转炉炼钢过程喷溅产生原因分析及控制.doc

转炉炼钢过程喷溅产生原因分析及控制摘 要钢铁料消耗作为衡量一个转炉炼钢厂生产、技术和管理水平的重要的经济指标，它的成本占整个炼钢厂钢坯成本的70以上；所以降低钢铁料消耗能显著降低生产成本，而减少和避免炼钢喷溅低钢铁料消耗起着非常重要的作用。文章分析了转炉喷溅产生的原因，并根据转炉炼钢的原理和工艺特点，提出了防止喷溅的措施。关键词：转炉炼钢 喷溅 危害 控制ABSTRACTSteel material consumption as a measure of a converter steelmaking plant of production, technology and management level of important economic indicators of the total, it costs more than 70% of steel billet cost; So reduce steel material consumption can significantly reduce the production costs, and reduce and avoid spillage low steel material consumption steelmaking plays a very important role. targetsThe article analyzes the reason of Surfaceflash and proposes some preventative measures in the keeping with the principle and craftsmanship of converter steelmaking.Keywords: Converte Spitting Harm and control1 概述 喷溅是氧气顶吹转炉吹炼过程中经常发生的一种现象，通常人们把随炉气携走、从炉口溢出或喷出炉渣与金属的现象称为喷溅。在整个炼钢过程中，氧枪枪位是一个非常重要的参数，它直接关系到炼钢过程中的脱碳、造渣、升温以及喷溅的发生，因此，必须很好地控制氧枪的枪位，使炼钢过程得以平稳进行。喷溅是转炉炼钢时经常会遇到的一种情况,而且遇到的喷溅往往也表现不一样。但不管怎样,只要有喷溅发生,就会造成诸如环境污染,产量降低和设备损坏,以及炼钢成本增加等,严重时会造成设备故障和危及人的生命安全。因此,喷溅一直以来都是令广大转炉炼钢人员头痛的一个问题。喷溅造成的危害主要有以下几点:(1) 降低产量:有人对某钢厂转炉冶炼情况做过统计,大喷时金属损失大约3. 6 % ,小喷时金属损失也有1. 2 %左右。也有研究认为喷溅造成的金属损失在0. 55 %。(2) 人身伤害:由于喷溅而导致烧烫伤害事故占炉前烧烫伤害事故的80 %以上2；(3) 操作不当而产生的喷溅会严重冲刷炉衬，造成粘枪、烧枪、炉口和烟罩挂渣；(4) 喷溅喷出大量的熔渣,还会影响P、S 的脱除,损失热量,限制供氧强度的进一步提高等。因此,预防和减少喷溅,同时还不影响转炉正常生产具有十分重大的意义。下面结合南京钢铁厂联合有限公司炼钢厂几年来对转炉炼钢喷溅现象及成因进行分析，并提出其防范措施。2 喷溅产生原因转炉常见喷溅主要分为爆发性喷溅、泡沫性喷溅和金属喷溅。主要发生在两个时期：第一时期是供氧4-6min左右，主要特征是炉温偏低；第二时期是供氧11-14min左右，主要特征是炉温偏高。2.1、爆发性喷溅产生的原因熔池内碳氧反应不均衡发展，瞬时产生大量的CO气体，这是发生爆发性喷溅的根本原因。碳氧反应：C+(FeO)CO+Fe是吸热反应，反应速度受熔池碳含量、渣中(TFe)含量和温度的共同影响。由于操作上的原因，熔池骤然受到冷却，抑制了正在激烈进行的碳氧反应；供人的氧气生成了大量(FeO)并聚积；当熔池温度再度升高到一定程度(一般在1470以上)，(FeO)聚积到20以上时，碳氧反应重新以更猛烈的速度进行，瞬间排出大量具有巨大能量的CO气体从炉口排出，同时还挟带着一定量的钢水和熔渣，形成了较大的喷溅。在熔渣氧化性过高，熔池温度突然冷却后又升高的情况下，就有可能发生爆发性喷溅。2.2、泡沫性喷溅产生的原因除了碳的氧化不均衡外，还有如炉容比、渣量、炉渣泡沫化程度等因素也会引起喷溅。