一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法技术

本发明专利技术涉及一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，涉及钢材制造技术领域，通过中空的石墨电极向精炼炉或中间包内分别通入作为示踪气体的氦气、作为反应气的氧气和作为保护气的氩气，由质谱仪分析精炼炉或中间包流出的气体含量并将数据传输到工控机处，工控机通过气体流量计控制氧气进入精炼炉或中间包的流量，以使钢水增碳的重量比低于0.03%，本发明专利技术具有低成本且准确地调控钢水的碳含量的优点。碳含量的优点。碳含量的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法


[0001]本专利技术涉及钢材制造
，尤其涉及一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法。

技术介绍

[0002]在炼钢时，钢水中的含碳量直接影响钢材的金相结构和性能指标，决定钢材的品质和标号，是核心的质量控制指标之一。比如，对于低碳钢，碳含量通常要求在0.25%（均指重量比）以下；对于超低碳钢，碳含量甚至要求控制在0.03%以内。在常见的炼钢工艺流程中，转炉吹氧炼钢能有效地降低钢水中的氧含量。但是在后续的精炼过程中，需要使用石墨电极的电弧精炼炉，石墨电极的损耗和部分炉渣成分都会导致钢水增碳0.03～0.05%。为达成最终的碳含量控制指标，可以在转炉吹氧炼钢的过程中过量脱碳以抵消精炼过程的增碳。但过量脱碳同时也会氧化部分钢水，并消耗额外的能量，从而增加成本。而对于超低碳钢的炼制而言，只能采用真空精炼等的技术手段避免增碳，但会显著提高炼钢成本。
[0003]因此，针对以上不足，需要提供一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法。

