120吨顶底复吹转炉喷溅的研究和预防

2020-06-25郝剑

天津冶金 2020年3期

郝剑

（天津冶金集团轧三钢铁有限公司,天津301606）

0 引言

轧三钢铁有限公司炼钢厂有两座120T转炉，采用顶底复吹工艺，可以满足冶炼不同品种钢的要求。由于投产前期铁水成分不稳定以及工人操作不熟练等原因，造成在转炉冶炼生产过程中，喷溅现象经常发生，一般转炉喷溅造成的金属损失率在0.5～5%之间，当发生特别严重喷溅如大喷时，损失的金属料可占总金属料量的10%以上。因此，在转炉冶炼过程中减少喷溅次数以及降低喷溅强度就相当于降低钢铁料消耗和增加钢产量。转炉炼钢生产过程中，主要任务之一就是去除铁水中的S和P等杂质，如果冶炼时出现大喷，会造成大量液态熔渣流失，从而影响的脱S、脱P效果，还会导致液态钢水流失，影响冶炼过程的稳定性。对于环境来说，喷溅是一个严重污染源，会造成大气瞬间的严重污染，且喷出物堆积，不便清理。严重喷溅还可能引发设备和人身安全事故，也是一个主要的危险源。在转炉冶炼生产的前期、中期、后期如果操作失误均可能会造成转炉喷溅的发生。

1 影响转炉喷溅的因素分析

根据生产实践及技术分析，我们得知：高炉来铁中Si、P的含量高低，会直接影响转炉造渣的渣量，如果铁水中Si、P的含量高，就会造成冶炼时造渣量大，容易造成喷溅；当铁水中Mn含量高时，吹炼中产生的MnO是可以降低炉渣粘度，流动性良好的炉渣也会引发喷溅发生；转炉炉型的不合理、炉容比小，转炉装容量超标，也会促使喷溅发生；瞬间供氧强度大、瞬时碳氧反应剧烈、液相渣量的增大、炉渣表面张力低形成泡沫渣，也是诱发喷溅的重要原因；而渣中FeO的含量过高，是转炉炼钢发生喷溅的最重要的原因。

2 转炉生产各阶段喷溅原因分析

2.1 转炉冶炼前期

炼钢生产加入第一批料后，开始吹氧后有一分钟左右的软吹时间，使得渣中（FeO）含量缓慢增多，开吹3～4 min后，Si、Mn等元素已经氧化基本结束，此时主要是C-O反应开始进行。

C-O反应是吸热反应[1]，如果前期温度偏高，有利于C-O反应的发生，反应提前进行，造成渣中（FeO）不容易聚积。相反，如果吹炼前期温度偏低，则会造成C-O反应推迟进行，渣中（FeO）大量聚积。

C-O反应开始后，开始加入第二批料，如果加料时间不当或者单次加入量过大，会造成熔池快速降温，必然会造成正在剧烈进行的碳氧反应速度骤降，如果此时吹入大量氧气则会促成渣中（FeO）聚积。当熔池反应温度再度升高到一定温度时（一般在1 470℃以上），渣中（FeO）达到20%以上时，这时碳氧反应会以更加猛烈的速度进行，瞬间在熔池内爆发出大量的CO气体，伴随氧气流同时还掺杂着一定量的钢水和熔渣，从转炉炉口喷出，形成爆发性喷溅（俗称“大喷”）。

2.2 转炉冶炼中期

在炼钢生产中期，如果氧枪长时间在高位吹炼，增强了氧气流股对炉渣的间接供氧，从而造成渣中（FeO）积聚，当渣中（FeO）积累到一定程度时，就会产生持续的喷溅。

反之，如果氧枪长时间在低位吹炼，则增强了氧气流股对钢液直接供氧，从而造成渣中（FeO）含量降低，当渣中（FeO）低于一定含量时，熔渣则会变得黏稠，流动性变差的熔渣被氧气流吹开后不能快速返回覆盖钢水液面，这时C-O反应后产生的大量CO气体则会带着金属液滴排出炉口，形成金属喷溅。飞溅的大量金属液滴粘附在氧枪的喷头上，会影响氧枪喷头的使用寿命。

