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1、转炉喷溅机理及改进措施摘 要:转炉炉渣喷溅会带来种种危害,严重威胁炼钢安全,恶化多项技术经济指标。探讨了转炉炉渣喷溅的机理,分析了易发生炉渣喷溅的几种情况,在上述研究的基础上,提出了防止炉渣喷溅的种种措施。在转炉炼钢过程中,通常把由炉气带出少量的金属、炉渣碎片和散装料小颗粒,在炉口外溅落的现象,叫做“飞溅”。这种飞溅是不可避免的,但由于金属密度较大,“飞溅”带出的金属量一般不超过1%。而喷溅的问题相对严重得多,它会造成大量的金属损失(约2～5%),此外喷溅还会带来其它的种种危害。比如:渣料损失和温度损失;影响脱P、脱S;操作失去稳定;对炉衬的冲刷,使炉龄下降;炉帽上粘满溢出
2、的渣钢,需要清渣,增加了工人劳动强度等。1炉发生炉渣喷溅的机理炉渣喷溅的要素,除了熔池异常晃动以外,主要有:(1)转炉内产生了大量气体,包括金属熔池产生的CO气体和炉渣中金属液滴与(FeO)反应产生的CO气体等。(2)炉渣泡沫化。1.1冶炼前中期,低温炉渣喷溅的机理冶炼前中期低温炉渣喷溅,主要发生在吹炼的4～6分钟左右,也即是图1与图2中,状态②的情况下发生。图1与图2中①—③顺序号,是相对应的同一个时间。分析状态②易发生低温炉渣喷溅的现象能帮助我们了解发生炉渣喷溅的本质。1.1.1炉渣泡沫性在状态②时达最大值炉渣碱度对炉渣泡沫性影响显著(见图1)。转炉开吹4～6分时,炉渣
3、碱度提高到1.7左右,炉渣的泡沫性达到了最大值。这可以从CaO-SiO2-FeO三元相图看出,在1500℃时,当R≥1.27就会析出C2S,使炉渣表观粘度增加。导致炉渣中的气体被较长时间阻滞在渣层之中,炉渣泡沫性大。但碱度过高会使炉渣进入熔点比C2S低的C3S(2070℃)占优势的区域,反而使炉渣粘度下降,使泡沫性减小。图1 炉渣碱度和炉渣易起泡程度的关系1.1.2 CO气体产生量在状态②时达最大值从吹炼一开始就发生的碳氧反应,随着冶炼进行,产生的气体量越来越多。在状态②的情况下,进入了碳氧反应第一个临界点,也达到了最大值(见图2)。综上所述,在吹炼4min～6min时,炉
4、渣的泡沫性最大,与此同时碳氧反应也达到最大值,所以低温炉渣喷溅易在此时发生。图2 吹炼时间和产生气体量的关系1.2冶炼中后期高温炉渣喷溅的机理冶炼中后期高温炉渣喷溅,主要发生在吹炼的11～14分钟左右,因为此时仍有较大的脱碳速度,与此同时炉渣泡沫化程度虽然不及状态②,但仍有相当程度的泡沫化。高温炉渣喷溅最主要的原因是在较高温度下,当(FeO)含量高于发生喷溅的临界值以后,随时都会发生高温炉渣喷溅(见图3)。图3 喷溅临界(FeO)含量与[C]关系[2]2易发生转炉炉渣喷溅的几种情况与分析2.1炉容比过小的转炉,易发生炉渣喷溅一般认为,在供氧强度为3.0～4.0(Nm3/t.
5、in)的情况下,中小型转炉(<100t)的炉容比应为0.85～0.90),当炉容比V/T≤0.80的都易发生炉渣喷溅。2.2铁水[Si]高,易在冶炼前中期发生低温炉渣喷溅2.2.1随铁水[Si]提高,渣量大大增加若取石灰的CaO有效=(CaO-SiO2×R)=85%、碱度R=3.5、装入制度的铁水比85%、钢水收得率90.9%。因铁水[Si]含量提高,合计增加的渣量为:(2140+8812)×[%Si]×0.85/0.909=10241[%Si]。根据此式计算结果见表1。表1 铁水[Si]提高相应增加的渣量铁水[Si]提高/%0.10.20.30.40.50.6渣量增加/k
6、g/t10.220.530.741.051.261.42.2.2随铁水[Si]提高,(SiO2)增加,液态炉渣粘度η0上升对于均匀性的液态炉渣,粘度η0大小决定于移动质点的“粘流活化能Eη”,即η0=B0eEη/RT)。在液态炉渣中硅氧络离子SiO4-4的尺寸远比阳离子的尺寸大(见表2)移动时需要的粘流活化能(Eη)也最大。因此液态炉渣粘度随(SiO2)增加而增大(见图5)[3]。表2 炉渣中不同离子的尺寸大小综上所述:铁水[Si]提高将使炉渣渣量增加,相应泡沫渣在炉膛内的高度也增加;液态炉渣起泡性与η0/σ成正比,随(SiO2)增加,液态炉渣的粘度η0提高和表面张力σ降低
7、,使炉渣起泡性大大提高。这三重因素使炉渣泡沫化程度提高,易导致低温炉渣喷溅发生.2.3炉渣(FeO)过高,易发生炉渣喷溅2.3.1冶炼前中期,当(FeO)≥20%以后,易发生低温炉渣喷溅。2.3.2冶炼中后期,当(FeO)>(FeO)临界值以后易发生高温炉渣喷溅根据某钢厂内部资料,中后期发生高温炉渣喷溅有一个(FeO)临界值,当(FeO)>(FeO)临界以后,随时都会发生高温炉渣喷溅。(%FeO)临界=13.9+(2.8/[%C])综上所述可见,当冶炼过程中往往因采用了某种不当操作(比如长期高枪位吹炼,一次性向炉内
