转炉炼钢喷溅现象的成因分析和预防措施

王慧

摘 要：喷溅是氧气顶吹转炉吹炼过程中经常出现的一种现象。对喷溅发生的原因进行了阐述，并结合长钢的实际生产状况介绍了预防喷溅发生的措施。

关键词：转炉；喷溅；碳氧反应；熔渣

中图分类号：TF713 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0002-02

在转炉炼钢吹炼的过程中，总会有一部分金属被消耗，我们把这一部分消耗的数量称为吹损。目前，在整个钢铁行业处于“严冬”的情况下，各种原材料价格都在上涨，而钢材的价格却不升反降。对转炉炼钢来说，降本增效就是要减少吹损的数量。吹损主要是氧化损失，其次是由于控制不当而产生喷溅造成的机械损失。氧化损失是不可避免的，而机械损失是可以通过控制喷溅现象而减少的。

喷溅是氧气顶吹转炉吹炼过程中出现的一种现象，通常人们把随炉气携走、从炉口溢出或喷出炉渣和金属的现象称为喷溅。它不仅会对环境造成污染，恶化炼钢的经济技术指标，降低产量，同时，还会造成设备的损坏。

1 喷溅的危害及成因分析

1.1 喷溅的危害

发生喷溅时，喷溅物夹带有金属，增加了金属的损失，金属损失量在0.5%～5%，避免喷溅就等于增加了钢产量。同时，喷溅物中还带有大量的熔渣，熔渣被带出炉外，炉内渣量减少会直接影响吹炼过程中硫、磷的去除。另外，喷出的熔渣和金属带走了大量的热量，加大了热量的损失，以致于工作人员很难控制温度和钢的成分，进而影响操作的稳定性。喷溅会加剧炉衬冲刷、侵蚀的程度，进而引发氧枪黏钢、烧枪等事故，这样不仅会降低炉龄，而且还会影响造渣操作。喷溅还会使炉口和烟罩挂铁挂渣，增加人工清渣的工作量。喷溅的同时会冒烟，对环境造成污染。

1.2 喷溅产生的原因

在吹炼的过程中，由于氧气流股对熔池的冲击和脱碳反应产生的大量CO气体逸出，所以，炉渣和金属液飞溅的情况是不可避免的。在正常情况下，金属液飞溅的高度一般不会超出炉口，不会形成喷溅，但是，在脱碳反应加剧的情况下，如果在短时间里转炉内产生大量的CO气体，那么向炉口排出的气体就会成倍地增加，也就是会发生爆发性的碳氧反应，将炉渣和金属液带出炉外，从而发生喷溅。

转炉常见的喷溅主要分为爆发性喷溅、泡沫性喷溅和金属喷溅三种类型。

1.2.1 爆发性喷溅产生的原因

熔池内碳氧反应不均衡发展，会瞬时产生大量的CO气体，这是发生爆发性喷溅的根本原因。脱碳是炼钢的主要任务之一，在脱碳的过程中，可以搅动熔池内的物质，让其中的成分和温度均匀分布，进而加大钢渣界面，加速物理化学反应的进行，同时，充分的搅动有利于非金属夹杂物的上浮和有害气体的排出。碳氧反应对炼钢任务的完成起着非常重要的作用。

碳氧反应的方程式为：[C]+（FeO）={CO}+[Fe].

这是一个是吸热反应，反应速度受熔池碳含量、渣中TFe含量和温度的共同影响。由于操作的原因，熔池骤然冷却，抑制了正在激烈进行的碳氧反应，供入的氧气生成了大量的（FeO）并聚积。当熔池温度再度升高到一定程度（一般在1 470 ℃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，瞬间从炉口排出大量具有巨大能量的CO气体，同时，还挟带着一定量的钢水和熔渣，形成较大的喷溅。在生产过程中，有时会遇到这种情况，比如在长钢炼钢厂，由于炼钢工的失误，头批渣料还没有来得及化开就加入二批渣料，二批渣料加入得过早，抑制了炉温的上升，也就是抑制了上述碳氧反应的进行。可这时氧枪仍然在不断地向熔池供氧，这些氧都转化为了熔渣中的氧（FeO），当熔渣的氧化性过高，熔池温度达到上述碳氧反应的温度时，就会发生爆发性的碳氧反应，从而发生喷溅。

