轉爐爐底上漲原因分析及防治措施

申 斌

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安鋼第二煉軋廠有3座150 t頂底復吹轉爐，爐齡平均超過10000爐，在生產過程中由于操作不當等多方面原因而引起轉爐爐底上漲使得爐容比減小，給正常生產帶來較大影響，例如爐底上漲造成底吹透氣磚堵塞，氧、副槍口嚴重結渣，進而引起鋼鐵料消耗、合金料消耗成本波動。針對此現象，安鋼第二煉軋廠結合生產實際，查找及分析其產生的原因并提出了相應的控制與防范措施，從而使爐底上漲得到了有效控制。

1 爐底上漲的原因分析

1.1 濺渣護爐的影響

1.1.1 濺渣護爐原理

濺渣護爐技術原理是在轉爐出鋼后，將熔渣中MgO含量調整到飽和或過飽和值，再通過高壓N2的吹濺，使其附著于轉爐爐襯，形成一層厚厚的耐蝕性好、可抑制爐襯磚表面脫碳氧化的濺渣層(如圖1所示)。從而可達到保護爐襯，降低耐火材料損耗速度，提高爐齡的目的。

1.1.2 渣護爐技術對轉爐爐底的影響

圖1 濺渣護爐原理圖

濺渣護爐技術的應用大幅提高轉爐爐齡的同時也嚴重影響到爐底上漲，大幅降低了復吹率和底部供氣元件的一次性使用壽命。其主要原因是濺渣用終渣堿度高，MgO含量達到或超過飽和值，出鋼后有MgO結晶以及高熔點礦物C2S、C3S析出，濺渣時熔渣不能完全附著于爐襯，剩余部分都滯留并粘附于爐底，引起爐底上漲。尤其是復吹工藝濺渣時，底部仍然供氣，上、下吹入的都是冷風，爐溫又有降低，熔渣進一步變黏;高熔點晶體C2S、C3S發育長大，并包圍著MgO晶體或固體顆粒，形成一層堅硬的致密層，堵塞底吹透氣磚噴孔并引發轉爐爐底惡性上漲［1］。

1.2 氧氣射流沖擊深度不足

氧氣射流沖擊深度對熔池攪拌能力、爐內化學反應以及對爐底上漲與否有著直接聯系。氧槍槍位控制偏高，氧氣射流對熔池動力學攪拌能減小，導致爐底上漲;由于鐵水條件不同吹煉時工作氧壓、氧氣流量也不同，這些都對氧氣射流有著嚴重影響。氧氣流量大，噴頭射流夾角減小會促使流股間相互牽引力的增加，流股靠攏的趨勢明顯，沖擊深度變大，停滯區減小，爐底上漲緩慢，反之，氧氣流量小，爐底則容易上漲。

1.3 爐渣成分以及操作不當的影響

在煉鋼操作中，由于操作不當等原因造成過程化渣不良以及終渣粘稠，在濺渣操作時，由于未能根據實際終渣情況合理調整濺渣槍位及流量，影響氮氣流股對爐渣的沖擊力度，致使爐渣不能充分飛濺至爐膛內襯表面，而大部分爐渣被冷卻粘附于爐底，導致爐底上漲。

綜上所述，由于氧槍槍位、流量控制不當，氧氣射流沖擊深度不足，爐內金屬液循環力度不足以及濺渣操作不當等多方面因素致使鋼渣滯留爐底，造成爐底的惡性上漲。

2 防止爐底上漲的措施

2.1 規范濺渣護爐操作

2.1.1 合理進行終渣控制

為了既不漲爐底又保證良好的濺渣效果，轉爐終渣選擇應著重選擇合理的渣相熔點。其中熔渣堿度應選擇控制在2.8～3.2為好，終渣MgO含量應在保證出鋼溫度前提下超過飽和值，一般控制在9%～10%。這樣轉爐終渣C2S及C3S之和可以達到70%～75%有利于濺渣層耐火度的提高，濺渣層不易脫落。爐渣SiO2-CaO-FeO三元相圖如圖2所示。

圖2 爐渣SiO2-CaO-FeO三元相圖

復吹轉爐應在冶煉后期采用高MgO爐渣操作工藝，轉爐出鋼后針對爐渣中不同的FeO含量，加入適量不同種類的調渣改質劑，控制終渣MgO含量在6%～8%的范圍。

2.2 吹煉及濺渣操作時槍位的合理控制

當氧槍噴頭參數一定時，沖擊深度與氧槍噴頭距離熔渣液面的高低也有關系，合理的槍位控制對濺渣操作至關重要。沖擊深度計算公式為：

式中：H——沖擊深度;

