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文檔簡介

轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝朱榮Tel:01-62332515,Email:zhurong@煉鋼工藝授課內(nèi)容

參考書:鋼鐵冶金學(xué)(陳家祥)轉(zhuǎn)爐煉鋼學(xué)(徐文派)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝與設(shè)備(王雅貞)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝(4學(xué)時(shí))電爐煉鋼工藝(4學(xué)時(shí))鐵水預(yù)處理工藝(2學(xué)時(shí))鋼水爐外精煉工藝(2學(xué)時(shí))1轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展1855-1856年英國人亨利.貝塞麥(Henly)開發(fā)了酸性底吹空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法;1878年英國人托馬斯(S.G.Thomas)堿性底吹空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法;1940年廉價(jià)獲得氧氣后,瑞士、奧地利開發(fā)了頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐,1952年在奧地利林茨(Linz)和多納維茨城(Donawitz)建成第一座30噸堿性頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐(LD轉(zhuǎn)爐);或稱BOF(BasicOxygenFurnace)。1970年開發(fā)頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐。我國的煉鋼發(fā)展史。氧氣轉(zhuǎn)爐的種類

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐氧氣底吹轉(zhuǎn)爐氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐氧氣頂?shù)讖?fù)合轉(zhuǎn)爐頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝特點(diǎn)完全依靠鐵水氧化帶來的化學(xué)熱及物理熱;生產(chǎn)率高(冶煉時(shí)間在20分鐘以內(nèi));質(zhì)量好(*氣體含量少:(因?yàn)镃O的反應(yīng)攪拌,將N、H除去)可以生產(chǎn)超純凈鋼,有害成份(S、P、N、H、O)〈80ppm;冶煉成本低,耐火材料用量比平爐及電爐用量低;原材料適應(yīng)性強(qiáng),高P、低P都可以。

轉(zhuǎn)爐煉鋼的熱平衡及物料平衡熱平衡是計(jì)算煉鋼過程的熱量收入(鐵水的物理及化學(xué)熱)及熱量支出(鋼液、爐渣、爐氣、冷卻劑、熱量損失)物料平衡是計(jì)算煉鋼過程中加入爐內(nèi)和參予煉鋼過程的全部物料(鐵水、廢鋼、氧氣、冷卻劑、渣料和耐材等)及煉鋼過程中產(chǎn)物(鋼液、爐渣、爐氣及煙塵等)“負(fù)能煉鋼”轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個(gè)能量有富裕的煉鋼方法,衡量轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要指標(biāo)之一,轉(zhuǎn)爐工序能耗及煉鋼廠能耗。當(dāng)爐氣回收的總熱量>轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)消耗的能量時(shí),實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐工序“負(fù)能煉鋼”;當(dāng)爐氣回收的總熱量>煉鋼廠生產(chǎn)消耗的總能量時(shí),實(shí)現(xiàn)了煉鋼廠“負(fù)能煉鋼”。日本君津鋼廠、我國寶鋼、武鋼三煉鋼廠均已實(shí)現(xiàn)煉鋼廠“負(fù)能煉鋼”。轉(zhuǎn)爐設(shè)備轉(zhuǎn)爐爐體及轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)鐵水、廢鋼、散狀材料設(shè)備氧槍提升機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)爐煙氣凈化與回收設(shè)備2氧氣射流及熔池?cái)嚢柩鯓尨禑拝?shù)決定轉(zhuǎn)爐的冶煉過程及冶煉結(jié)果氧槍心藏是氧槍噴頭;有關(guān)氧槍及氧槍噴頭設(shè)計(jì)有專門介紹

氧氣射流屬于氣體動力學(xué)的范疇。氧氣射流對熔池的物理作用

轉(zhuǎn)爐實(shí)際上是一個(gè)黑箱,對爐內(nèi)的運(yùn)動狀態(tài)是冷態(tài)實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果。氧流作用下熔池的循環(huán)運(yùn)動,動量傳遞,氧壓或氧速越高,凹坑越深,攪拌加劇。

