120噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐噴濺的研究和預(yù)防

郝 劍

（天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司,天津301606）

0 引言

軋三鋼鐵有限公司煉鋼廠有兩座120T轉(zhuǎn)爐，采用頂?shù)讖?fù)吹工藝，可以滿足冶煉不同品種鋼的要求。由于投產(chǎn)前期鐵水成分不穩(wěn)定以及工人操作不熟練等原因，造成在轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)過程中，噴濺現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，一般轉(zhuǎn)爐噴濺造成的金屬損失率在0.5～5%之間，當(dāng)發(fā)生特別嚴(yán)重噴濺如大噴時(shí)，損失的金屬料可占總金屬料量的10%以上。因此，在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中減少噴濺次數(shù)以及降低噴濺強(qiáng)度就相當(dāng)于降低鋼鐵料消耗和增加鋼產(chǎn)量。轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，主要任務(wù)之一就是去除鐵水中的S和P等雜質(zhì)，如果冶煉時(shí)出現(xiàn)大噴，會(huì)造成大量液態(tài)熔渣流失，從而影響的脫S、脫P(yáng)效果，還會(huì)導(dǎo)致液態(tài)鋼水流失，影響冶煉過程的穩(wěn)定性。對于環(huán)境來說，噴濺是一個(gè)嚴(yán)重污染源，會(huì)造成大氣瞬間的嚴(yán)重污染，且噴出物堆積，不便清理。嚴(yán)重噴濺還可能引發(fā)設(shè)備和人身安全事故，也是一個(gè)主要的危險(xiǎn)源。在轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)的前期、中期、后期如果操作失誤均可能會(huì)造成轉(zhuǎn)爐噴濺的發(fā)生。

1 影響轉(zhuǎn)爐噴濺的因素分析

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐及技術(shù)分析，我們得知：高爐來鐵中Si、P的含量高低，會(huì)直接影響轉(zhuǎn)爐造渣的渣量，如果鐵水中Si、P的含量高，就會(huì)造成冶煉時(shí)造渣量大，容易造成噴濺；當(dāng)鐵水中Mn含量高時(shí)，吹煉中產(chǎn)生的MnO是可以降低爐渣粘度，流動(dòng)性良好的爐渣也會(huì)引發(fā)噴濺發(fā)生；轉(zhuǎn)爐爐型的不合理、爐容比小，轉(zhuǎn)爐裝容量超標(biāo)，也會(huì)促使噴濺發(fā)生；瞬間供氧強(qiáng)度大、瞬時(shí)碳氧反應(yīng)劇烈、液相渣量的增大、爐渣表面張力低形成泡沫渣，也是誘發(fā)噴濺的重要原因；而渣中FeO的含量過高，是轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)生噴濺的最重要的原因。

2 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)各階段噴濺原因分析

2.1 轉(zhuǎn)爐冶煉前期

煉鋼生產(chǎn)加入第一批料后，開始吹氧后有一分鐘左右的軟吹時(shí)間，使得渣中（FeO）含量緩慢增多，開吹3～4 min后，Si、Mn等元素已經(jīng)氧化基本結(jié)束，此時(shí)主要是C-O反應(yīng)開始進(jìn)行。

C-O反應(yīng)是吸熱反應(yīng)[1]，如果前期溫度偏高，有利于C-O反應(yīng)的發(fā)生，反應(yīng)提前進(jìn)行，造成渣中（FeO）不容易聚積。相反，如果吹煉前期溫度偏低，則會(huì)造成C-O反應(yīng)推遲進(jìn)行，渣中（FeO）大量聚積。

C-O反應(yīng)開始后，開始加入第二批料，如果加料時(shí)間不當(dāng)或者單次加入量過大，會(huì)造成熔池快速降溫，必然會(huì)造成正在劇烈進(jìn)行的碳氧反應(yīng)速度驟降，如果此時(shí)吹入大量氧氣則會(huì)促成渣中（FeO）聚積。當(dāng)熔池反應(yīng)溫度再度升高到一定溫度時(shí)（一般在1 470℃以上），渣中（FeO）達(dá)到20%以上時(shí)，這時(shí)碳氧反應(yīng)會(huì)以更加猛烈的速度進(jìn)行，瞬間在熔池內(nèi)爆發(fā)出大量的CO氣體，伴隨氧氣流同時(shí)還摻雜著一定量的鋼水和熔渣，從轉(zhuǎn)爐爐口噴出，形成爆發(fā)性噴濺（俗稱“大噴”）。

