21世纪转炉炼钢技术的重点发展方向是实现转炉吹炼的自动化和智能化，达到稳定炼钢工艺，提高终点成分、温度控制精度和命中率，保证钢水洁净度和降低生产成本的目标。为了实现这一目标，国内、外转炉控制技术的发展趋势是：采用计算机智能控制取代人工经验控制；由静态或终点动态控制转变为吹炼全过程的动态控制；简单的终点碳、温预报发展为对碳、温和磷、锰、硫、氧的全面控制，进一步提高控制精度和命中率，缩短冶炼周期，降低生产成本。
本文研究开发出了基于“烟气分析的转炉动态控制模型”。该模型的主要特点是根据转炉炼钢反应的热力学和动力学建立起转炉炼钢过程的动力学预报模型，实现对吹炼过程中金属、炉渣和炉气成分、温度、重量和流量的实时在线预报；并通过炉气分析对动力学模型的预报值进行全程的动态校正，提高预报精度；为提高终点碳和温度的控制精度建立了终点碳、温校正方程。该控制模型应用于莱钢60吨转炉生产中，获得较好的效果：终点碳在0.08～0.24％范围内控制精度为±0.025％，命中率达到89％；温度控制精度为±20℃时，命中率达到71％；终点锰和磷的控制精度分别为±0.03％和±0.005％时，命中率分别为83.8％和80.5％。本研究工作包括：转炉吹炼中炉气二次燃烧、传热传质和汽化冷却烟道内炉气燃烧传热传质的数值模拟；转炉吹炼过程中杂质元素氧化、还原反应规律的热力学研究和转炉脱磷反应平衡及工艺优化研究；转炉炼钢过程中石灰、矿石和废钢的熔化动力学及渣·钢反应动力学的研究。研究表明：(1)通过数值模拟得出转炉炉口炉气流速约为28.61m/s，出口压力约为67Pa，炉气成分以CO和CO2为主，炉气流量与瞬时供氧量的关系为：VFG=9494×Qo2-11286，Nm3/h；(2)通过对烟道内炉气二次燃烧的数值模拟得到卷吸空气量与烟气流量的关系为：VWG=28702+0.63×VAir，Nm3/h；卷吸空气量与烟气中CO体积浓度的关系为：VAir=18524-222.3×(％CO)WG，Nm3/h；(3)根据转炉炼钢的生产数据提出熔池碳含量是控制熔池氧位和决定杂质元素氧化限度的技术观点，并研究了熔池中Si、Mn、P、S等杂质元素的氧化规律与渣-钢间的平衡分配比，总结前人热力学数据得出γMnO的计算公式；(4)以前人热力学数据为基础，采用规则离子溶液模型，建立了计算精度较高的P2O5和FeO活度系数γPO2.5和γFeO计算公式：并提出利用人工神经网络(ANN)模型研究脱磷反应热力学的新方法；(5)研究提出新的CaO饱和溶解度和矿石熔化速度的计算方法。研究提出计算烟气流量、卷吸空气量、炉内二次燃烧率和脱碳速度以及分析滞后时间的校正方法和渣中累计氧量Os计算模型；(6)为消除初始碳含量不准确和吹炼后期由于枪位和造渣工艺的变化造成的脱碳氧效率波动所引起的终点碳计算误差，研究提出基于烟气分析的归一化指数衰减模型新算法。
- 作 者：
- 刘锟
- 学科专业：
- 冶金物理化学
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 钢铁研究总院
- 导师姓名：
- 刘浏何平
- 学位年度：
- 2008
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
