轉(zhuǎn)爐煉鋼噴濺現(xiàn)象的成因分析和預(yù)防措施

王慧

摘 要：噴濺是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。對(duì)噴濺發(fā)生的原因進(jìn)行了闡述，并結(jié)合長(zhǎng)鋼的實(shí)際生產(chǎn)狀況介紹了預(yù)防噴濺發(fā)生的措施。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；噴濺；碳氧反應(yīng)；熔渣

中圖分類(lèi)號(hào)：TF713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）17-0002-02

在轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉的過(guò)程中，總會(huì)有一部分金屬被消耗，我們把這一部分消耗的數(shù)量稱(chēng)為吹損。目前，在整個(gè)鋼鐵行業(yè)處于“嚴(yán)冬”的情況下，各種原材料價(jià)格都在上漲，而鋼材的價(jià)格卻不升反降。對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼來(lái)說(shuō)，降本增效就是要減少吹損的數(shù)量。吹損主要是氧化損失，其次是由于控制不當(dāng)而產(chǎn)生噴濺造成的機(jī)械損失。氧化損失是不可避免的，而機(jī)械損失是可以通過(guò)控制噴濺現(xiàn)象而減少的。

噴濺是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，通常人們把隨爐氣攜走、從爐口溢出或噴出爐渣和金屬的現(xiàn)象稱(chēng)為噴濺。它不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，惡化煉鋼的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，降低產(chǎn)量，同時(shí)，還會(huì)造成設(shè)備的損壞。

1 噴濺的危害及成因分析

1.1 噴濺的危害

發(fā)生噴濺時(shí)，噴濺物夾帶有金屬，增加了金屬的損失，金屬損失量在0.5%～5%，避免噴濺就等于增加了鋼產(chǎn)量。同時(shí)，噴濺物中還帶有大量的熔渣，熔渣被帶出爐外，爐內(nèi)渣量減少會(huì)直接影響吹煉過(guò)程中硫、磷的去除。另外，噴出的熔渣和金屬帶走了大量的熱量，加大了熱量的損失，以致于工作人員很難控制溫度和鋼的成分，進(jìn)而影響操作的穩(wěn)定性。噴濺會(huì)加劇爐襯沖刷、侵蝕的程度，進(jìn)而引發(fā)氧槍黏鋼、燒槍等事故，這樣不僅會(huì)降低爐齡，而且還會(huì)影響造渣操作。噴濺還會(huì)使?fàn)t口和煙罩掛鐵掛渣，增加人工清渣的工作量。噴濺的同時(shí)會(huì)冒煙，對(duì)環(huán)境造成污染。

1.2 噴濺產(chǎn)生的原因

在吹煉的過(guò)程中，由于氧氣流股對(duì)熔池的沖擊和脫碳反應(yīng)產(chǎn)生的大量CO氣體逸出，所以，爐渣和金屬液飛濺的情況是不可避免的。在正常情況下，金屬液飛濺的高度一般不會(huì)超出爐口，不會(huì)形成噴濺，但是，在脫碳反應(yīng)加劇的情況下，如果在短時(shí)間里轉(zhuǎn)爐內(nèi)產(chǎn)生大量的CO氣體，那么向爐口排出的氣體就會(huì)成倍地增加，也就是會(huì)發(fā)生爆發(fā)性的碳氧反應(yīng)，將爐渣和金屬液帶出爐外，從而發(fā)生噴濺。

轉(zhuǎn)爐常見(jiàn)的噴濺主要分為爆發(fā)性噴濺、泡沫性噴濺和金屬?lài)姙R三種類(lèi)型。

1.2.1 爆發(fā)性噴濺產(chǎn)生的原因

熔池內(nèi)碳氧反應(yīng)不均衡發(fā)展，會(huì)瞬時(shí)產(chǎn)生大量的CO氣體，這是發(fā)生爆發(fā)性噴濺的根本原因。脫碳是煉鋼的主要任務(wù)之一，在脫碳的過(guò)程中，可以攪動(dòng)熔池內(nèi)的物質(zhì)，讓其中的成分和溫度均勻分布，進(jìn)而加大鋼渣界面，加速物理化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)，充分的攪動(dòng)有利于非金屬夾雜物的上浮和有害氣體的排出。碳氧反應(yīng)對(duì)煉鋼任務(wù)的完成起著非常重要的作用。

碳氧反應(yīng)的方程式為：[C]+（FeO）={CO}+[Fe].

