陳柏宇，齊志宇，朱國(guó)強(qiáng)，潘統(tǒng)領(lǐng)，丁宇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

1 發(fā)生噴濺的原因分析

轉(zhuǎn)爐冶煉高鈦鐵水時(shí)發(fā)生的噴濺有三種：爆發(fā)性噴濺、泡沫性噴濺和金屬?lài)姙R。對(duì)四分廠發(fā)生噴濺的38個(gè)爐次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，爆發(fā)性噴濺6爐，泡沫性噴濺29爐，金屬?lài)姙R3爐。結(jié)合轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程分析噴濺原因如下。

（1） 吹煉前期

吹煉前期是指轉(zhuǎn)爐吹煉開(kāi)始到Ti、Si、Mn等元素的氧化反應(yīng)已基本結(jié)束的2～4 min內(nèi)。在此期間C-O反應(yīng)速度決定了氧化鐵的積累或消耗。爐內(nèi)溫度越高，C-O反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力越大，渣中FeO消耗越大，反之則易積累。吹煉前期C-O反應(yīng)受其他元素氧化影響，反應(yīng)速度較慢，這段時(shí)期渣中積累了一定的FeO，Ti、Si氧化時(shí)釋放出大量的熱量，有利于化渣，并且使?fàn)t內(nèi)溫度迅速升高。C-O反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力變大，熔池中C開(kāi)始劇烈氧化，由于此時(shí)為C-O反應(yīng)提供氧的不僅是從氧槍中吹入的氧氣，還有渣中積累的FeO提供的較多的附加供氧量，因此C-O反應(yīng)會(huì)瞬間產(chǎn)生大量的氣體，造成爆發(fā)性噴濺。

（2）吹煉中期

吹煉中期噴濺的發(fā)生有兩種情況：一種是渣中FeO積累過(guò)多引起的泡沫性噴濺；一種是爐渣返干后調(diào)整過(guò)度引發(fā)的噴濺。

①吹煉中期渣中FeO含量高，有利于化渣，加快成渣速度。由于冶煉高鈦鐵水渣量大、爐渣易于泡沫化，因此，如果轉(zhuǎn)爐內(nèi)積聚過(guò)多的FeO會(huì)加劇泡沫渣的產(chǎn)生，如不采取措施控制，會(huì)造成持續(xù)的泡沫性噴濺。

②為防止持續(xù)泡沫性噴濺，吹煉中期會(huì)采取加料擊破渣層，同時(shí)，嘗試降槍來(lái)降低渣中FeO含量以遏制爐渣泡沫化。降低槍位后，爐內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)為直接氧化反應(yīng)，其結(jié)果就是渣中無(wú)法積累FeO，析出大量高熔點(diǎn)物質(zhì)使泡沫渣破碎，加上熔渣內(nèi)TiO與石灰中CaO結(jié)合生成高熔點(diǎn)化合物，使熔渣黏度變大，容易出現(xiàn)嚴(yán)重返干，因此，應(yīng)當(dāng)采取提高槍位同時(shí)加入化渣物料的方法來(lái)減輕返干。在軟吹和降溫的作用下，渣中FeO含量增加，熔渣中高熔點(diǎn)物質(zhì)因熔點(diǎn)降低而熔化，爐內(nèi)返干現(xiàn)象逐漸消失。但軟吹的時(shí)間需要加以控制，如果時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使渣中積累過(guò)量的FeO，此時(shí)一旦降槍?zhuān)^(guò)量的供氧量會(huì)加速C-O反應(yīng)產(chǎn)生大量的CO氣體，造成噴濺。

（3） 吹煉末期

吹煉末期爐內(nèi)C-O反應(yīng)平緩，爐渣泡沫化程度略有減輕，因此這一階段正常操作時(shí)發(fā)生噴濺的幾率很低。若發(fā)生，一般是由于人為操作不當(dāng)導(dǎo)致，如碳含量判斷不準(zhǔn)確就降槍拉碳，劇烈的碳氧反應(yīng)會(huì)造成嚴(yán)重的金屬?lài)姙R。