氧氣射流對熔池的化學(xué)作用直接氧化---氧氣射流直接與雜質(zhì)元素產(chǎn)生氧化反應(yīng);間接氧化---氧氣射流先與Fe反應(yīng)生成后FeO,F(xiàn)eO傳氧給雜質(zhì)元素。是直接氧化還是間接氧化為主呢?是間接氧化為主,最主要一點(diǎn)是由于氧流是集中于作用區(qū)附近(4%的面積),而不是高度分散在熔池中。

氧槍噴頭的種類直簡型收縮型拉瓦爾型多孔拉瓦爾型。(馬赫數(shù)控制在1.8-2.1)噴頭設(shè)計(jì)需考慮的因素主要根據(jù)煉鋼車間生產(chǎn)能力大小、原料條件、供氧能力、水冷條件和爐氣凈化設(shè)備的能力來決定??紤]到轉(zhuǎn)爐的爐膛高度、直徑大小、熔池深度等參數(shù)確定其孔數(shù)、噴孔出口馬赫數(shù)和氧流股直徑。對于原料中廢鋼比高、高磷鐵水冶煉或需二次燃燒提溫等情況,則其氧槍噴頭的設(shè)計(jì)就需特殊考慮。3頂吹轉(zhuǎn)爐的過程描述上爐出鋼--倒完?duì)t渣(或加添加劑)--補(bǔ)爐或?yàn)R渣--堵出鋼口--兌鐵水--裝廢鋼--下槍--加渣料(石灰、鐵皮)--點(diǎn)火--熔池升溫--脫P(yáng)、Si、Mn----降槍脫碳??礌t口的火,聽聲音。看火亮度--加第二批(渣料)--提槍化渣,控制“返干”。降槍控制終點(diǎn)(FeO),倒?fàn)t取樣測溫,出鋼。技術(shù)水平高的爐長,一次命中率高。50%。(寶鋼是付槍)根據(jù)分析取樣結(jié)果--決定出鋼(或補(bǔ)吹)--合金化。

不要補(bǔ)吹的就是通常說的一次命中。冶煉技巧鋼液碳的判斷方法取樣分析、磨樣、看火花、付槍。鋼液磷的判斷方法取樣分析、渣的顏色及氣孔;鋼液溫度判斷方法接觸熱電偶、看爐口火焰、看鋼液顏色、讀秒表。鋼液顏色:白亮、青色、淺蘭、深蘭、紅色冶煉過程渣、鋼成份變化冶煉過程鋼中[N][O]成份變化4煉鋼用原輔材料原材料鐵水:加70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050)廢鋼:加15-30%(厚度小于150mm,清潔)生鐵塊:調(diào)溫及配碳燒結(jié)礦(改性鐵)4煉鋼用原輔材料輔助材料:石灰:有效CaO成分,塊度,控制石灰吸水螢石:CaF2,能改善爐渣流動性生白云石:CaMg(CO3)2,造渣及護(hù)爐菱鎂礦:MgCO3調(diào)渣劑鐵合金、冷卻劑及增碳劑耐火材料分類:堿性耐火材料(MgO)酸性耐火材料(SiO2)中性耐火材料(碳質(zhì)及鉻質(zhì))耐火材料的主要性質(zhì):耐火度、荷重軟化溫度、耐壓強(qiáng)度、抗熱震性、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、抗渣性、氣孔率等。5轉(zhuǎn)爐耐火材料及護(hù)爐技術(shù)爐襯壽命:爐襯壽命影響轉(zhuǎn)爐的工作時(shí)間及生產(chǎn)成本。爐齡是鋼廠一重要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。爐襯損壞的原因:鐵水、廢鋼及爐渣等的機(jī)械碰撞和沖刷爐渣及鋼水的化學(xué)侵蝕爐襯自身礦物組成分解引起的層裂急冷急熱等因素。5轉(zhuǎn)爐耐火材料及護(hù)爐技術(shù)5轉(zhuǎn)爐耐火材料及護(hù)爐技術(shù)提高爐齡的措施:耐材質(zhì)量;系統(tǒng)優(yōu)化煉鋼工藝;補(bǔ)爐工藝新工藝:濺渣護(hù)爐工藝,九十年代,美國開發(fā)成功轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù),在我國達(dá)到最高效益,爐齡30000。5轉(zhuǎn)爐耐火材料及護(hù)爐技術(shù)濺渣護(hù)爐的基本原理:是利用高速氮?dú)獍殉煞终{(diào)整后的剩余爐渣噴濺在爐襯表面形成濺渣層。濺渣層固化了鎂碳磚表層的脫碳層,抑制了爐襯表層的氧化,并減輕了高溫爐渣對磚表面的沖刷侵蝕。6轉(zhuǎn)爐冶煉工藝轉(zhuǎn)爐冶煉五大制度

