转炉喷溅 [浅议转炉操作过程喷溅]
摘 要：本文主要介绍了莱钢炼钢厂对转炉喷溅机理的研究及预控措施。从控制前期渣中氧化铁含量及保持容池温度均匀上升两方面着手来达到预防转炉前期喷溅的目的。对转炉的稳定操作及降低钢铁料消耗具有重要的意义。
关键词：转炉；喷溅；控制
一、引言
莱钢股份炼钢厂老区1-3号转炉为顶吹45t转炉，由于炉容比较小、铁水成分温度波动较大、石灰质量较差、操作模式不当等多方面的因素，生产过程中喷溅较为常见。造成钢铁料消耗偏高，给成本控制工作带来困难；也对安全生产带来隐患。因此，防止和减少喷溅成为目前转炉生产过程中的重要课题。
二、操作过程喷溅产生机理
喷溅是顶吹转炉操作过程中经常见到的一种现象，其中包括爆发性喷溅、泡沫性喷溅和金属喷溅。
（一）喷溅产生的危害
1、根据有关厂家统计数字表明，大喷时金属损失约3.6%，小喷时金属损也有1.2%左右。还有研究认为喷溅造成金属损失在0.5%～5％。避免喷溅就等于增加了钢产量。
2、由于操作不当而产生的喷溅会严重地冲刷炉衬、造成氧枪烟道粘钢等事故，危及人身及设备安全。
3、由于喷出大量的熔渣，还好影响P、S的脱除，损失热量，并影响操作的稳定性，限制了供氧强度的进一步提高。
（二）喷溅产生的机理
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。碳在激烈氧化时，对于温度的变化非常敏感，如果由于操作上的原因使熔池骤然冷却，温度下降，抑制了正在激烈进行的碳氧反应；供入的氧气生成了大量(FeO)并聚积。一旦熔池温度升高到一定程度(一般在1470℃以上)，TFe聚积到20％以上时，碳氧反应重新以更猛烈的速度进行，瞬时间排出大量具有巨大能量的CO气体，从炉口夺路而出。同时，还挟带着大量的钢水和熔渣，造成较大的喷溅。可以认为在熔渣氧化性过高，熔池温度突然冷却的情况下，就有可能发生爆发性喷溅
2、泡沫性喷溅产生的原因
在铁水Si、P含量较高时，渣中Si02、P205含量也高，渣量大时，再加上熔渣中TFe含量较高，熔渣表面张力降低，熔渣泡沫太多，阻碍着CO气体通畅排出，使渣层厚度增加，严重时能够上涨到炉口。此时只要有一个不大的冲击力，就能把熔渣从炉口推出，熔渣所夹带的金属液也随之而出，形成较大的喷溅。显然，渣量大时，比较容易产生喷溅。
3、金属喷溅产生的原因
渣中TFe过低，熔渣流动性不好，氧气流直接接触金属液面，由于碳氧反应生成的CO气体排出时，带动金属液滴飞出炉外，形成金属喷溅。飞溅的金属液滴附于氧枪喷嘴上，严重恶化了氧枪喷嘴的冷却条件，导致喷嘴损坏。金属喷溅又称为反干性喷溅。可见，金属喷溅产生的原因与爆发性喷溅正好相反。当长时间低枪位操作、二批料加入过早，炉渣未化透就急于降枪脱碳等，都有可能产生金属喷溅。
三、预控转炉操作过程喷溅的探讨
通过对转炉操作过程喷溅机理的分析，预防转炉喷溅主要措施要从两方面着手：控制前期渣中氧化铁含量及保持熔池温度均匀上升。决定因素有：开吹枪位、氧压、加料量、加料时机。
（一）枪位及氧压配合对容池及炉渣成分的影响
操作枪位是指喷头端面到静止熔池金属液面的距离。由于氧气射流随射程增长而速度逐渐衰减，所以调整枪位可以控制射流对熔池的冲击力和冲击面积。在吹炼中熔池运动状况对氧化成渣、金属成分、温度、喷溅和炉龄等都有很大影响。由冷态模型实验可看出，氧气流股对熔池的作用有两种状况：软吹和硬吹。
1、软吹
当枪位高或氧压低时，氧气射流的动能较小,只能在熔池表面冲击出一个“浅坑”,由于凹坑表面反射气流的作用, 带动附近的金属液向上运动,导致离凹坑较远处的金属液向下运动。这种状况称为“软吹”（图1）。
2、硬吹
当枪位低或氧压高时，氧气射流的动能较大,能将熔池冲击出一个“深坑”。这时,一部分金属被粉碎成小液滴，大部分随反射气流飞溅到炉渣中,某些金属液滴被吸入氧气射流中并被氧化。同时,射流本身撞击金属液面，形成气泡。被氧化了的金属液滴和氧气气泡以高速“冲入”金属熔池，共同参与熔池的循环运动。除在熔池中心处的金属液向下运动外，在凹坑周围的金属液由于泡沫上浮而向上运动，靠近炉衬的金属液又重新向下运动。这种状况称为“硬吹”（图2）。
在氧流和金属凹坑表面及其附近，发生激烈氧化反应,并放出大量热量,使该处温度高达2000～2600℃；此区域称为“一次反应区”。整个转炉炉膛内充满由炉渣-金属液滴-气泡组成的乳浊液 (通称泡沫渣)。从生产中的转炉取样表明，沿炉体高度方向，在靠近炉底处有少量单相金属液体，往上则炉渣液滴和气泡数量逐渐增加，越接近炉口，乳浊液中的金属滴越少。调节氧气射流对熔池的作用状态，如调整氧枪喷口和液面的相对位置，是控制氧气顶吹转炉吹炼过程的重要手段。
3、吹炼过程中炉渣成分的变化
由于一次反应区的温度很高，吹炼初期铁水中的碳就会被氧化。又由于氧气顶吹转炉能调整氧枪枪位，有效地控制成渣状况和渣中氧化铁含量，从而能在脱碳的同时进行脱磷，这是氧气顶吹转炉区别于底吹转炉的重要特点。吹炼过程中金属熔池和炉渣成分变化如图3。
（二）开吹枪位的确定
开吹枪位一般应比过程枪位高些，其确定原则是早化渣，多去磷、保护炉衬。因此，开吹前必须了解铁水温度和成分，测量液面高度，了解总管氧压以及所炼钢种的成分和温度要求。确定合适的开吹枪位应考虑以下情况：
1、铁水成分及温度
若硅含量高、渣量大，则易喷溅，枪位不要过高；铁水锰含量高，枪位可以低些；铁水P、S含量高时，应尽快成渣去P、S，枪位应适当高些；废钢中生铁块多导热性差，不易熔化，应降低枪位；遇到铁水温度偏低时，可先开氧吹炼后加头批料，即“低枪点火”；铁水温度高时，碳氧反应会提前到来，渣中TFe含量降低，枪位可以稍高些，以利于成渣。