R、B——系數;

Ar——阿基米德準數;

Dh——氧槍高度為h時氧射流的直徑;

De——噴頭出口直徑;

h——噴頭距液面高度。

在實踐生產中安鋼第二煉軋廠規定每個班次必須實測一次爐底，實時動態掌控轉爐爐襯以及爐底侵蝕的具體情況，根據實測爐底情況動態調整槍位和造渣制度，在轉爐吹煉中做到早化渣化好渣，既滿足冶煉工藝要求保證鋼水成分的合理控制，同時又不損傷爐況以及造成爐底波動，在濺渣操作中保證良好的濺渣效果的同時減小因不當操作而引起的爐底上漲。

2.3 合理冶煉高低碳鋼種實現爐底動態控制

針對爐底上漲以及爐底高度的實際情況，安鋼第二煉軋廠在生產安排上將高低碳鋼種交叉進行，保證不會因過多冶煉高碳鋼而引起爐底上漲，也不因過多的低碳鋼冶煉而引起爐底及爐況的過多侵蝕。

2.4 洗爐底操作

連續10爐看不見底部供氣元件，安鋼第二煉軋廠要對爐底進行補救處理，必要時進行洗爐底操作，洗爐底操作采取勤、輕處理原則。具體措施為，在出鋼結束后，將鋼渣倒出，爐子搖會零位，氧槍下到下極限點，氧氣流量控制在20000 Nm3/h左右，供氧3 min～4 min進行爐底吹掃。用氧氣射流對爐底進行直接的吹掃侵蝕，將上漲的部分在氧氣射流的侵蝕作用下熔化，最后將吹掃出來的熔渣倒出，使爐底回歸合理高度。這種方法是對爐底上漲的一種及時補救措施，既不影響生產節奏，又能實現爐底的動態控制［2］。

3 爐底的控制效果

安鋼第二煉軋廠通過對爐底上漲的原因分析，規范操作，每班對爐底高度進行測量，合理的調整供氧制度，優化濺渣工藝，注重生產計劃中高低碳鋼種的交叉安排，有效的防止了轉爐爐底的上漲。當爐底上漲較嚴重時，根據上漲幅度大小及時組織洗爐底操作，成功實現了轉爐爐底±100 mm范圍內的有效控制。安鋼第二煉軋廠1#150 t轉爐至開新爐以來目前已經生產將近3000爐，爐底液位高度控制在880 mm～900 mm的比例達到95%以上，實現了爐底高度較好的控制。

爐底高度的良好的控制是保證轉爐底吹效果的關鍵環節，爐底高度可控，可以保證底吹效果良好，改善碳氧反應的動力學條件，加速冶金反應過程，使反應更加接近平衡，減少噴濺等事故的發生，可明顯降低鐵合金和爐料消耗。安鋼150 t轉爐通過爐底高度的有效控制，取得了良好的冶金效果。

3.1 終點［C］·［O］積低

爐底高度控制穩定，可以保證底吹透氣效果較好，可以直接從轉爐冶煉終點［C］·［O］積反應，良好的底吹效果可以促進鋼水中氧與碳的反應，降低鋼中氧含量，從而降低［C］·［O］積。測定了300爐某牌號鋼種終點［C］和自由［O］含量，終點溫度平均為1650℃，終點［C］含量為0.04-0.06%，［C］·［O］積平均為0.00235如圖3所示。

圖3 終點鋼水［C］和［O］含量關系

4 結論

1)由于氧槍槍位、流量控制不當，氧氣射流沖擊深度不足，爐內金屬液循環力度不足以及濺渣操作不當等多方面因素致使鋼渣滯留爐底，造成爐底的惡性上漲。

2)通過對轉爐冶煉終渣的合理控制，加強濺渣護爐技術的正確操作，動態調整裝入量并注重高低碳鋼種的穿插冶煉可有效預防轉爐爐底的上漲。

3)當轉爐爐底出現上漲趨勢時，宜首先采用調整吹煉工藝與造渣工藝的方式進行補救處理。當轉爐爐底已出現大幅度上漲，調整操作工藝已不能完全去除上漲的爐底時，則可采取洗爐底方式進行處理，保證轉爐爐底回歸合理高度。

［1］ 陳元學，張義才.復吹轉爐濺渣護爐工藝優化.煉鋼，2009(6)：22-25.

［2］ 馮捷，張紅文.轉爐煉鋼生產［M］.北京：冶金工業出版社，2008：156-173.