在铁水Si、P含量较高时，渣中SiO2、P2O5含量也高，渣量较大，再加上熔渣中TFe含量较高，其表面张力降低，阻碍着CO气体通畅排出，因而渣层膨胀增厚，严重时能够上涨到炉口。此时只要有一个不大的推力，熔渣就会从炉口喷出，熔渣所夹带的金属液也随之而出，形成喷溅。同时泡沫渣对熔池液面覆盖良好，对气体的排出有阻碍作用。严重的泡沫渣可能导致炉口溢渣。显然，渣量大时，比较容易产生喷溅；炉容比大的转炉，炉膛空间也大，相对而言发生较大喷溅的可能性小些。2.3、金属喷溅产生的原因当渣中TFe含量过低，熔渣粘稠，熔池被氧流吹开后熔渣不能及时返回覆盖液面，CO气体的排出带着金属液滴飞出炉口，形成金属喷溅。熔渣“返干”也会产生金属喷溅。可见，形成金属喷溅的一些原因与爆发性喷溅正好相反。2.4、原因分析据相关研究表明，碳氧反应对温度的变化非常敏感，在熔池物料温度(如铁水和废钢的混合液)1470时，碳氧反应受到抑制，而在1470以上时能顺利进行；如果炼钢过程中第二批造渣料加得不合适(太多、太快、不均匀)，熔池温度一下子降低至1470以下，而形成FeO聚集，随着熔池脱碳的剧烈进行，熔池温度马上又上升至1470以上，这时产生的泡沫渣严重使渣层变厚而阻碍CO气体的排出，炉渣严重发泡，泡沫渣充满了炉膛，在这种情况下，脱碳速度稍有增加，即可将炉渣喷出炉外，形成喷溅。下面根据图1、图2对此进行详细分析。 稀 炉渣性质 粘稠 吹炼时间 图1 图2图1表示吹炼过程中炉渣易起泡情况的变化过程，图2表示吹炼过程中气体发生量的变化。图1、图2中顺序号1至5号是为了对比此2图所用的记号，同一顺序表示同一时间。即在吹炼过程中，炉渣性质按图1由12345变化时，气体发生量应该是图2上用同一顺序号所表示的数量。从开吹炼至4分钟左右是图1、图2中由1向2进行的时期。表现为点火同时加入石灰过多且未化好，有部分渣料还是固体状态，或是较黏的半液体状态，炉渣由黏稠的难起泡的状态开始变化，而气体发生量也是慢慢增加，直到Si氧化结束。在1至2期是Si氧化期，由于渣量少，脱碳速度不大，溶池面上涨很少，炉渣的泡沫化不改，造成溢渣和喷溅。如果采用较低枪位操作，产生的金属飞溅滴多而较强。最先开始产生喷溅的时期是图1、图2中序号2阶段即Si氧化接近结束的时期。在序号2阶段的气体发生量开始接近最大值，这时炉渣分为2层，即(SiO2)、(MnO)、(FeO)多，(CaO)少的低熔点易起泡沫层和尚未渣化的石灰层。含有(SiO2 )、(MnO)、(FeO)较多的炉渣易发生泡沫喷溅。但程度轻，时间也不长。因为此时的渣量少，且不久后(MnO)、(FeO)被还原，石灰进行渣化，(CaO)量增加，这样的炉渣很难起泡沫。为了防止初期喷溅，增加石灰量。由于此时不是发生脱碳的最激烈期，气体的发生量没达到最大值，且Si已被氧化完，(SiO2)量不再变化，而(FeO)或(MnO)的含量由于被溶池中的C所还原逐渐降低，(CaO)逐渐增加，因而炉渣组成不易起泡，一般不会发生喷溅。即使发生喷溅，也是由于软炼前阶段操作不当或二批渣料加入时间和加入量不当所致。具体可表现为爆发性喷溅或炉渣返干造成的金属喷溅。而图1、图2中4序号时期是脱碳最激烈的时期结束，铁氧化开始不久的时期。此时，转炉内气体的发生量虽已越过了最大值点，但气体还足够多，另外渣中(FeO)不断增加，炉渣泡沫化，所以易发生喷溅。图1、图2中由序号4至序号5阶段，脱碳速度下降，熔池温度升高，泡沫程度减小，渣中FeO较高，流动性好，一般不会产生喷溅。3、喷溅的危害3.1危害的主要表现1、喷溅造成金属损失在0.55，避免喷溅就等于增加钢产量。2、喷溅冒烟污染环境。3、喷溅的喷出物堆积，清除困难，严重喷溅还会引发事故，危及人身及设备安全。4、由于喷溅物大量喷出，不仅影响脱除P、S，热量损失增大，还会引起钢水量变化，影响冶炼控制的稳定性。限制供氧强度的提高。防止和减少喷溅是顶吹转炉吹炼的重要课题之一。炉内钢水的密度约7.0t/m3，熔渣的密度约为3.2t/m3，如果没有足够的力量，金属和熔渣是不会从炉口喷出的。喷溅主要源自碳氧的不均衡反应，瞬间产生的大量CO气体，从炉口夺路而出，将金属和熔渣托出炉外。4、预防喷溅的具体措施通过前面的分析，预防喷溅的关键在于吹炼操作时，避免导致喷溅的因素产生。根据实际情况，在进行吹炼操作时，注意并处理好以下几个方面，喷溅现象是可以减少和避免的。