转炉留渣安全操作研究与实践.doc

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1、冶金之家网站转炉留渣安全操作研究与实践王羽，王安军，商勇，林利平(武钢炼钢总厂二分厂，湖北武汉430083)摘要：结合武钢炼钢总厂二分厂的现状，对留渣操作的热力学和动力学条件进行分析，总结出了安全留渣的工艺参数，并制定和实施了安全留渣操作措施，为实现具有显著效益的留渣炼钢工艺提供了可靠性依据。关键词：转炉炼钢；安全留渣；经济效益转炉炼钢生产中，通常有3种造渣操作，即单渣操作、双渣操作和留渣操作。单渣操作工艺比较简单，冶炼时间短，劳动条件好。双渣操作是指在吹炼过程分一次或几次除去1/2～2/3的炉渣，然后加渣料重新造渣。其优点是可以消除大渣量引起的喷溅，获得较好的去除磷、硫的效

2、果，减轻炉渣对炉衬的侵蚀。留渣操作是指将上炉部分或全部炉渣留下供下炉使用。这种造渣操作具有一系列的优点，但其最大不足是在兑铁过程中容易产生喷溅，从而危及炉前工人及设备的安全。所以控制留渣操作所产生的兑铁喷溅也就十分必要。武钢炼钢总厂二分厂有3座公称容量为80t的转炉，2011年之前一直采用的是单渣操作和双渣操作，熔剂消耗非常高，石灰单耗达58kg/t，轻烧单耗26kg/t，萤石单耗5kg/t。2011年钢铁市场萎缩，钢材价格持续走低，为了提高盈利能力，必须降低生产成本，武钢炼钢总厂二分厂对留渣操作进行理论分析并进行实践，采取一定的措施做到安全留渣，熔剂单耗大幅度降低。1转炉安

3、全留渣的热力学条件分析转炉留渣操作有时在兑入铁水时会发生大喷渣，其原因是上一炉终渣中的(O)扩散到铁水中后与铁水中的[C]发生剧烈的碳氧反应引起的。然而铁水中还含有[Si]，在一定条件下碳氧反应可以被抑制。这个条件是把温度控制在某个临界值以下，临界温度可以通过热力学计算求出来的。计算方法如下：冶金之家网站取R=3.0，w(FeO)为15%，查表得a(SiO2)为0.0001，故：ΔG=131100-73.618T(5)要限制铁水中碳元素的氧化，必须使ΔG≥0，即满足：131100-73.618T≥0，T≤1781K=1508℃时，铁水和上一炉的炉渣接触，硅的氧化限制了碳的激烈

4、氧化。当前转炉大部分实现了溅渣护炉，溅渣后炉渣温度均低于1500℃。因此可以说留渣操作是完全可行的。2转炉安全留渣的动力学条件分析2.1炉渣的黏度对安全留渣操作的影响炉渣的黏度直接影响着氧、铁元素的扩散，炉渣的黏度与自扩散系数的关系可由下式表示：D=KT/6πη(6)式中：K为波茨曼常数；T为绝对温度；η为黏度。而扩散系数与反应速度成正比，因而，当反应处于扩敞区时，提高炉渣的黏度，可以降低化学反应的速度，从而使喷溅临界温度升高，留渣操作的安全性提高。2.2铁水兑入速度当发生喷溅时，炉口处的气体速度很高，部分炉渣由气体携带喷出炉外。根据流体力学，此时气体的流速可按牛顿公式进行计

5、算。vs=5.45{ds(ρs-ρ)/ρ｝0.5(7)式中：vs为炉渣的悬浮速度，m/s；ρs为炉渣的密度，3000kg/m3；ρ为气体的密度，0.35kg/m3(1300℃，0.15MPa)；ds为炉渣的粒径，0.01m。炉口处CO的流量为：mCO=vsπr2炉口ρ设铁水中[C]含量的3.5%被氧化，则临界兑铁速度为：υFe=(12×mCO)/(28×0.035)=244kg/s。以临界兑铁速度兑铁12s后，炉渣中的(FeO)质量分数降到5%，即可正常兑入。3安全留渣工艺的操作2011年以前，不留渣的操作步骤为：冶金之家网站加废钢-兑铁-吹炼-出钢-溅渣-倒渣-加废钢。留渣

6、工艺操作步骤为：加废钢-兑铁-吹炼-出钢-溅渣(不倒渣)-加石灰-加废钢，具体操作如下。3.1溅渣降低炉渣温度出完钢后必须溅渣，调入300kg(3.8kg/t)调渣剂，确保炉渣溅干，溅渣之后的炉渣温度一般在1500℃左右。3.2加石灰降温稠化炉渣溅渣结束加入1t(12.7kg/t)石灰，炉渣温度可降低100℃左右，由于炉渣温度下降，炉渣的相组成发生变化，固相质点大量析出，炉渣稠化，黏度增加降低，扩散速度降低，从而缓解碳氧反应速度，有利于控制炉渣喷溅。溅渣结束不加石灰和加入1t石灰的炉渣照片如图1、图2所示，比例为1∶30。3.3来回摇炉确认炉渣粘稠加入石灰后，来回摇炉，在摇炉

7、过程中，操作工到炉前平台确认渣况粘稠。3.4加入废钢降低炉渣温度向炉内加入废钢8t(101kg/t)，可使炉渣温度降低200℃左右，加上加入石灰的温降100℃，炉渣温度可从1500℃左右降至1200℃左右。由于温度下降，根据三元相图，液相减少50%，固相量增加1倍以上，其组成为3CaO·SiO2+CaO，炉渣显著稠化。而且，在铁水兑入时，由于废钢的存在，减缓了铁水对炉渣的冲击，阻碍了铁水与炉渣的混合，铁水与炉渣的反应面积大大减小，对碳氧反应速度起到了缓解和抑制作用。3.5铁水的兑入要求如前所述，兑铁初期