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炼钢转炉喷溅现象的成因分析和预防措施

2016-11-14 来源:南粤安全文化网(整理) 文章热度:731

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。在转炉的冶炼过程中喷溅是顶吹转炉吹炼过程中经常见到的一种现象,喷溅造渣中必然的过程,生产当中喷溅的控制,减少金属损失是转炉生产的一项重要课题。本文通过接近现实的笔触,试述了这一课题。并且将喷溅的形式做了分类,从生产实践的角度归纳了一些控制转炉喷溅的方法。

ABSTRACT

steel 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. The smelting process in converter blowing bof spillage is often see in the process of a kind of phenomenon, spitting slagging inevitable process, production of the control, reduce spillage of metal loss of converter production is an important topic. This article through realistic brushworks, try this topic described. And the form of the spillage from doing the production practice of classification, induced some control Angle of the method of converter spillage.

Keywords: Converter, spitting, harm and control

引 言

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。

在转炉炼钢整个炉役中,随着炼钢炉次的增加,炉衬由于受到侵蚀不断变薄,炉容不断增大,因此,每隔一定炉次对熔钢液面进行测定,根据装入制度(定深装入或定量装入)及测定结果确定氧枪高度,而在两次测定期间,氧枪高度保持不变。同时,在具体每一个炉次中,按照吹炼的初期、中期和末期设定若干不同高度[1],而在每一时间段内,其高度是不变的。由于在转炉炼钢过程中要向炉内分期分批加入造渣剂、助熔剂(初期)等造渣材料和冷却剂(末期),使炉内状况发生变化,相当于加入一个扰动,同时在不同阶段,渣的泡沫程度及粘度也不同,而目前的固定氧枪高度吹炼不能及时适应这些情况,从而使炉内的反应及退渣不能平稳地进行。造渣是转炉炼钢过程中的一项重要内容,渣的好坏直接关系到炼钢过程能否顺利进行,有时甚至造成溢渣或喷溅,从而降低钢的收得率以及粘枪,因此要尽量避免溢渣和喷溅。另一方面,固定枪位的吹炼模式也无法适应铁水、废钢、造渣材料等化学成分变化引起反应状况的不同。针对转炉炼钢过程中固定枪位所存在的问题,我们采用模糊控制的方法使氧枪枪位根据炉内的具体情况进行连续调节,同时针对转炉炼钢是一炉一炉进行的,炉与炉之间既不完全相同又有联系的特点,采用自学习技术确定每一炉次氧枪的枪位,使转炉炼钢过程平稳进行,从而提高碳温命中率。

1.供氧制度对转炉喷溅的影响

1.1喷头结构

氧枪喷头的设计取决于炉子的大小[2]。多孔氧枪喷头的设计便于分散氧气流股,增加与熔池的接触面积,使氧气逸出更均匀,吹炼过程更平稳。因此,与单孔喷头相比,多孔喷头具有可以提高供氧强度和冶炼强度,增大冲击面积,利于成渣,操作平稳,不易喷溅等优点。

喷头出口射流马赫数的大小决定了喷嘴氧气出口速度[3],即决定了氧气射流对熔池的冲击能力。射流马赫数过大,则会出现喷溅;射流马赫数过低,气流搅拌作用减弱,降低了氧气的利用率,导致渣中铁含量增高,也会引起喷溅。对于大于100 t转炉,马赫数Ma=1.95~2.0;对于大于120 t转炉,Ma=2.0~2.1。

1.2供氧强度

供氧强度的大小应根据转炉的公称吨位、炉容比来确定[4]。供氧强度过大,容易造成严重的喷溅;供氧强度过小,则将延长转炉吹炼时间。因此,通常在不产生喷溅的情况下,尽可能采用较大的供氧强度。目前,国内中、小型转炉的供氧强度(标态)为2.5~4.5 m3/(t·min),120 t以上转炉的供氧强度(标态)为2.8-一3.6 m3/(t·min)。

1.3供氧压力

理论设计氧压是喷嘴进口处的压力[3],是设计喷嘴喉口和出口直径的重要参数。一般使用氧压范围是0.78~1.18 MPa,理论设计氧压是使用氧压范围中的最低氧压。生产实践中使用操作氧压不大于理论设计氧压的150%仍能很好的工

作。使用氧压过大或过小,都会使氧射流产生激波,射流能量损失增大,严重影响吹炼效果。

1.4抢位控制

过程枪位的控制原则是炉渣不返干、不喷溅、快速脱碳和熔池均匀升温[4]。枪位过低,会产生炉渣返干,造成严重的金属喷溅,有时甚至喷头粘钢而被损坏;枪位过高,渣中T.Fe含量较高,又加上脱碳速度快,同样会引起大喷或连续喷溅。

L/L0表示氧射流对熔池的穿透深度与熔池深度的比值。在吹炼过程中L/L。值决定氧气在熔池、炉渣与炉气中的分配。它对于熔池脱碳速度、渣中氧化铁含量与炉气的二次燃烧率都有重要影响。L/L0值小,炉渣氧化性增加,脱碳速度

降低;L/L。值增大,则相反

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。

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0.5%~5%,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、预防措施

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≮1.5~1.7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2CaO?SiO2,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3-4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1/3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。

另外禁止超装(当炉容比Vw/T(转炉炉腔容积与金属装入量之比)≤0.8,易发生炉渣喷溅),提高准装入率,稳定原材料质量,提高操作水平也是控制喷溅的有效手段;特别是对于中小型转炉。

结 论

转炉冶炼过程的喷溅,主要由于炉渣中FeO的含量过高,剧烈的c-o反应在瞬间产生具有巨大能量的co气体而造成的。在冶炼操作中,通过对氧枪枪位和氧压的合理调整,制定科学的造渣制度,冶炼前中期要防止炉温偏低,冶炼后期要防止炉温偏高,可以通过冷却剂和炉料添加来调节,做到使碳氧反应均衡进行控制炉渣中Feo的含量,可以有效的控制喷溅

致 谢

大学三年的学习时光已经接近尾声,在此我想对我的母校,我的老师们同学们表示由衷的谢意。求学历程是艰苦的,但又是快乐的。感谢我的老师们,谢谢他在这三年中为我们全班所做的一切,他们不求回报,无私奉献的精神很让我感动,再次向他们表示由衷的感谢。在这三年的学期中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此,也对他们表示衷心感谢。

在做论文的期间,从论文的修改到论文格式的调整,感谢我的指导老师给予悉心的指导和监督。

参考文献

[1] 胡志忠、赖长远: 《重金属冶金学》 湖南冶金出版社 2004.1

[2] 贾斯、宁伟杰: 《富氧顶吹转炉生产概述》中国冶金(期刊)2007.7

[3] 丁杰《金属回收理论在转炉生产中的应用》 转炉结构 2003

内容标签:炼钢 喷溅现象