2.2 轉(zhuǎn)爐冶煉中期

在煉鋼生產(chǎn)中期，如果氧槍長時(shí)間在高位吹煉，增強(qiáng)了氧氣流股對爐渣的間接供氧，從而造成渣中（FeO）積聚，當(dāng)渣中（FeO）積累到一定程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的噴濺。

反之，如果氧槍長時(shí)間在低位吹煉，則增強(qiáng)了氧氣流股對鋼液直接供氧，從而造成渣中（FeO）含量降低，當(dāng)渣中（FeO）低于一定含量時(shí)，熔渣則會(huì)變得黏稠，流動(dòng)性變差的熔渣被氧氣流吹開后不能快速返回覆蓋鋼水液面，這時(shí)C-O反應(yīng)后產(chǎn)生的大量CO氣體則會(huì)帶著金屬液滴排出爐口，形成金屬噴濺。飛濺的大量金屬液滴粘附在氧槍的噴頭上，會(huì)影響氧槍噴頭的使用壽命。

2.3 轉(zhuǎn)爐冶煉后期

煉鋼后期噴濺主要是過程溫度較高，如果操作不當(dāng)，一次性加入大量冷卻劑，不僅造成冶煉熔池溫度驟然降低，而且鐵礦和石灰石的加入還增加了熔池的氧化氣氛，使熔渣中（FeO）含量升高，當(dāng)爐溫再度升起時(shí)，加劇了C-O反應(yīng)強(qiáng)度，從而造成爆發(fā)性噴濺。

3 防止轉(zhuǎn)爐噴濺的措施

3.1 冶煉操作改進(jìn)措施

3.1.1 轉(zhuǎn)爐冶煉前期

當(dāng)鐵水硅、錳、磷高時(shí)，轉(zhuǎn)爐冶煉渣量相對較大，適當(dāng)采用低搶位操作，此時(shí)比正常槍位降低100～200 mm，減少軟吹時(shí)間，使熔池溫度快速升溫，促進(jìn)前期C-O反應(yīng)提前進(jìn)行。采用低搶位操作時(shí)，一方面，不易造成渣中（FeO）的大量聚積，另一方面，降低渣中（FeO）含量，可避免前期熔池形成過多低溫泡沫渣。因此前期采用低搶位操作，在一定程度上能抑制噴濺強(qiáng)度和減少低溫噴濺次數(shù)。

通過觀察，發(fā)現(xiàn)爐口有“甩渣”現(xiàn)象時(shí)，這表明第一批料基本化透，此時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)降低槍位以控制渣中（FeO），同時(shí)使熔池快速升溫，使C-O反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，避免碳焰上來后的劇烈噴濺。如果不能及時(shí)降槍，應(yīng)提高槍位1 850～2 400 mm，擊碎泡沫渣．然后逐步緩慢降槍至基本槍位，這時(shí)不能急于加料，在氧槍逐級降槍穩(wěn)定時(shí)才能加入少批量白灰，每個(gè)批次白灰用量不能超過350公斤。這樣熔池溫度不會(huì)快速降低，有利于消除因第二批渣料的加入，因熔池過度冷卻而引發(fā)噴濺。

3.1.2 轉(zhuǎn)爐冶煉中期

通過控制氧槍槍位，控制合適的渣中（FeO）含量，保持正常熔渣性能，避免槍位過低，引發(fā)渣中（FeO）含量過低。要及時(shí)觀察火焰變化，如果發(fā)現(xiàn)爐口噪音尖銳、火焰較硬、直沖、噴出石灰和金屬粒時(shí)，則表示爐渣返干，此時(shí)應(yīng)提槍化渣，一旦爐渣化好及時(shí)恢復(fù)正常搶位。

