓度的作用显著。 (5)基于物料平衡原理和反应平衡原理，建立了炉内氧积累量模型。通过验证计算得出：吹炼终点锰、磷含量取决于反应的平衡状态。因此，可通过调节氧枪的操作来实现终点炉渣中氧化铁含量的控制，进而缩小终点各组元的波动范围。进而根据物料平衡原理，计算炉渣及其组分随吹炼时间的变化规律。 综上所述，转炉吹炼前期，熔池中化学反应进度和钢渣的成分及温度受动力学条件控制；吹炼中期受动力学与热力学混合条件控制；吹炼后期受热力学条件控制。

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