有时候爆发性喷溅的威力是很大的，它不仅仅会损坏设备，还会造成一定的人员伤亡。2014-01-16，长钢炼钢厂8号转炉，由于倒渣时没有倒干净，上一炉炉渣的高温、高氧化性和高碱度为脱碳反应的进行创造了非常有利的条件，在兑下一炉铁水的过程中，短时间内就发生了爆发性的碳氧反应，瞬间产生了大量的CO气体，从而发生喷爆事故，造成一死一伤的严重后果。

1.2.2 泡沫性喷溅产生的原因

转炉炼钢能够在短短20～30 min内完成一炉钢的吹炼，这与泡沫渣的形成有非常紧密的关系。在转炉炼钢的过程中，氧气流股的冲击作用能够将金属液和熔渣击碎，溅出许多小液滴，液滴一部分被裹入炉气并随炉气一起运动，一部分返回熔池参加循环运动。同时，氧气流股本身也被击碎，与碳氧反应产物汇集在一起形成了大量的小气泡，这样气、渣、金属组成了三相乳化液，即泡沫渣。熔池中几乎所有的金属液都会经历液滴过程，有的甚至会经历多次液滴过程。由于泡沫渣的存在大大增加了气、渣、金属的反应界面，所以，它加快了转炉炼钢的反应速度。金属中2/3的碳是在泡沫渣中脱除的。

如果转炉内存在大量的泡沫渣，泡沫渣就会对气体的排出起到一定的阻碍作用。因此，在熔渣中就会滞留大量的气体，使渣面不断上涨，当炉渣接近炉口时，只要有一个不大的推力，炉渣就会夹带着金属液从炉口喷出，形成喷溅。当铁水中硅、磷的含量较高时，硅、磷氧化就会产生大量的SiO2和P2O5，这时候就必须要增加石灰的加入量来平衡炉渣的碱度，进而增加渣量，增厚渣层，再加上SiO2和P2O5是炉渣的表面活性物质，能够降低炉渣表面的张力，促进炉渣起泡。另外，炼钢是一个氧化性的气氛，熔渣中的（FeO）含量较高，也就是熔渣的氧化性较好，而（FeO）也是炉渣的表面活性物质，它能够促进炉渣起泡。因此，泡沫渣过多是发生泡沫性喷溅的根本原因。

1.2.3 金属喷溅产生的原因

当渣中的TFe含量过低时，熔渣化不开，就会析出高熔点的化合物，使熔渣变得黏稠、流动性变差，这就是通常所说的炉渣“返干”。熔池被氧流吹开后，熔渣不能及时返回覆盖液面，由于碳氧反应生成的CO气体排出，便会带动金属液滴飞出炉口，形成金属喷溅。

当长时间进行低枪位操作时，比如在冶炼中期为了加快脱碳反应而采用低枪位，就会消耗掉炉渣中大量的（FeO），导致炉渣中的（FeO）含量降低。低枪位时间长了，炉渣就会变得黏稠，开始“返干”，这时候就极容易发生金属喷溅。

2 喷溅的预防及处理

通过上述分析可知，预防喷溅的关键在于吹炼操作。为了有效地减少和预防喷溅的发生，在进行吹炼操作时，要注意处理好以下几个方面。

2.1 抓好装入制度

抓好装入制度主要包括以下几点：①严格按照已经制定好的工艺操作规程、制度控制好温度曲线，根据铁水的成分调节好铁水废钢比，使碳氧反应均匀、持续地进行，避免爆发性的碳氧反应的发生。②控制装入量。最好采用分阶段的定量装入方式，避免超装，防止熔池过深、炉容比过小，防止金属喷溅现象的发生。③改善铁水的成分，减少炼钢渣量。控制好铁水中的硅、磷含量，最好采用铁水预处理三脱技术。如果没有铁水预处理设施，可以在吹炼的过程中倒出部分酸性泡沫渣再次造新渣，采用双渣操作法可以避免泡沫性喷溅的发生。④采用合理的炉型。炉容比不得过小，一般控制在0.9～1.05 m3/t之间，高宽比一般为1.6～1.7，但是，也不能一味强调采用较大的高宽比来控制喷溅。长钢的生产实践证明，增加炉子高度是减少喷溅和提高钢液收得率的有效措施，但是，转炉的高宽比会随着转炉炉容的增大而减小。⑤及时处理炉底上涨的情况。经常测量炉底液面，可以防止枪位控制不当的情况，从而减少金属喷溅的发生。