4.1 正确的枪位控制在某种程度上复吹转炉炼钢的氧枪操作主要是通过枪位的变化来调节和控制炉渣中有合适的(FeO)含量，以满足吹炼过程各期的需要。如果(FeO)控制不当，会给吹炼带来困难，如化渣太晚，易“返干”；或化渣太早，易喷溅，因此控制喷溅的关键就是要控制吹炼枪位。4.1.1吹炼前期枪位的调节和控制开吹前操作人员应详细了解以下情况：a)铁水成分，主要是硅、硫、磷的含量；b)铁水温度；c)炉子情况，是新炉还是老炉，是否补炉，装入量是多少，炉内是否有剩余钢水和炉渣等；d)吹炼的钢种及其对造渣、温度控制的要求；e)上一班或上一炉操作情况，现在炉子的液面和炉底等。对上述情况必须做到心中有数。前期调节和控制的原则是早化渣、化好渣。吹炼前期的特点是硅、锰迅速氧化、渣中SiO2浓度大，熔池温度不高，此时要求将加入炉内的石灰尽快地化好，以便形成碱度1517的活跃炉渣，以减轻酸性渣对炉衬的侵蚀，并增加吹炼前期的脱硫与脱磷率。为此，应采用较高的枪位，如果枪位过低，不仅因渣中(FeO)低会在石灰表面形成高熔点而且致密的2CaOSiO2，阻碍石灰的熔化，还会由于炉渣未能很好地覆盖熔池表面而产生喷溅，当然，前期枪位也不宜长时间过高，以免发生严重喷溅。正确地控制前期温度，如果前期温度低，炉渣中积累起大量的氧化铁，随后在元素氧化，熔池被加热时，往往突然引起碳的激烈氧化，容易造成爆发性喷溅。在炉温很高时，可以在提枪的同时适当加一些石灰，稠化熔渣，有时对抑制喷溅也有些作用，但加入量不宜过多，加入的石灰化完后，如果不继续加人石灰就应当适当降枪，以便降低 (FeO)，以免在硅锰氧化结束和熔池温度升高后强烈脱碳时发生严重喷溅。4.1.2吹炼中期的枪位控制吹炼过程枪位控制的基本原则是：继续化好渣、化透渣、快速脱碳、不喷溅、熔池均匀升温。吹炼中期的特点是强烈脱碳，在这个阶段中，不仅吹人的氧气全部用于碳的氧化，而且渣中的氧化铁也大量被消耗，渣中(FeO)的降低将使炉渣的熔点上升，流动性下降，出现“返干”现象，影响硫、磷的去除甚至于发生回磷现象，喷溅也严重，为了防止中期炉渣返干，应该适当提枪，使渣中有适当的(FeO)。4.1.3吹炼后期的枪位控制后期的任务是进一步调整好炉渣的氧化性和流动性，继续去除硫、磷、使熔池钢液成分和温度均匀，稳定火焰，便于准确地控制终点，压枪速度要缓慢，切忌过快，否则会引起喷溅，冶炼低碳钢，很多采用的是增碳法，所以后期非常注意加强熔池搅拌以加速后期脱碳，均匀熔池的温度和成分以及降低终渣的(FeO)含量。为此在过程化渣不太好，或者中期炉渣返干较严重时，后期应首先适当提枪化渣，而在接近终点时，再适当降枪，以加强熔池搅拌，使熔池的温度和成分均匀化，降低终渣中的(FeO)，提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的侵蚀。4.2合理的炉型控制保持合理的炉型是在现有技术和设备条件下控制喷溅最有效的方法，如应有适当的炉底高度和液面，根据冶炼钢种采取合适的底吹模式，如果发现炉底上涨较高，要及时采取措施进行处理，处理炉底操作应采取勤、轻处理原则。1 可以采用留渣后，用顶枪进行适当吹扫；2 减少溅渣频率，并适当缩短溅渣时间3 连续冶炼34炉低碳钢，低碳、高氧化铁渣出钢。4 适当降低炉渣碱度和氧化镁含量。5 做好热平衡，力求做到热量略富裕，这样既能保住终点碳，又不因为热量太富裕冷却料用量大喷溅难控制；还可以采用留渣操作，溅渣护炉时不要把炉渣溅干，在炉内留13左右的炉渣，剩余的炉渣在下炉吹炼时有利于前期快速成渣，同时减少了冷却剂的加入量和炉渣的泡沫化程度，并将泡沫化高峰前移，从而达到控制喷溅的目的，在炉渣严重泡沫化时，短时间提高枪位，使氧枪超过泡沫的熔池面，用氧气射流的冲击破坏泡沫，减少喷溅。4.3 合理的供氧制度吹炼时，供氧强度不能过大，以免造成供氧压力过大，脱碳速度过快，液面上涨严重，造成大喷。在强烈脱碳时造成喷溅，可以降低供氧强度，待停止产生喷溅后可恢复正常供氧。4.4 合理的造渣制度采用最小渣量操作，提高石灰质量，使用活性石灰，选择合适的助熔剂。在加入石灰方式方面采用小批量、多批次的方法。因为石灰是一种高熔点材料(纯CaO的熔点约为2600)，在炼钢温度下是不可能熔化的，即使是形成CaO与SiO2 的化合物其熔点也在1 5002100 ，只有与FeO形成CaO、SiO2、FeO三相渣体时才能在炼钢温度下熔化，形成熔点较低的熔融炉渣。如果石灰大批量一次加入，特别是在吹炼开始一次加入，由