1、通信作者：马德刚（），男，博士，高级工程师；：；收稿日期：复吹转炉冶炼 钢终点磷分配比预测模型马德刚，王耐，李建英，李经哲，王建兴，马光宗（唐山钢铁集团有限责任公司，河北 唐山 ）摘要：基于某公司具有 烟气分析自动化炼钢系统的 复吹转炉冶炼 钢工业生产数据，分析了冶炼终点 、（）与 的关系，结果显示 、（）与线性关系显著。计算了吹炼终点的磷容量 实，并与 提出的半经验公式计算的磷容量 算进行了对比分析，探讨了 实大于 算原因是终渣处于过氧化状态。分析了 实和 算二者差值与 （）的关系，结果显示二者线性关系显著。根据分析结果构建了转炉冶炼 钢吹炼终点磷分配比预测模型，模型包含了吹炼终点温度、终点
2、、终渣（）和（）等因素，构建的磷分配比预测模型很好地重现了生产数据。关键词：钢；磷容量；磷分配比；预测模型中图分类号：文献标志码：文章编号：（），：（），（），（），（）（），：；河钢唐钢某公司是唐钢高强汽车板公司冷轧产品配套的热轧原料基地，冶炼产品主要为 钢、低合金高强钢、双相钢等，其中 钢占比 左右。钢作为深冲用钢，对于磷含量要求严格，要求成品（）。某厂冶炼 钢工艺路线为 预处理脱硫 脱碳 真空处理 板坯连铸，无脱磷转炉，脱磷任务在脱碳转炉完成。脱碳转炉为具有 烟气分析自动化炼钢系统的 复吹转炉，自动炼钢比例 以上，碳温双命中率（）误差在 ，误差在 ）以上。在铁水磷质量分数高（均值 ）、转
3、炉终点磷要求低（）、终点温度高（）的情况下，冶炼 钢一次拉碳终点磷命中率 以上。本文根据河钢唐钢某公司转炉冶炼 钢一次拉碳吹炼终点数据，计算了吹炼终点终渣磷容量，并与 提出的半经验公式计算的磷容量进行了对比分析，构建了 钢吹炼终点渣钢磷分配比预测模型，为脱磷模型优化及中小型转炉冶炼低磷钢提供借鉴。年月第 卷 第期炼钢 钢冶炼工艺特点某公司转炉为具有 烟气分析自动化炼钢系统的 复吹转炉，王肖等对 烟气分析自动化炼钢系统的应用情况进行了详细介绍。转炉吹炼枪位为典型的双高双低枪位，氧枪喷头为孔喷头，转炉底吹采用 支底吹枪环绕分布形式，底吹枪直径 ，底吹工作压力大于等于 。转炉吹炼结束后底吹氩气，静置
4、时间大于等于 ，然后倒炉测温取样。钢液脱磷热力学分析对于钢液的脱磷反应为：（）（）（）磷容量定义为：（）（）在钢中、含量低的情况下，其活度系数接近，因此磷容量 可简化为：（）（）根据磷容量就可以计算磷分配比：（）（）磷分配比作为渣钢间脱磷反应能力的一个重要参数，其与钢液成分、炉渣成分、温度等有密切关系。国内外研究学者基于不同的试验给出了不同的磷分配比表达式，但不同的表达式在应用过程 中 与 实 际 结 果 相 差 较 大，赵 东 伟 等、等利用工业生产数据对不同学者提出的磷分配比表达式进行对比验证。赵东伟等利用热力学数据构建了转炉 渣系磷分配比计算模型，并分析了不同学者磷分配比计算值与实际工业
5、数据差异大的原因。等利用塔塔公司转炉冶炼终点数据，分析了不同学者提出的磷分配比表达式的适用性，并讨论了底吹条件对转炉吹炼终点磷分配比的影响。作者推荐 提出的磷分配比半经验公式计算渣钢平衡磷分配比更准确。综合前人工作，本文采用 提出的磷分配比半经验公式，结合某公司转炉冶炼 钢吹炼终点数据，研究 复吹转炉实际冶炼条件下冶炼终点渣钢磷分配比预测模型。提出的磷分配比半经验公式表达式如下：，（）根据公式（）可知，磷容量表达式为：（）式中：表示碱性氧化物，（）（）。分析与讨论数据选用某公司 复吹转炉冶炼 钢一次拉碳吹炼终点数据，冶炼终点钢液成分、炉渣成分及终点温度范围和均值如表所示，其中渣中（）占比 左右
6、，（）均值 。为了更直观地展示冶炼终渣中 、含量分布情况，在（）条件下，将终渣中 、转化为（）（）、（）（）、（）（）并绘制于 三元系中，如图所示。将图中渣成分乘以 就可以转化为实际冶炼终渣中 、含量。例如，在图中（）、（）、（）时，对应冶炼终渣中（）、（）、（）分别为 、左右。冶炼终点、（）与 关系分析 了 转 炉 冶 炼 一 次 拉 碳 终 点 、（）与终点 之间的关系，结果如图所示。由图可知，转炉冶炼 钢吹炼终点 、（）与终点的平方根线性关系显著。表生产炉次终渣成分、钢液成分和终点温度 项目炉渣成分（）钢液成分（）终点温度范围 平均 第期马德刚，等：复吹转炉冶炼 钢终点磷分配比预测模型图