2.2 合理的供氧制度

2.2.1 控制供氧强度

在吹炼时，供氧强度不能过大，以免使脱碳速度过快，液面上涨严重，造成大喷溅。但是，供氧强度过小又会延长吹炼时间。通常在化好渣、不喷溅的情况下，要尽可能提高供氧的强度。目前，长钢的供氧强度通常在3.0～4.5 m3/t·min。

2.2.2 正确控制枪位

因为枪位的高低与渣中TFe含量的多少有直接的关系，降低枪位，脱碳速度加快，消耗渣中的（FeO），导致TFe含量减少；相反，提高枪位，脱碳速度减慢，使渣中的（FeO）含量累积，使TFe含量增加。渣中TFe含量积聚容易产生泡沫性喷溅，渣中TFe含量过低容易引发金属喷溅。所以，正确控制枪位的原则就是根据吹炼过程中的具体情况及时进行相应的调整，控制渣中TFe的含量，力争做到既不出现泡沫性喷溅，也不产生金属性喷溅。

在吹炼前期，采用较高的枪位操作控制渣中TFe的含量，可以及时调整炉渣的流动性。如果枪位过低，不仅会因为渣中（FeO）含量低在石灰表面形成高熔点、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金属喷溅，当然，前期枪位也不宜长时间过高，以免发生泡沫喷溅。在吹炼中期，由于脱碳速度较快，熔渣极易“返干”，为了使渣中TFe的含量足够，避免发生金属喷溅，所以，此时应采用先低后高的枪位模式。在吹炼过程接近终点时，应适当降枪，加强对熔池中相关物质的搅拌，使熔池中物质的温度和成分均匀化，同时，降低终渣中的TFe含量，提高金属和合金的收得率，减轻对炉衬的侵蚀。

2.3 合理的造渣制度

造渣制度主要包括以下三点：①在满足去除磷、硫的前提下，最好采用小渣量操作，并适时地加入二批料，最好是分小批多次加入，这样熔池的温度不会明显降低，有利于消除因二批料过量加入冷却熔池而造成的爆发性喷溅。②提高石灰的质量，最好采用活性石灰，这样有利于石灰的渣化。③如果采用留渣操作，在兑铁前一定要采用稠化炉渣的措施，可以在其中加入石灰，防止发生爆发性喷溅。在溅渣护炉后，如果炉渣没有倒净，在兑铁的过程中也有可能会引发喷溅。

2.4 喷溅的处理

在吹炼过程中，一旦发生喷溅，不要轻易降枪，因为降枪后碳氧反应会更加剧烈，反而会加剧喷溅。此时，可以适当提枪，这样一方面可以缓和碳氧反应，降低熔池的升温速度；另一方面，可以借助氧气流股的冲击作用吹开熔渣，有利于气体的排出。

3 结论

在吹炼的过程中，只要根据原料的实际情况制订科学、合理的装入制度、供氧制度、造渣制度，并遵循工艺操作规程中的升温趋势，就能够在保证完成炼钢任务的同时，避免、减少喷溅的发生，从而为冶金企业的增产、增效提供强有力的保证。

参考文献

[1]张岩，张红文.氧气转炉炼钢工艺与设备[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[2]刘根来.炼钢原理与工艺[M].北京：冶金工业出版社，2004.

〔编辑：白洁〕

BOF Splash Phenomenon Causes Analysis and Preventive Measures

Wang Hui

Abstract： BOF splash is a phenomenon that often appears during blowing. For reasons expounded splash occurs， combined with the actual situation of long steel production introduced measures to prevent splashing occurred.

Key words： converter； splash； carbon-oxygen reaction； slag