裝料制度供氧制度造渣制度溫度制度終點(diǎn)控制及合金化制度

6.1裝料制度

確定合理的裝入量,需考慮的兩個(gè)參數(shù):爐容比:(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t轉(zhuǎn)爐);熔池深度:需大于氧氣射流的沖擊深度800-2000mm(30-300t轉(zhuǎn)爐)裝料制度:定量裝入、定深裝入;分階段定量裝入。分階段定量裝入:1-50爐,51-200爐,200爐以上,槍位每天要校正。交接班看槍位。供氧強(qiáng)度Nm3/t.min氧氣流量Nm3/h操作氧壓Mpa氧槍槍位m基本操作參數(shù)6.2供氧制度6.2供氧制度供氧強(qiáng)度(Nm3/t.min)決定冶煉時(shí)間,但太大,噴濺可能性增大,一般3.0-4.0。氧氣流量大小(Nm3/h):裝入量,C、Mn、Si的含量,由物料平衡計(jì)算得到,50-65Nm3/h。氧壓(Mpa)噴頭的喉口及馬赫數(shù)一定,P大,流量大,有一范圍0.8-1.2Mpa。氧槍槍位,由沖擊深度決定,1/3-1/2。6.2供氧制度

噸鋼耗氧量計(jì)算% C Si Mn P S 鐵水成分4.300.800.200.130.04 成品成分0.200.270.500.020.02 轉(zhuǎn)爐公稱容量為100噸時(shí),爐渣量為:100×10%=10噸鐵損耗氧量10×15%×16/(16+56)=0.33噸[C]→[CO]耗氧量100×(4.30%-0.20%)×90%×16/12=4.92噸[C]→[CO2]耗氧量100×(4.30%-0.20%)×10%〕32/12=1.09噸[Si]→[SiO2]耗氧量100×0.8%×32/28=0.914噸[Mn]→[MnO]耗氧量100×0.2%×16/55=0.058噸[P]→[P2O5]耗氧量100×0.13%×(16×5)/(31×2)=0.168噸[S]1/3被氣化為SO2,2/3與CaO反應(yīng)生成CaS進(jìn)入渣中,則[S]不耗氧。總耗氧量=0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48噸/1.429=5236Nm3實(shí)際耗氧量=5236/0.9/99.5%=5847Nm3實(shí)際噸鋼耗氧量=5847/100=58.37Nm3/t兩種操作方式:軟吹:低壓、高槍位,吹入的氧在渣層中,渣中FeO升高、有利于脫磷;硬吹:高壓低槍位(與軟吹相反),脫P(yáng)不好,但脫C好,穿透能力強(qiáng),脫C反應(yīng)激烈。6.2供氧制度氧槍操作方式氧槍操作就是調(diào)節(jié)氧壓和槍位。氧槍的操作方式:衡槍變壓:壓力控制不穩(wěn)定,閥門控制不好;恒壓變槍:壓力不變,槍位變化,目前主要操作方式6.2供氧制度6.3造渣制度煉鋼就是煉渣。造渣的目的:通過造渣,脫P(yáng)、減少噴濺、保護(hù)爐襯。造渣制度:確定合適的造渣方式、渣料的加入數(shù)量和時(shí)間、成渣速度。渣的特點(diǎn):一定堿度、良好的流動性、合適的FeO及MgO、正常泡沫化的熔渣。造渣方式單渣法:鐵水Si、P低,或冶煉要求低。雙渣法:鐵水Si、P高,或冶煉要求高。留渣法:利用終渣的熱及FeO,為下爐準(zhǔn)備。石灰加入量確定石灰加入量是根據(jù)鐵水中Si、P含量及爐渣堿度R確定。鐵水含磷小于0.30%時(shí):石灰加入量(kg/t)=2.14×W[Si]×R×1000/AA為石灰中的有效氧化鈣A=W(CaO)-R×W(SiO2)