7、在（）条件下，终渣 、在 三元系中的分布情况 、（）图 、（）与终点 之间的关系 ，（）实与 算对比分析 实是采用转炉冶炼终点数据根据式（）计算的磷容量，算根据 提出的半经验公式（）计算得出平衡状态下的磷容量；算计算采用的数据与计算 实的终点数据相对应。实和 算计算结果如图 所示，可以看出，实比 算大。图 实和 算对比分布情况 实 算在转炉吹炼后期熔池中存在一定的碳，熔池碳与氧反应接近平衡，而炉渣氧势则往往高于钢水氧势。给出了 不同温 度平衡状态下，（）与炉渣碱度之间的关系。冶炼 终 点 实 际 （）均 值与 给出的数据对比如图所示。图冶炼终点 （）与平衡状态下 （）的对比 （）（）由图可知，
8、转炉吹炼终点炉渣处于过氧化状态，渣中 含量大于平衡状态下 含量。炼钢第 卷炉渣氧化性增强，有利于脱磷反应的正向进行，并且渣中 含量的适当增加有利于提高磷分配比。因此，可以推断炉渣处于过 氧 化 状 态是 实比 算大的主要原因。定义为 实和 算的差值，图分析了 与终点 （）之间的关系。由图可知，与实际 （）之间线性关系显著，对图中数据进行线性回归分析，拟合结果如表所示。图 与冶炼终点 （）之间的关系 （）表数据拟合分析结果 项目拟合结果 与 （）（）（）与 （）与 根据 小 节 可 知，可 以 利 用 冶 炼 终 点 、（）与关系，求解 （）与的关系，结果如表 所 示。利 用 表 中 公 式 计
9、 算 的 （）与 相 对 应 冶 炼 终 点 实 际 （）对比如图所示。由图可知，拟合公式计 算 的 （）处 于 冶 炼 终 点 （）实际数据的均值位置。再利用 与 （）、（）与的 关 系，可 以 求 解 与 吹 炼 终 点 之间的关系，将 与冶炼终点 结合起来，结果如表所示。图冶炼终点 （）与公式计算值对比 （）冶炼终点渣钢磷分配比预测模型由 实 算可 知 实（算），结合公式（）和表中数据拟合分析结果，可以求得 实：实 （）（）（）因此，复吹转炉冶炼 钢吹炼终点渣钢磷分配比预测模型如下：（）实 （）由图中冶炼终点 与拟合结果，可以求解终点 与 的关系：（）将公式（）代入到公式（）中，可以求解
10、冶炼终点磷分配比预测模型，模型参数包含了冶炼终渣（）和（）、冶炼终点温度、终点。即：（）（）（）（）式中：（）（）。应用公式（）计算了终渣（）、（）、时，渣钢磷分配比随终点温度的变化关系，并与实际生产数据进行第期马德刚，等：复吹转炉冶炼 钢终点磷分配比预测模型了对比分析，结果如图所示。由图可知，模型计算的渣钢磷分配比（）随温度的变化很好地重现了实际生产数据。图模型计算（）随温度的变化关系 （）图计算了终渣（）、（）时，终点温度 、下渣钢磷分配比（）随终点 的变化关系。计算结果显示在 钢冶炼终点 变化范围内，渣钢磷分配比（）随终点碳 含量变化较小，冶炼终点温度对该 含量范围内渣钢磷分配比（）影响
11、显著。图不同温度下终点（）与终点碳 的关系 （）以冶炼终渣（）、（）、终点 、终点温度 及入炉铁水中（）均值在 时为例，计算在钢水终点 时所需的最低吨钢渣量。在该冶炼条件下，利用公式（）计算的渣钢磷分配比 ，假设石灰、白云石等造渣剂不带入磷，钢渣反应达到平衡时，根据磷元素物质的量守恒计算，要使冶炼终点 所需的最低吨钢渣量为 。如果考虑辅料带入的磷，计算的吨钢渣量 与实际冶炼吨钢渣量 较为接近，具有一定的指导意义。结论）转炉冶炼 钢终点 、（）与存在显著的线性关系。）吹炼终点终渣处于过氧化状态是实际磷容量 实大于 算的主要原因；实和 算的差值 与实际 （）之间存在显著的线性关系。）构建的转炉冶炼 钢终点渣钢磷分配比预测模型很好地重现了生产数据，模型考虑了终点温度、终点、渣中（）和（）等因素。）计算结果显示，转炉冶炼 钢终点变化范围内，磷分配比随终点 含量变化较小，终点温度对磷分配比影响显著。参 考 文 献王肖，周航，李朋基于 烟气分析的自动化炼钢系统在 转炉的应用 河北冶金，（）：，：，（）：黄希祜钢铁冶金原理 版北京：冶金工业出版社，：赵东伟，李 海 波，孙 亮，等基 于 转 炉 渣系脱磷行为钢铁，（）：，（）：赵志超，孙彦辉，罗磊，等 顶底复吹转炉炉渣 动态预测模型 炼钢，（）：刘锟，刘浏，何平，等转炉生产低磷钢的脱磷反应热力学 钢铁，（）：炼钢第 卷