這是一個(gè)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速度受熔池碳含量、渣中TFe含量和溫度的共同影響。由于操作的原因，熔池驟然冷卻，抑制了正在激烈進(jìn)行的碳氧反應(yīng)，供入的氧氣生成了大量的（FeO）并聚積。當(dāng)熔池溫度再度升高到一定程度（一般在1 470 ℃以上），（FeO）聚積到20%以上時(shí)，碳氧反應(yīng)重新以更猛烈的速度進(jìn)行，瞬間從爐口排出大量具有巨大能量的CO氣體，同時(shí)，還挾帶著一定量的鋼水和熔渣，形成較大的噴濺。在生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到這種情況，比如在長(zhǎng)鋼煉鋼廠(chǎng)，由于煉鋼工的失誤，頭批渣料還沒(méi)有來(lái)得及化開(kāi)就加入二批渣料，二批渣料加入得過(guò)早，抑制了爐溫的上升，也就是抑制了上述碳氧反應(yīng)的進(jìn)行。可這時(shí)氧槍仍然在不斷地向熔池供氧，這些氧都轉(zhuǎn)化為了熔渣中的氧（FeO），當(dāng)熔渣的氧化性過(guò)高，熔池溫度達(dá)到上述碳氧反應(yīng)的溫度時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆發(fā)性的碳氧反應(yīng)，從而發(fā)生噴濺。

有時(shí)候爆發(fā)性噴濺的威力是很大的，它不僅僅會(huì)損壞設(shè)備，還會(huì)造成一定的人員傷亡。2014-01-16，長(zhǎng)鋼煉鋼廠(chǎng)8號(hào)轉(zhuǎn)爐，由于倒渣時(shí)沒(méi)有倒干凈，上一爐爐渣的高溫、高氧化性和高堿度為脫碳反應(yīng)的進(jìn)行創(chuàng)造了非常有利的條件，在兌下一爐鐵水的過(guò)程中，短時(shí)間內(nèi)就發(fā)生了爆發(fā)性的碳氧反應(yīng)，瞬間產(chǎn)生了大量的CO氣體，從而發(fā)生噴爆事故，造成一死一傷的嚴(yán)重后果。

1.2.2 泡沫性噴濺產(chǎn)生的原因

轉(zhuǎn)爐煉鋼能夠在短短20～30 min內(nèi)完成一爐鋼的吹煉，這與泡沫渣的形成有非常緊密的關(guān)系。在轉(zhuǎn)爐煉鋼的過(guò)程中，氧氣流股的沖擊作用能夠?qū)⒔饘僖汉腿墼鼡羲?，濺出許多小液滴，液滴一部分被裹入爐氣并隨爐氣一起運(yùn)動(dòng)，一部分返回熔池參加循環(huán)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，氧氣流股本身也被擊碎，與碳氧反應(yīng)產(chǎn)物匯集在一起形成了大量的小氣泡，這樣氣、渣、金屬組成了三相乳化液，即泡沫渣。熔池中幾乎所有的金屬液都會(huì)經(jīng)歷液滴過(guò)程，有的甚至?xí)?jīng)歷多次液滴過(guò)程。由于泡沫渣的存在大大增加了氣、渣、金屬的反應(yīng)界面，所以，它加快了轉(zhuǎn)爐煉鋼的反應(yīng)速度。金屬中2/3的碳是在泡沫渣中脫除的。

如果轉(zhuǎn)爐內(nèi)存在大量的泡沫渣，泡沫渣就會(huì)對(duì)氣體的排出起到一定的阻礙作用。因此，在熔渣中就會(huì)滯留大量的氣體，使渣面不斷上漲，當(dāng)爐渣接近爐口時(shí)，只要有一個(gè)不大的推力，爐渣就會(huì)夾帶著金屬液從爐口噴出，形成噴濺。當(dāng)鐵水中硅、磷的含量較高時(shí)，硅、磷氧化就會(huì)產(chǎn)生大量的SiO2和P2O5，這時(shí)候就必須要增加石灰的加入量來(lái)平衡爐渣的堿度，進(jìn)而增加渣量，增厚渣層，再加上SiO2和P2O5是爐渣的表面活性物質(zhì)，能夠降低爐渣表面的張力，促進(jìn)爐渣起泡。另外，煉鋼是一個(gè)氧化性的氣氛，熔渣中的（FeO）含量較高，也就是熔渣的氧化性較好，而（FeO）也是爐渣的表面活性物質(zhì)，它能夠促進(jìn)爐渣起泡。因此，泡沫渣過(guò)多是發(fā)生泡沫性噴濺的根本原因。