2 影響噴濺的因素

（1）大量的CO氣體

轉(zhuǎn)爐內(nèi)C-O反應(yīng)發(fā)生在氧流沖擊的凹坑處和乳化渣系中，熔池內(nèi)會(huì)因碳氧反應(yīng)不均衡而瞬時(shí)產(chǎn)生大量的CO氣體。研究表明，當(dāng)脫碳速度為（0.4～0.6）%/min時(shí)，熔池內(nèi)每秒中排出的CO氣體的體積是鋼水體積的3～4倍，此時(shí)爐內(nèi)又形成了一定厚度的泡沫渣層，大量的CO氣體使渣面迅速上漲到爐口，引發(fā)噴濺。因此，急劇的碳氧反應(yīng)容易造成爐渣噴濺。

（2）爐渣泡沫化

熔渣的物理特性中，影響熔渣泡沫化的主要是表面張力σ與黏度η的比值。表面張力小意味著生成氣泡的能耗小，氣泡容易生成，已發(fā)泡熔渣的自由能也較小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高，即不容易消泡，泡沫的壽命較長(zhǎng)。黏度對(duì)熔渣泡沫化的影響主要反映在氣泡通過(guò)渣層的速度和氣泡消泡的速度。熔渣黏度大，則氣泡在渣中停留的時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)，這意味著氣泡的穩(wěn)定性高，即熔渣容易發(fā)泡；同時(shí)熔渣黏度大還能使氣泡從渣液排出的速度變慢。由此可知，表面張力小、黏度大的熔渣更容易泡沫化。冶煉高鈦鐵水時(shí)，由于渣中TiO含量較高，造成爐渣黏度增大，因此，轉(zhuǎn)爐冶煉高鈦鐵水過(guò)程中極易形成泡沫渣。

轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，氧氣流股沖擊金屬液和熔渣，使得三者均被擊碎并與碳氧反應(yīng)產(chǎn)物匯集在一起形成了大量的小氣泡，這樣氣、渣、金屬組成了三相乳化液，即泡沫渣。由于泡沫渣增加三者的反應(yīng)界面，因此它可以加快爐內(nèi)的反應(yīng)速度。高鈦鐵水中 Ti、Si、P 含量高時(shí)， 渣中 TiO、SiO、PO含量較高，而SiO、PO是表面活性物質(zhì)，能降低熔渣表面張力，TiO可以增加熔渣黏度，可以穩(wěn)定泡沫渣。需要注意的是此時(shí)含有 TiO、SiO、PO的爐渣為酸性渣，需要向爐內(nèi)加入更多的白灰來(lái)保證爐渣的堿度，這就造成爐內(nèi)渣量大、渣層厚度增加，嚴(yán)重時(shí)能夠上漲到爐口，在碳氧反應(yīng)的作用下，推動(dòng)爐渣從爐口噴出，引起噴濺。

（3）渣中FeO的含量

渣中FeO含量影響噴濺主要有以下兩方面原因：一方面吹煉初期爐渣中積聚過(guò)多的FeO，當(dāng)熔池溫度達(dá)到C-O反應(yīng)的臨界溫度時(shí)，由于渣中FeO過(guò)高，熔池中會(huì)發(fā)生劇烈的碳氧反應(yīng)，如果處理不當(dāng)，容易產(chǎn)生爆發(fā)性噴濺；另一方面爐渣中的FeO含量過(guò)低會(huì)使?fàn)t渣中有高熔點(diǎn)物質(zhì)析出，造成化渣不良，形成返干，發(fā)生金屬?lài)姙R。

3 控制措施及效果

（1）控制鐵水條件

鐵水中Ti、Si含量直接影響渣量進(jìn)而影響噴濺的發(fā)生幾率。 實(shí)踐表明，鐵水 ω[Si]+ω[Ti]≥0.7%時(shí)易發(fā)生噴濺，因此，在生產(chǎn)條件允許的情況下，可采取高、低硅鐵水兌折方式來(lái)降低硅含量。如果條件不允許，則采取雙渣法操作，將脫硅、脫鈦后的爐渣倒掉再重新進(jìn)行造渣。