R×W(SiO2)W為石灰自身SiO2占用的CaO。當(dāng)Si、P高時(shí),需計(jì)算石灰補(bǔ)加量。成渣速度

轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)間短,快速成渣是非常重要的,石灰的溶解是決定冶煉速度的重要因素。石灰的熔解:開始吹氧時(shí)渣中主要是SiO,MnO,F(xiàn)eO,是酸性渣,加石灰后,石灰溶解速度,可用下式表J=K(CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1)形成2CaO*SiO2,難熔渣。FeO,MnO,MgO可加速石灰熔化。因?yàn)榭山档蜖t渣粘度,破壞2CaO*SiO2的存在。采用軟燒活性石灰、加礦石、螢石及吹氧加速成渣。

成渣途徑

鈣質(zhì)成渣低槍位操作,渣中FeO含量下降很快,碳接近終點(diǎn)時(shí),渣中鐵才回升。適用于低磷鐵水、對爐襯壽命有好處。

鐵質(zhì)成渣過程

高槍位操作,渣中FeO含量保持較高水平,碳接近終點(diǎn)時(shí),渣中鐵才下降。適用于高磷鐵水、對爐襯侵蝕嚴(yán)重;FeO高,爐渣泡沫化嚴(yán)重,易產(chǎn)生噴濺。CaO(+MgO)-FeO(+MnO)

-SiO2(+P2O5)相圖ABC鈣質(zhì)成渣ADC鐵質(zhì)成渣白云石造渣提高渣中MgO的含量,延長爐襯壽命;渣中飽和MgO的概念;一般根據(jù)冶煉情況,MgO控制在6-10%采用白云石造渣應(yīng)注意加入時(shí)間,防止?jié)q爐底及粘氧槍。大噴濺轉(zhuǎn)爐噴濺分:爆發(fā)性噴濺、金屬噴濺及泡沫渣噴濺。噴濺的主要原因低溫吹氧,氧位較高,碳氧反應(yīng)不平衡,吹入的氧成為FeO,脫C反應(yīng)較慢,當(dāng)溫度升高后C-O反應(yīng)激烈;渣粘稠,金屬噴濺。操作中防止噴濺的措施控制渣量吹氧脫碳的溫度控制控制槍位,保證渣中FeO在一定范圍(15-20%)保持合適的爐容比6.4溫度制度溫度控制就是確定冷卻劑加入的數(shù)量和時(shí)間影響終點(diǎn)溫度的因素:鐵水成分:[%Si]=0.1,升高爐溫約15℃鐵水溫度:鐵水溫度提高10℃,鋼水溫度約提高6℃(30t)鐵水裝入量:每增加1噸鐵水,終點(diǎn)鋼水溫度約提高8℃(30t)廢鋼加入量:每增加1噸廢鋼,終點(diǎn)鋼水溫度約下降45℃(30t)此外,爐齡、終點(diǎn)碳、吹煉時(shí)間、噴濺等有影響。6.4溫度制度

