120噸頂底復吹轉爐噴濺的研究和預防

郝 劍

（天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司,天津301606）

0 引言

軋三鋼鐵有限公司煉鋼廠有兩座120T轉爐，采用頂底復吹工藝，可以滿足冶煉不同品種鋼的要求。由于投產前期鐵水成分不穩定以及工人操作不熟練等原因，造成在轉爐冶煉生產過程中，噴濺現象經常發生，一般轉爐噴濺造成的金屬損失率在0.5～5%之間，當發生特別嚴重噴濺如大噴時，損失的金屬料可占總金屬料量的10%以上。因此，在轉爐冶煉過程中減少噴濺次數以及降低噴濺強度就相當于降低鋼鐵料消耗和增加鋼產量。轉爐煉鋼生產過程中，主要任務之一就是去除鐵水中的S和P等雜質，如果冶煉時出現大噴，會造成大量液態熔渣流失，從而影響的脫S、脫P效果，還會導致液態鋼水流失，影響冶煉過程的穩定性。對于環境來說，噴濺是一個嚴重污染源，會造成大氣瞬間的嚴重污染，且噴出物堆積，不便清理。嚴重噴濺還可能引發設備和人身安全事故，也是一個主要的危險源。在轉爐冶煉生產的前期、中期、后期如果操作失誤均可能會造成轉爐噴濺的發生。

1 影響轉爐噴濺的因素分析

根據生產實踐及技術分析，我們得知：高爐來鐵中Si、P的含量高低，會直接影響轉爐造渣的渣量，如果鐵水中Si、P的含量高，就會造成冶煉時造渣量大，容易造成噴濺；當鐵水中Mn含量高時，吹煉中產生的MnO是可以降低爐渣粘度，流動性良好的爐渣也會引發噴濺發生；轉爐爐型的不合理、爐容比小，轉爐裝容量超標，也會促使噴濺發生；瞬間供氧強度大、瞬時碳氧反應劇烈、液相渣量的增大、爐渣表面張力低形成泡沫渣，也是誘發噴濺的重要原因；而渣中FeO的含量過高，是轉爐煉鋼發生噴濺的最重要的原因。

2 轉爐生產各階段噴濺原因分析

2.1 轉爐冶煉前期

煉鋼生產加入第一批料后，開始吹氧后有一分鐘左右的軟吹時間，使得渣中（FeO）含量緩慢增多，開吹3～4 min后，Si、Mn等元素已經氧化基本結束，此時主要是C-O反應開始進行。

C-O反應是吸熱反應[1]，如果前期溫度偏高，有利于C-O反應的發生，反應提前進行，造成渣中（FeO）不容易聚積。相反，如果吹煉前期溫度偏低，則會造成C-O反應推遲進行，渣中（FeO）大量聚積。

C-O反應開始后，開始加入第二批料，如果加料時間不當或者單次加入量過大，會造成熔池快速降溫，必然會造成正在劇烈進行的碳氧反應速度驟降，如果此時吹入大量氧氣則會促成渣中（FeO）聚積。當熔池反應溫度再度升高到一定溫度時（一般在1 470℃以上），渣中（FeO）達到20%以上時，這時碳氧反應會以更加猛烈的速度進行，瞬間在熔池內爆發出大量的CO氣體，伴隨氧氣流同時還摻雜著一定量的鋼水和熔渣，從轉爐爐口噴出，形成爆發性噴濺（俗稱“大噴”）。

2.2 轉爐冶煉中期

在煉鋼生產中期，如果氧槍長時間在高位吹煉，增強了氧氣流股對爐渣的間接供氧，從而造成渣中（FeO）積聚，當渣中（FeO）積累到一定程度時，就會產生持續的噴濺。

反之，如果氧槍長時間在低位吹煉，則增強了氧氣流股對鋼液直接供氧，從而造成渣中（FeO）含量降低，當渣中（FeO）低于一定含量時，熔渣則會變得黏稠，流動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C-O反應后產生的大量CO氣體則會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，會影響氧槍噴頭的使用壽命。

2.3 轉爐冶煉后期

煉鋼后期噴濺主要是過程溫度較高，如果操作不當，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，當爐溫再度升起時，加劇了C-O反應強度，從而造成爆發性噴濺。

3 防止轉爐噴濺的措施

3.1 冶煉操作改進措施

3.1.1 轉爐冶煉前期

當鐵水硅、錳、磷高時，轉爐冶煉渣量相對較大，適當采用低搶位操作，此時比正常槍位降低100～200 mm，減少軟吹時間，使熔池溫度快速升溫，促進前期C-O反應提前進行。采用低搶位操作時，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度和減少低溫噴濺次數。

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

3.1.2 轉爐冶煉中期

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，引發渣中（FeO）含量過低。要及時觀察火焰變化，如果發現爐口噪音尖銳、火焰較硬、直沖、噴出石灰和金屬粒時，則表示爐渣返干，此時應提槍化渣，一旦爐渣化好及時恢復正常搶位。

如果此間發生強烈的噴濺，可適當緩慢提升氧槍，降低C-O反應強度和熔池升溫速度，同時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]，弱化噴濺發生的條件。此時如果熔池溫度很高，可以在提槍的同時加入適當的石灰石，稠化熔渣，對抑制噴濺也有一定作用，石灰石宜少量、多批次加入。如果在噴濺發生時采用降槍操作，C-O反應反而會更加激烈，從而會加劇噴濺的發生，嚴重時還會造成大噴，甚至會發生重大安全事故。噴濺抑制后，要通過觀察爐口火焰狀況判斷熔池內部情況，爐況正常后要及時降槍至基本槍位，使二次反應速度大于一次反應速度，消耗掉多余的渣中（FeO），以達到防止持續性噴濺的目的。

3.1.3 轉爐冶煉后期

預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，調整好熔池的溫度和氧化性；應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間；吹煉終點前要將氧槍降至正常拉碳搶位，并保障一定的拉碳時間。

3.2 底吹氬系統改進措施

對于頂底復吹轉爐，通過調節底吹氬流量能夠有效地弱化噴濺的發生。正常吹煉過程中底吹流量為20 m3/h，若有噴濺跡象發生時，應迅速調節底吹流量至90 m3/h，充分攪拌熔池，有助于提高渣-鋼界面的反應速度，快速消耗渣中（FeO）。同時底吹氬氣流可以沖開熔渣，有助于CO氣體有效釋放，使得碳氧反應均勻進行，從而達到減弱噴濺的目的。

3.3 其他改進措施

（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）當鐵水硅、磷等成分含量高時，要采用雙渣或多渣操作。

（3）控制裝入量的準確率，即嚴格控制轉爐鐵水和廢鋼的裝入量。

（4）及時的測量爐襯厚度，維護好爐況，保證合理的爐型；

（5）強化一線操作工人的基本技能，準確把握氧槍槍位的高低和各批料加入的時機。

（6）經常測量爐液面高度，校核氧槍槍位，避免槍位不準造成的爐況異常。

4 結論

通過對轉爐噴濺產生原因的分析，制定了減少和預防轉爐噴濺的措施，實踐證明：

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

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

（3）轉爐吹煉全程降罩操作，可有效減少前期“溢渣”噴濺。

（4）及時調節轉爐底吹氬流量，可有效減弱和預防噴濺。