2.3 转炉冶炼后期

炼钢后期喷溅主要是过程温度较高，如果操作不当，一次性加入大量冷却剂，不仅造成冶炼熔池温度骤然降低，而且铁矿和石灰石的加入还增加了熔池的氧化气氛，使熔渣中（FeO）含量升高，当炉温再度升起时，加剧了C-O反应强度，从而造成爆发性喷溅。

3 防止转炉喷溅的措施

3.1 冶炼操作改进措施

3.1.1 转炉冶炼前期

当铁水硅、锰、磷高时，转炉冶炼渣量相对较大，适当采用低抢位操作，此时比正常枪位降低100～200 mm，减少软吹时间，使熔池温度快速升温，促进前期C-O反应提前进行。采用低抢位操作时，一方面，不易造成渣中（FeO）的大量聚积，另一方面，降低渣中（FeO）含量，可避免前期熔池形成过多低温泡沫渣。因此前期采用低抢位操作，在一定程度上能抑制喷溅强度和减少低温喷溅次数。

通过观察，发现炉口有“甩渣”现象时，这表明第一批料基本化透，此时应当及时降低枪位以控制渣中（FeO），同时使熔池快速升温，使C-O反应平稳进行，避免碳焰上来后的剧烈喷溅。如果不能及时降枪，应提高枪位1 850～2 400 mm，击碎泡沫渣．然后逐步缓慢降枪至基本枪位，这时不能急于加料，在氧枪逐级降枪稳定时才能加入少批量白灰，每个批次白灰用量不能超过350公斤。这样熔池温度不会快速降低，有利于消除因第二批渣料的加入，因熔池过度冷却而引发喷溅。

3.1.2 转炉冶炼中期

通过控制氧枪枪位，控制合适的渣中（FeO）含量，保持正常熔渣性能，避免枪位过低，引发渣中（FeO）含量过低。要及时观察火焰变化，如果发现炉口噪音尖锐、火焰较硬、直冲、喷出石灰和金属粒时，则表示炉渣返干，此时应提枪化渣，一旦炉渣化好及时恢复正常抢位。

如果此间发生强烈的喷溅，可适当缓慢提升氧枪，降低C-O反应强度和熔池升温速度，同时氧气射流的冲击作用可以吹开熔渣，便于CO气体顺利排出[2]，弱化喷溅发生的条件。此时如果熔池温度很高，可以在提枪的同时加入适当的石灰石，稠化熔渣，对抑制喷溅也有一定作用，石灰石宜少量、多批次加入。如果在喷溅发生时采用降枪操作，C-O反应反而会更加激烈，从而会加剧喷溅的发生，严重时还会造成大喷，甚至会发生重大安全事故。喷溅抑制后，要通过观察炉口火焰状况判断熔池内部情况，炉况正常后要及时降枪至基本枪位，使二次反应速度大于一次反应速度，消耗掉多余的渣中（FeO），以达到防止持续性喷溅的目的。

3.1.3 转炉冶炼后期

预防后期喷溅主要是注意观察炉口火焰变化情况，通过变换枪位，调整好熔池的温度和氧化性；应避免集中大量的加入冷却剂，要分批次加入，溶剂加完后要保障一定的吹炼熔化时间；吹炼终点前要将氧枪降至正常拉碳抢位，并保障一定的拉碳时间。

3.2 底吹氩系统改进措施

对于顶底复吹转炉，通过调节底吹氩流量能够有效地弱化喷溅的发生。正常吹炼过程中底吹流量为20 m3/h，若有喷溅迹象发生时，应迅速调节底吹流量至90 m3/h，充分搅拌熔池，有助于提高渣-钢界面的反应速度，快速消耗渣中（FeO）。同时底吹氩气流可以冲开熔渣，有助于CO气体有效释放，使得碳氧反应均匀进行，从而达到减弱喷溅的目的。