（2）控制氧槍槍位

轉(zhuǎn)爐底吹能夠加強(qiáng)熔池內(nèi)部攪拌，促進(jìn)熔池內(nèi)部反應(yīng)的進(jìn)行。觀察實(shí)際生產(chǎn)情況發(fā)現(xiàn)，冶煉高鈦鐵水時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)爐底吹狀態(tài)控制氧槍槍位能夠避免噴濺的發(fā)生。圖1為冶煉高鈦鐵水時(shí)氧槍槍位的控制曲線。由圖1看出，底吹狀態(tài)良好時(shí)，適當(dāng)提高槍位；底吹狀態(tài)不好時(shí)，適當(dāng)降低槍位。

圖1 冶煉高鈦鐵水時(shí)氧槍槍位的控制曲線Fig.1 Control Curves for Position of Oxygen Lance in Smelting Hot Metal with High Titanium

底吹狀態(tài)良好時(shí)，吹煉前期化渣和升溫速度快，會(huì)提前到達(dá)C-O反應(yīng)期，要在此前根據(jù)火焰情況或煤氣分析儀中CO提升速率判斷時(shí)機(jī)適當(dāng)提槍?zhuān)軌蛴行П苊獗l(fā)性噴濺的發(fā)生。吹煉中期由于底吹的原因，如果槍位過(guò)低會(huì)使熔池內(nèi)的FeO消耗過(guò)快，造成返干，嚴(yán)重的返干容易誘發(fā)金屬?lài)姙R，因此還要時(shí)刻關(guān)注渣化情況。冶煉高鈦鐵水升溫速度快，渣量大，同時(shí)在良好的底吹作用下，強(qiáng)攪拌加速化渣，很容易形成嚴(yán)重的泡沫渣。發(fā)現(xiàn)泡沫渣有上漲到爐口的趨勢(shì)要及時(shí)降槍?zhuān)瑴p少渣中FeO的生成。由于頂?shù)讖?fù)吹作用容易擊破泡沫渣層，可有效減少泡沫渣噴濺。

底吹狀態(tài)不好時(shí)（幾乎無(wú)可視底槍?zhuān)?，吹煉前期由于沒(méi)有底吹的作用，需要適當(dāng)降槍提升攪拌力，到達(dá)C-O反應(yīng)期前抬槍避免發(fā)生劇烈反應(yīng)。由于高鈦鐵水的特性，很容易形成泡沫渣，沒(méi)有底吹的作用下，很難破開(kāi)渣層，所以吹煉中期在泡沫渣豐富時(shí)應(yīng)反復(fù)嘗試低槍位加入壓渣物料操作，通過(guò)消耗渣中FeO來(lái)遏制泡沫渣噴濺。待緩和后適當(dāng)抬槍避免返干引發(fā)金屬?lài)姙R。

吹煉后期除了繼續(xù)去除P、S外，還要調(diào)整好爐渣的氧化性和流動(dòng)性，目的是均勻熔池鋼液成分和溫度，穩(wěn)定火焰，便于準(zhǔn)確地控制終點(diǎn)。此時(shí)必須放緩壓槍的速度，切忌過(guò)快，避免引起噴濺。

（3）噴濺的處理

吹煉過(guò)程中一旦發(fā)生噴濺，要及時(shí)果斷處理。不同的噴濺處理方式也不同：發(fā)生爆發(fā)性噴濺時(shí)，要馬上抬槍?zhuān)徑鈩×业奶佳醴磻?yīng)；發(fā)生泡沫渣噴濺則需要適當(dāng)提槍?zhuān)瑫r(shí)加入少量石灰石或生白云石等壓渣物料破開(kāi)渣層，使渣中氣體排出。

采取上述控制措施后，四分廠轉(zhuǎn)爐冶煉高鈦鐵水時(shí)發(fā)生噴濺的現(xiàn)象明顯減少，對(duì)采取措施后的36個(gè)爐次進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，噴濺發(fā)生的幾率為16%，均為可控的泡沫性噴濺，保證了生產(chǎn)的順行。

4 結(jié)語(yǔ)

分析認(rèn)為，大量的CO氣體、爐渣泡沫化、渣中FeO含量高是導(dǎo)致鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉高鈦鐵水時(shí)發(fā)生噴濺的主要原因。通過(guò)采取高、低硅鐵水兌折或雙渣法冶煉，根據(jù)轉(zhuǎn)爐底吹狀態(tài)調(diào)整氧槍槍位后，噴濺發(fā)生的幾率由40%降為16%，而且可控，保證了生產(chǎn)的順行。