基于转炉CO气体分析的炼钢喷溅控制技术

张立君

（河北钢铁集团宣化钢铁公司，河北 宣化075000）

1 主要技术原理

通过转炉烟气CO分析动态控制技术，实现了转炉利用数字分析控制炉内均匀反应，使得复杂的物理、化学反应能够通过烟气数字变化，指导转炉操作[1]。根据烟气回归曲线分析出熔池的C反应速度和熔池内的温度变化，从传统的经验炼钢方式转变为数字炼钢，减少了转炉喷溅，降低了劳动强度，降低了转炉钢铁料消耗。

烟气分析控制转炉喷溅技术，主要是利用煤气分析仪上测出CO含量，来判断炉内发生的化学反应，采取不同枪位和辅料加入时机，防止转炉喷溅的发生，替代了人工经验炼钢，使转炉炼钢更科学化，喷溅得到了改善，操作更加平稳，提高了金属收得率，减少了职工劳动强度，实现了绿色环保生产。图1转炉吹炼全程烟气中CO含量变化，从图1中可以看出，CO含量变化有两个高峰值，一个是在转炉吹炼前期CO含量迅速达到了30%，一个是在转炉吹炼中期CO含量迅速达到了60%。两个峰值迅速形成，证明有大量的CO气体生产，在排除时候容易带出熔渣和金属液体，从而造成喷溅。本文通过技术实施，采取“错峰”技术，使CO均匀产生，大大降低了转炉的喷溅。

图1 转炉吹炼全程烟气中CO含量变化

2 具体实施步骤

2.1 转炉吹炼前期喷溅控制

转炉吹炼前期为硅锰氧化期，碳发生微弱的反应，由于前期加入废钢，辅料等原料，造成前期温度不高，所以前期主要是升温期，做到前期温度不能太低，保证所加入的物料全部融化，等铁水中的硅、锰氧化完毕之后，进入碳反应期，此时转炉容易发生喷溅，因为碳开始大量反应，会产生一定的CO气体，在上升过程中带出部分熔渣，因此应该通过加入部分石灰，破坏泡沫渣的形成，使CO气体排出顺畅[2]。但是如何能判断CO气体开始大量生产时候，主要有两个点，一是观察炉口火焰，当CO开始大量生成时，炉口火焰会变得明亮有劲，并且会有部分熔渣喷出在炉身，此时证明CO气体开始大量生成；二是通过观察煤气分析仪中CO含量变化，最初CO含量很低，一般在5%以内，当CO含量逐渐上升至30%左右时，说明开始有大量的碳参与反应，生产CO气体。采用“错峰”技术，此时段应该加入适量石灰，降低反应速度，破坏泡沫渣，从而保证CO气体缓慢生产，保证吹炼平稳，控制了前期喷溅的发生。图2为吹炼前期CO含量变化图。

图2 吹炼前期CO含量变化图

2.2 转炉吹炼中期喷溅控制

转炉吹炼中期控制主要是控制碳和氧匀速反应，不能反应太快，也不能出现氧化铁聚集，反应停止。如果碳氧反应太快，供氧速度不能满足碳需要，就会消耗渣中氧化铁，从而出现转炉反干，进而发生金属喷溅。如果碳和氧反应速度慢，中期温度低，就会出现大量氧化铁聚集[3]，当达到一定温度，碳氧再次剧烈反应时，就会出现爆发性喷溅，从而产生高架污染。为此，在吹炼中期控制，主要是通过烟气分析来控制，因为炉口火焰基本明亮，不容易辨别出来。所以，此时段主要通过烟气分析来控制炉内碳氧反应速度，使其达到预期的目的，当CO含量持续升高时候，说明此时的碳氧反应激烈，炉内温度高，氧化铁含量低，继续采用“错峰”技术，应采取加入烧结矿措施来降低炉内温度，降低碳氧反应速度，直至CO含量保持不再上升或者开始下降，停止加入冷料烧结矿，保证中期温度继续均匀上升，碳氧保持合理的反应速度，控制了金属喷溅[4]。图3，转炉吹炼中期CO含量变化图。

图3 转炉吹炼中期CO含量变化图

2.3 转炉吹炼后期喷溅控制

转炉吹炼后期控制，主要是转炉吹炼中期控制后，碳氧反应速度减慢，氧化铁开始出现聚集，通过烟气分析，可以看出此时CO含量是持续降低的，说明氧化铁开始聚集，应当适当降低枪位，加快碳氧反应速度，避免氧化铁出现聚集现象，停止加入辅料，待CO含量不再降低时，根据所需钢种的要求，继续加入其它辅料，从而满足出钢要求，避免了爆发性喷溅[5]。因为通过火焰，很难判断此时炉内氧化铁含量，如果在CO含量还在降低时候，判断失误，仍然加入其它辅料和冷却剂，就会使炉内温度继续降低，碳氧反应停止，大量氧化铁出现聚集，当吹炼时间达到一定时候，碳氧开始爆发剧烈的反应，从而产生爆发性喷溅[6]，造成金属损失，设备损坏，高架污染，甚至还可能发生安全事故，因此通过烟气分析控制技术，能够避免爆发性喷溅发生，减少各类事故。图4转炉吹炼后期CO含量变化图。

图4 转炉吹炼后期CO含量变化图

3 结论

1）通过转炉烟气CO动态分析控制技术，对三个时段转炉CO含量变化趋势的变化总结规律经验，得出吹炼初期CO含量达到30%左右时转炉开始碳大量反应时，利用“错峰”技术控制CO气体生成速度，从而控制前期喷溅；吹炼中期CO含量先降低后升高至最高峰，此时继续采用“错峰”技术，控制转炉CO气体均匀反应，防止中期氧化铁含量过低，从而控制转炉金属喷溅；吹炼后期转炉CO逐渐降低直至吹炼结束时防止氧化铁大量聚集的操作技术，防止爆发性喷溅；通过技术的实施，转炉喷溅得到明显改善，钢铁料消耗明显降低，如图5、图6所示。

图5 转炉喷溅次数减少

图6 转炉钢铁料消耗降低

2）对转炉炼钢过程中产生的CO进行分析，通过生产实践和摸索，总结出烟气规律控制转炉喷溅的一种技术，通过现场实践，效果良好，喷溅大大减少，实现转炉清洁炼钢，绿色环保生产，提高了钢水质量，提高了金属收得率，减少了对环境的污染，实现了绿色环保生产。

3）转炉烟气控制技术适用于各种大、中型转炉炼钢生产中产生喷溅，通过此技术，能够大大减少转炉的喷溅发生，最终实现清洁炼钢，对全国各大钢厂具有推广意义。