技术实现思路

[0004]（一）要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决炼钢过程中脱碳和钢水氧化无法统一协调的问题。
[0005]（二）技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，通过中空的石墨电极向精炼炉或中间包内分别通入作为示踪气体的氦气、作为反应气的氧气和作为保护气的氩气，由质谱仪分析精炼炉或中间包流出的气体含量并将数据传输到工控机处，工控机通过气体流量计控制氧气进入精炼炉或中间包的流量，以使钢水增碳的重量比低于0.03%。
[0006]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，通入的氦气、氧气和氩气的流量大小满足：氩气>氧气>氦气。
[0007]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，氦气、氧气和氩气的纯度不低于99.99%。
[0008]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，所述工控机控制氦气和氩气通入的流量恒定，氧气的通入量根据参与反应的氧气量和空气中的氧气量决定。
[0009]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，参与反应的氧气量满足：其中，为参与反应的氧气量；
为示踪气体的总重；为质谱仪分析出的CO气体重量比；为质谱仪分析出的CO2气体重量比。
[0010]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，通过质谱仪检测CO、CO2的气体重量比，以及示踪气体的总重，将数据信号传输到工控机内，由工控机计算得到当前钢水的脱碳量，随后与工控机内设定的增碳量和脱碳量的关系计算当前实际的调控系数，并与工控机内预设调控系数作对比，当：，说明脱碳量超过预设调控系数，则减少氧气通入量；，说明脱碳量未达到预设调控系数，则增加氧气通入量；，说明脱碳量达到预设调控系数，不改变当前氧气通入量。
[0011]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，在工控机内设定其中为预设调控系数，当前实际的调控系数也通过本式计算；为增碳量，其满足：为增碳量，其满足：为电极烧损和炉渣的增碳速率，与炉子和石墨电极的材料相关；t为加热时间。
[0012]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，气体与电极脱落的碳元素以及钢水内的碳元素反应的脱碳量满足:其中，为脱碳量；为质谱仪示踪气体的总重；为质谱仪分析出的CO气体重量比；为质谱仪分析出的CO2气体重量比。
[0013]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，由工控机控制气体流量计调节进入精炼炉或中间包内的氧气量和空气中的氧气，空气中的氧气量由质谱仪分析氮气的重量比后由工控机计算得出；当计算得出的空气中的氧气量和气体流量计反馈的数值相加大于工控机计算出的参与反应氧气量，则减少工控机控制气体流量计通入的氧气量。
[0014]作为对本专利技术的进一步说明，优选地，精炼炉或中间包内间隔插入若干根中空的石墨电极，氦气、氧气和氩气混合后通过石墨电极中空部通入精炼炉或中间包内；石墨电极
底部设有外螺纹，石墨电极顶部设有开设有内螺纹，若干根石墨电极通过螺纹上下连接。
[0015]（三）有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供一种气相控碳的方式，利用微量的氦气作为示踪气体来标定各种气体的含量，利用适量氧气在高温环境下优先消除碳元素，利用氩气作为主要的保护气体，结合排气泵、质谱仪和工控机实时监测计算，综合判断精炼炉或中间包内钢水状态并调节氧气进入量，不仅能降低钢水的含碳量，还有效避免钢水氧化，直接提高钢水炼钢品质。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的逻辑图。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，如图1所示，包括以下步骤：Ⅰ.可将钢水置于电弧炉、精炼炉或带有等离子体加热装置的中间包内，然后向炉内或中间包内插入带孔的石墨电极，石墨电极与钢水之间具有间隔。冶炼过程中，因精炼炉或中间包内的电极不断消耗，则在石墨电极底部设有外螺纹，石墨电极顶部设有内螺纹，若干根石墨电极通过螺纹上下连接，使石墨电极能够续接，最大程度降低停工更换导致的炼钢效率低的问题。
[0019]Ⅱ.开启气体流量计使高压钢瓶内的氦气、氧气和氩气依照初始设定的流量值通过管道进入混合器进行混合，随后通过中空的石墨电极通入电弧炉、精炼炉或中间包内进行反应，因石墨电极与钢水之间具有间隔，则电极上脱落的碳元素在未掉落到钢水内之前就能与氧气反应彻底，其中氧气与电极脱落碳元素以及钢水内碳元素在高温环境下反应产生CO和CO2并析出钢水外。
[0020]Ⅲ.其他未反应气体和新产生的气体在电弧炉、精炼炉或中间包内混合，再开启排气泵流向质谱仪，由质谱仪分析气体含量并将数据传输到工控机处。
[0021]Ⅳ.工控机对质谱仪传输进来的数据进行计算，通过对计算结果和预设值进行对比，若计算值和预设值不同，则控制气体流量计改变输入到电弧炉、精炼炉或中间包内的气体流量。
[0022]Ⅴ
.待加热时间达到设定时间后，关闭气体流量计和排气泵，完成炼制增碳的重量比低于0.03%的钢水。
[0023]如图1所示，通入的氦气、氧气和氩气的流量大小满足：氩气>氧气>氦气，其中氦气作为示踪气体只需微量通入即可，具体通入多少数值的量则根据实际的炼钢环境决定，但至少达到能被质谱仪识别的最低数值。氧气作为反应气需要根据工控机的计算判断进行控制，一般根据钢水内的初始含碳量和石墨电极的脱碳量进行调节。氩气作为保护气体，其一
方面可以起到稳定电弧或等离子体的作用，避免弧区或等离子焰区高温灼烧炉壁；另一方面利用弧区或等离子焰区的高温使氧元素与高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，其特征在于：通过中空的石墨电极向精炼炉或中间包内分别通入作为示踪气体的氦气、作为反应气的氧气和作为保护气的氩气，由质谱仪分析精炼炉或中间包流出的气体含量并将数据传输到工控机处，工控机通过气体流量计控制氧气进入精炼炉或中间包的流量，以使钢水增碳的重量比低于0.03%。2.根据权利要求1所述的一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，其特征在于：通入的氦气、氧气和氩气的流量大小满足：氩气>氧气>氦气。3.根据权利要求2所述的一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，其特征在于：氦气、氧气和氩气的纯度不低于99.99%。4.根据权利要求3所述的一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，其特征在于：所述工控机控制氦气和氩气通入的流量恒定，氧气的通入量根据参与反应的氧气量和空气中的氧气量决定。5.根据权利要求4所述的一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，其特征在于：参与反应的氧气量满足：其中，为参与反应的氧气量；为示踪气体的总重；为质谱仪分析出的CO气体重量比；为质谱仪分析出的CO2气体重量比。6.根据权利要求5所述的一种在炼钢的精炼炉或中间包中在线气相控碳的方法，其特征在于：通过质谱仪检测CO、CO2的气体重量比，以及示踪气体的总重，将数据信号传输到工控机内，由工控机计算得到当前钢水的脱碳量，随后与工控机内设定的增碳量和脱碳量的关系计算当前实际的调控系数，并与工控机内预设调控系数作对比，当：，说明...

【专利技术属性】
技术研发人员：王存，
申请(专利权)人：奥邦新材料唐山有限公司，
类型：发明
国别省市：