如果此間發(fā)生強(qiáng)烈的噴濺，可適當(dāng)緩慢提升氧槍，降低C-O反應(yīng)強(qiáng)度和熔池升溫速度，同時(shí)氧氣射流的沖擊作用可以吹開熔渣，便于CO氣體順利排出[2]，弱化噴濺發(fā)生的條件。此時(shí)如果熔池溫度很高，可以在提槍的同時(shí)加入適當(dāng)?shù)氖沂砘墼?，對抑制噴濺也有一定作用，石灰石宜少量、多批次加入。如果在噴濺發(fā)生時(shí)采用降槍操作，C-O反應(yīng)反而會(huì)更加激烈，從而會(huì)加劇噴濺的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成大噴，甚至?xí)l(fā)生重大安全事故。噴濺抑制后，要通過觀察爐口火焰狀況判斷熔池內(nèi)部情況，爐況正常后要及時(shí)降槍至基本槍位，使二次反應(yīng)速度大于一次反應(yīng)速度，消耗掉多余的渣中（FeO），以達(dá)到防止持續(xù)性噴濺的目的。

3.1.3 轉(zhuǎn)爐冶煉后期

預(yù)防后期噴濺主要是注意觀察爐口火焰變化情況，通過變換槍位，調(diào)整好熔池的溫度和氧化性；應(yīng)避免集中大量的加入冷卻劑，要分批次加入，溶劑加完后要保障一定的吹煉熔化時(shí)間；吹煉終點(diǎn)前要將氧槍降至正常拉碳搶位，并保障一定的拉碳時(shí)間。

3.2 底吹氬系統(tǒng)改進(jìn)措施

對于頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，通過調(diào)節(jié)底吹氬流量能夠有效地弱化噴濺的發(fā)生。正常吹煉過程中底吹流量為20 m3/h，若有噴濺跡象發(fā)生時(shí)，應(yīng)迅速調(diào)節(jié)底吹流量至90 m3/h，充分?jǐn)嚢枞鄢?，有助于提高?鋼界面的反應(yīng)速度，快速消耗渣中（FeO）。同時(shí)底吹氬氣流可以沖開熔渣，有助于CO氣體有效釋放，使得碳氧反應(yīng)均勻進(jìn)行，從而達(dá)到減弱噴濺的目的。

3.3 其他改進(jìn)措施

（1）采用全程降煙罩法吹煉可增大爐容量，使涌上爐口的爐渣不至于流出，既防止了噴濺，又增加了煤氣回收量。

（2）當(dāng)鐵水硅、磷等成分含量高時(shí)，要采用雙渣或多渣操作。

（3）控制裝入量的準(zhǔn)確率，即嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐鐵水和廢鋼的裝入量。

（4）及時(shí)的測量爐襯厚度，維護(hù)好爐況，保證合理的爐型；

（5）強(qiáng)化一線操作工人的基本技能，準(zhǔn)確把握氧槍槍位的高低和各批料加入的時(shí)機(jī)。

（6）經(jīng)常測量爐液面高度，校核氧槍槍位，避免槍位不準(zhǔn)造成的爐況異常。

4 結(jié)論

通過對轉(zhuǎn)爐噴濺產(chǎn)生原因的分析，制定了減少和預(yù)防轉(zhuǎn)爐噴濺的措施，實(shí)踐證明：

（1）當(dāng)鐵水 Si、Mn、P 含量高時(shí)，轉(zhuǎn)爐吹煉初期渣粘度低渣量大，極易形成泡沫渣，轉(zhuǎn)爐“溢渣”噴濺很難杜絕，要適時(shí)采用雙渣或多渣操作，可減少噴濺的發(fā)生。

（2）轉(zhuǎn)爐吹煉中后期要注意觀察火焰，適時(shí)變換槍位，控制渣中（FeO）含量，同時(shí)第二批造渣材料要多次小批量均勻加入，穩(wěn)定熔池升溫和降碳速度，可減少或避免噴濺發(fā)生。

（3）轉(zhuǎn)爐吹煉全程降罩操作，可有效減少前期“溢渣”噴濺。

（4）及時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐底吹氬流量，可有效減弱和預(yù)防噴濺。