1.2.3 金屬?lài)姙R產(chǎn)生的原因

當(dāng)渣中的TFe含量過(guò)低時(shí)，熔渣化不開(kāi)，就會(huì)析出高熔點(diǎn)的化合物，使熔渣變得黏稠、流動(dòng)性變差，這就是通常所說(shuō)的爐渣“返干”。熔池被氧流吹開(kāi)后，熔渣不能及時(shí)返回覆蓋液面，由于碳氧反應(yīng)生成的CO氣體排出，便會(huì)帶動(dòng)金屬液滴飛出爐口，形成金屬?lài)姙R。

當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行低槍位操作時(shí)，比如在冶煉中期為了加快脫碳反應(yīng)而采用低槍位，就會(huì)消耗掉爐渣中大量的（FeO），導(dǎo)致?tīng)t渣中的（FeO）含量降低。低槍位時(shí)間長(zhǎng)了，爐渣就會(huì)變得黏稠，開(kāi)始“返干”，這時(shí)候就極容易發(fā)生金屬?lài)姙R。

2 噴濺的預(yù)防及處理

通過(guò)上述分析可知，預(yù)防噴濺的關(guān)鍵在于吹煉操作。為了有效地減少和預(yù)防噴濺的發(fā)生，在進(jìn)行吹煉操作時(shí)，要注意處理好以下幾個(gè)方面。

2.1 抓好裝入制度

抓好裝入制度主要包括以下幾點(diǎn)：①?lài)?yán)格按照已經(jīng)制定好的工藝操作規(guī)程、制度控制好溫度曲線(xiàn)，根據(jù)鐵水的成分調(diào)節(jié)好鐵水廢鋼比，使碳氧反應(yīng)均勻、持續(xù)地進(jìn)行，避免爆發(fā)性的碳氧反應(yīng)的發(fā)生。②控制裝入量。最好采用分階段的定量裝入方式，避免超裝，防止熔池過(guò)深、爐容比過(guò)小，防止金屬?lài)姙R現(xiàn)象的發(fā)生。③改善鐵水的成分，減少煉鋼渣量?？刂坪描F水中的硅、磷含量，最好采用鐵水預(yù)處理三脫技術(shù)。如果沒(méi)有鐵水預(yù)處理設(shè)施，可以在吹煉的過(guò)程中倒出部分酸性泡沫渣再次造新渣，采用雙渣操作法可以避免泡沫性噴濺的發(fā)生。④采用合理的爐型。爐容比不得過(guò)小，一般控制在0.9～1.05 m3/t之間，高寬比一般為1.6～1.7，但是，也不能一味強(qiáng)調(diào)采用較大的高寬比來(lái)控制噴濺。長(zhǎng)鋼的生產(chǎn)實(shí)踐證明，增加爐子高度是減少?lài)姙R和提高鋼液收得率的有效措施，但是，轉(zhuǎn)爐的高寬比會(huì)隨著轉(zhuǎn)爐爐容的增大而減小。⑤及時(shí)處理爐底上漲的情況。經(jīng)常測(cè)量爐底液面，可以防止槍位控制不當(dāng)?shù)那闆r，從而減少金屬?lài)姙R的發(fā)生。

2.2 合理的供氧制度

2.2.1 控制供氧強(qiáng)度

在吹煉時(shí)，供氧強(qiáng)度不能過(guò)大，以免使脫碳速度過(guò)快，液面上漲嚴(yán)重，造成大噴濺。但是，供氧強(qiáng)度過(guò)小又會(huì)延長(zhǎng)吹煉時(shí)間。通常在化好渣、不噴濺的情況下，要盡可能提高供氧的強(qiáng)度。目前，長(zhǎng)鋼的供氧強(qiáng)度通常在3.0～4.5 m3/t·min。