溫度控制措施熔池升溫降槍脫C、氧化熔池金屬鐵。金屬收到率降低;熔池降溫加冷卻劑(礦石、球團(tuán)礦、氧化鐵皮、廢鋼);廢鋼冶煉時(shí)一般不加。6.5終點(diǎn)控制及合金化制度終點(diǎn)控制指終點(diǎn)溫度和成分的控制終點(diǎn)標(biāo)志:鋼中碳含量達(dá)到所煉鋼種的控制范圍鋼中P達(dá)到要求出鋼溫度達(dá)到要求終點(diǎn)控制方法終點(diǎn)碳控制的方法:一次拉碳法、增碳法、高拉補(bǔ)吹法。一次拉碳法:按出鋼要求的終點(diǎn)碳和溫度進(jìn)行吹煉,當(dāng)達(dá)到要求時(shí)提槍。操作要求較高。優(yōu)點(diǎn):終點(diǎn)渣FeO低,鋼中有害氣體少,不加增碳劑,鋼水潔凈。氧耗較小,節(jié)約增碳劑。終點(diǎn)控制方法增碳法:所有鋼種均將碳吹到0.05%左右,按鋼種加增碳劑。優(yōu)點(diǎn):操作簡單,生產(chǎn)率高,易實(shí)現(xiàn)自動控制,廢鋼比高。高拉補(bǔ)吹法:當(dāng)冶煉中,高碳鋼種時(shí),終點(diǎn)按鋼種規(guī)格略高一些進(jìn)行拉碳,待測溫、取樣后按分析結(jié)果與規(guī)格的差值決定補(bǔ)吹時(shí)間。終點(diǎn)溫度確定所煉鋼種熔點(diǎn):T=1538-∑△T×j

△T:鋼中某元素含量增加1%時(shí)使鐵的熔點(diǎn)降低值,j鋼中某元素%含量??紤]到鋼包運(yùn)行、鎮(zhèn)靜吹氬、連鑄等要求鋼水合金化滿足脫氧的要求滿足鋼種的要求有精煉的轉(zhuǎn)爐,作為預(yù)脫氧及初步合金化。合金加入原則:脫氧能力先弱后強(qiáng),先難熔。合金加入量(kg)=(鋼種規(guī)格中限%-終點(diǎn)殘余成分%)/A

A=(鐵合金中合金元素含量%×合金元素收得率%)10007轉(zhuǎn)爐冶煉的自動控制在計(jì)算機(jī)時(shí)代,如何提高煉鋼效率,降低煉鋼成本,使煉鋼由經(jīng)驗(yàn)向科學(xué)轉(zhuǎn)化,是煉鋼技術(shù)發(fā)展的必然。轉(zhuǎn)爐吹煉的技術(shù)特點(diǎn):①脫碳速度快,準(zhǔn)確控制吹煉終點(diǎn)比較困難:②熱效率高,升溫速度快;③容易發(fā)生爐渣或金屬噴濺;④吹煉后期脫碳速度減慢,金屬—爐渣之間遠(yuǎn)離平衡,容易造成鋼渣過氧化。轉(zhuǎn)爐冶煉的自動控制1.對氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐控制的要求①鐵水質(zhì)量穩(wěn)定,能準(zhǔn)確知道鐵水成份和重量;②廢鋼量穩(wěn)定,有害殘余元素含量低;③石灰等其他造渣劑的化學(xué)成份及塊度穩(wěn)定。2.控制方案靜態(tài)控制模型動態(tài)控制模型全自動控制模型轉(zhuǎn)爐自動化控制的具體要求(1)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)報(bào),根據(jù)目標(biāo)鋼種要求和鐵水條件,能確定基本命中終點(diǎn)的吹煉工藝方案;(2)能精確命中吹煉終點(diǎn),通常采用動態(tài)校正方法,修正計(jì)算誤差,保證終點(diǎn)控制精度和命中率;(3)具備容錯性,可消除各種系統(tǒng)誤差,隨機(jī)誤差和檢測誤差;(4)響應(yīng)迅速,系統(tǒng)安全可靠。靜態(tài)控制模型靜態(tài)控制是動態(tài)控制的基礎(chǔ),根據(jù)物料平衡和熱量平衡;靜態(tài)控制的原理是:質(zhì)量守恒;先確定出終點(diǎn)的目標(biāo)成份和溫度及出鋼量,并選擇適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件,進(jìn)行裝入量的計(jì)算;確定物料收支和熱收支的關(guān)系輸入計(jì)算機(jī);鐵水、廢鋼、生鐵塊、鐵皮、鐵礦石等;可計(jì)算需要的氧氣量,在單位時(shí)間內(nèi)的氧氣流量,從所需的氧量可計(jì)算出所需要的冶煉時(shí)間;用熱收支方面進(jìn)行分析定論。模型基礎(chǔ)—脫C曲線