2.2.2 正確控制槍位

因?yàn)闃屛坏母叩团c渣中TFe含量的多少有直接的關(guān)系，降低槍位，脫碳速度加快，消耗渣中的（FeO），導(dǎo)致TFe含量減少；相反，提高槍位，脫碳速度減慢，使渣中的（FeO）含量累積，使TFe含量增加。渣中TFe含量積聚容易產(chǎn)生泡沫性噴濺，渣中TFe含量過(guò)低容易引發(fā)金屬?lài)姙R。所以，正確控制槍位的原則就是根據(jù)吹煉過(guò)程中的具體情況及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，控制渣中TFe的含量，力爭(zhēng)做到既不出現(xiàn)泡沫性噴濺，也不產(chǎn)生金屬性噴濺。

在吹煉前期，采用較高的槍位操作控制渣中TFe的含量，可以及時(shí)調(diào)整爐渣的流動(dòng)性。如果槍位過(guò)低，不僅會(huì)因?yàn)樵校‵eO）含量低在石灰表面形成高熔點(diǎn)、致密的2CaO·SiO2，阻礙石灰的熔化，還會(huì)由于爐渣未能很好地覆蓋熔池表面而產(chǎn)生金屬?lài)姙R，當(dāng)然，前期槍位也不宜長(zhǎng)時(shí)間過(guò)高，以免發(fā)生泡沫噴濺。在吹煉中期，由于脫碳速度較快，熔渣極易“返干”，為了使渣中TFe的含量足夠，避免發(fā)生金屬?lài)姙R，所以，此時(shí)應(yīng)采用先低后高的槍位模式。在吹煉過(guò)程接近終點(diǎn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降槍?zhuān)訌?qiáng)對(duì)熔池中相關(guān)物質(zhì)的攪拌，使熔池中物質(zhì)的溫度和成分均勻化，同時(shí)，降低終渣中的TFe含量，提高金屬和合金的收得率，減輕對(duì)爐襯的侵蝕。

2.3 合理的造渣制度

造渣制度主要包括以下三點(diǎn)：①在滿(mǎn)足去除磷、硫的前提下，最好采用小渣量操作，并適時(shí)地加入二批料，最好是分小批多次加入，這樣熔池的溫度不會(huì)明顯降低，有利于消除因二批料過(guò)量加入冷卻熔池而造成的爆發(fā)性噴濺。②提高石灰的質(zhì)量，最好采用活性石灰，這樣有利于石灰的渣化。③如果采用留渣操作，在兌鐵前一定要采用稠化爐渣的措施，可以在其中加入石灰，防止發(fā)生爆發(fā)性噴濺。在濺渣護(hù)爐后，如果爐渣沒(méi)有倒凈，在兌鐵的過(guò)程中也有可能會(huì)引發(fā)噴濺。

2.4 噴濺的處理

在吹煉過(guò)程中，一旦發(fā)生噴濺，不要輕易降槍?zhuān)驗(yàn)榻禈尯筇佳醴磻?yīng)會(huì)更加劇烈，反而會(huì)加劇噴濺。此時(shí)，可以適當(dāng)提槍?zhuān)@樣一方面可以緩和碳氧反應(yīng)，降低熔池的升溫速度；另一方面，可以借助氧氣流股的沖擊作用吹開(kāi)熔渣，有利于氣體的排出。

3 結(jié)論

在吹煉的過(guò)程中，只要根據(jù)原料的實(shí)際情況制訂科學(xué)、合理的裝入制度、供氧制度、造渣制度，并遵循工藝操作規(guī)程中的升溫趨勢(shì)，就能夠在保證完成煉鋼任務(wù)的同時(shí)，避免、減少?lài)姙R的發(fā)生，從而為冶金企業(yè)的增產(chǎn)、增效提供強(qiáng)有力的保證。

參考文獻(xiàn)

[1]張巖，張紅文.氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝與設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[2]劉根來(lái).煉鋼原理與工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

〔編輯：白潔〕

BOF Splash Phenomenon Causes Analysis and Preventive Measures

Wang Hui

Abstract： BOF splash is a phenomenon that often appears during blowing. For reasons expounded splash occurs， combined with the actual situation of long steel production introduced measures to prevent splashing occurred.

Key words： converter； splash； carbon-oxygen reaction； slag