第一階段:脫C速度逐漸增大,Si、Mn的反應(yīng)控制了脫C反應(yīng)、先脫Si、Mn,后脫C。

Vc=-d[C]/dt=K1t第二階段:脫C速度與C含量基本無關(guān)。如Vc

變快,說明脫C速度隨氧流量的變化而變化。

Vc=-d[C]/dt=K2=k2QO2

K2=(1.89QO2-0.048h槍位-28.5)×10-3(試驗(yàn)數(shù)據(jù))3.第三階段:碳下降到一定后,碳的傳質(zhì)成了限制環(huán)節(jié)。

Vc=-d[C]/dt=K3[%C]脫碳速度與時(shí)間的關(guān)系動態(tài)模型控制是在運(yùn)行途中對軌道進(jìn)行計(jì)算和檢測。并給予修正的一種控制方法。鋼液中的[C]和溫度測定,鋼液中的[C]和溫度是隨時(shí)間推移而變化的。動態(tài)控制的條件:點(diǎn)測的條件,部份連續(xù)檢測

能測定其軌道(途中測定鋼液中[C]和溫度);途中測定時(shí),如果測定值和預(yù)測的值不同,采取修正的手段??刂栖壍佬拚侄?、溫度、碳合適,按原軌道控制;2、溫度低及碳低,脫碳升溫、當(dāng)溫度合適,終點(diǎn)碳低,加增碳劑;3、溫度高碳高,脫碳升溫、當(dāng)終點(diǎn)碳合適,終點(diǎn)溫度太高,加冷卻劑;動態(tài)控制采用的兩種方法副槍動態(tài)控制技術(shù)在吹煉接近終點(diǎn)時(shí)(供O2量85%左右),插入副槍測定熔池[C]和溫度,校正靜態(tài)模型的計(jì)算誤差并計(jì)算達(dá)到終點(diǎn)所需的供O2量或冷卻劑加入量。爐氣分析動態(tài)控制技術(shù)通過連續(xù)檢測爐口逸出的爐氣成分,計(jì)算熔池瞬時(shí)脫碳速度和Si、Mn、P氧化速度,進(jìn)行動態(tài)連續(xù)校正,提高控制精度和命中率。動態(tài)控制技術(shù)未解決的問題不能對吹煉造渣過程進(jìn)行有效監(jiān)測和控制,不能降低轉(zhuǎn)爐噴濺率;不能對終點(diǎn)[S]、[P]進(jìn)行準(zhǔn)確控制,由于[S]、[P]成分不合格,造成“后吹”;不能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對整個(gè)吹煉過程進(jìn)行閉環(huán)在線控制。模型控制的發(fā)展全自動轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù)全自動吹煉控制技術(shù),通常包括以下控制模型:靜態(tài)模型——確定吹煉方案,保證基本命中終點(diǎn);吹煉控制模型——利用爐氣成分信息,校正吹煉誤差,全程預(yù)報(bào)熔池成分(C、Si、Mn、P、S)和爐渣成分變化;造渣控制模型——利用爐渣檢測信息,動態(tài)調(diào)整頂槍槍位和造渣工藝,避免吹煉過程“噴濺”和“返干”。終點(diǎn)控制模型——通過終點(diǎn)融槍校正或爐氣分析校正,精確控制終點(diǎn),保證命中率。采用人工智能技術(shù),提高模型的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力。全自動吹煉控制技術(shù)的冶金效果①提高了終點(diǎn)控制

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