伍從應(yīng) １，王劼 １ ，楊昌濤 １ ，楊龍飛 １，謝祥 １ ，高長益 ２

（ １．首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司煉鋼廠，貴州 六盤水５５３０２８ ；

２．首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司技術(shù)中心，貴州 六盤水５５３０２８ ）

摘 　 要：通過對高硅鐵水在１００ｔ轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的硅氧化特點(diǎn)以及升溫、加料、熱平衡、噴濺等進(jìn)行分析，結(jié)合我廠的實(shí)際情況，從煉鋼工藝五大操作制度進(jìn)行優(yōu)化，采用雙渣操作，成功解決了高硅鐵水的冶煉問題，從而控制了事故，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，提高了各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高Ｓｉ鐵水；噴濺；操作曲線；爐型

１　 引言

在高爐大修后的開爐初期，由于焦炭加入量大，爐溫高，礦石中的SiO₂還原量大，鐵水中[Si]高，通常把[Si]≥0.8%的鐵水稱為高硅鐵水。轉(zhuǎn)爐用高[Si]鐵水煉鋼，容易出現(xiàn)噴濺等問題。硅對氧具有很強(qiáng)的親和力，在轉(zhuǎn)爐吹氧初期即開始進(jìn)行氧化并大量的熱量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐吹煉過程中升溫過快。由于渣料加入過多，渣量大，且爐渣泡沫化嚴(yán)重，極易造成轉(zhuǎn)爐發(fā)生爆發(fā)性噴濺，增加金屬損失，甚至燒壞爐下設(shè)備，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染^[1-3]。有條件的鋼鐵廠，主要通過鐵水預(yù)處理降低鐵水中[Si]含量，實(shí)現(xiàn)少渣或無渣操作，減少轉(zhuǎn)爐噴濺。鐵水預(yù)處理一般采用燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、富礦粉和氧化鐵皮等作為脫硅劑，通過噴吹和攪拌，使Si氧化形成熔渣，并最終將熔渣撈出。把Si降低到能夠吹煉范圍，再進(jìn)行轉(zhuǎn)爐的冶煉操作；另一種處理方法是把高Si鐵水澆鑄成生鐵，再與廢鋼搭配入爐。就水鋼來說，以上兩種方法都不具備條件。因此我們根據(jù)水鋼實(shí)際，從操作上入手，通過精心地制定方案和組織實(shí)施，成功地解決了高Si鐵水的轉(zhuǎn)爐煉鋼問題。

２　 硅氧化的基本原理

硅與氧的結(jié)合力很強(qiáng)，硅的氧化是放熱反應(yīng)，尤其在轉(zhuǎn)爐吹煉初期，在溫度較低的情況下，更有利于硅的氧化。硅在煉鋼過程的氧化特點(diǎn)如下：

（１）硅在熔煉的最初階段被氧化；

（２）在堿性爐渣下，氧化完全徹底；

（３）是一個強(qiáng)放熱反應(yīng)，是轉(zhuǎn)爐冶煉的重要熱量來源。

煉鋼過程硅的氧化反應(yīng)為：

[Si]+{02}=（SiO₂）              （1）

[Si]+2[O]=（SiO₂）              （2）

[Si]+2(FeO)=（SiO₂）+ 2[Fe]     （3）

（SiO₂）+ 2[Fe]=2(FeO·SiO₂)     （4）

３　 硅氧化反應(yīng)的升溫及熱平衡

（１）以水鋼 ４＃高爐的鐵水成分為例：［ Ｃ ］ ＝４．０％～４．３％ ，［ Ｓｉ ］ ＝２．５％～３．５％ ，［ Ｍｎ ］ ＝０．８％～１．０％ ，［ Ｐ ］ ＝０．０８％ ～０．１０％ ，［Ｓ ］ ＝０．０３％ ～０．０５％ 。鐵水［ Ｓｉ ］取中線３．０％ ， １００ｔ轉(zhuǎn)爐煉鋼的鐵水裝入量按８０ｔ計算，煉鋼溫度下，［ Ｓｉ ］ ＋Ｏ ２ ＝ＳｉＯ ２ 反應(yīng)的熱效應(yīng) △Ｈ 為２９?。保罚罚耄?／ｋｇ［ Ｓｉ ］，硅氧化放熱＝８０×１０００×３．０％×２９?。保罚罚剑罚啊。埃玻础。福埃埃ǎ耄?）。選用磁選鐵作為冷卻劑，磁選鐵的冷卻效應(yīng)和廢鋼相當(dāng)，為 １４５４ｋＪ ／ｋｇ，為了達(dá)到熱平衡，需要加入的磁選鐵＝７０?。埃玻础。福埃?／ １４５４＝４８?。保叮?（ ｋｇ ）。

（２ ）對于水鋼１００ｔ轉(zhuǎn)爐，１％的［Ｓｉ ］含量在１４００℃氧化時的升溫為１７８ ℃ ，入爐鐵水３．０ ％ ［ Ｓｉ ］的升溫 ＝３．０×１７８＝５３４ （ ℃ ）。

４　 爆發(fā)性噴濺產(chǎn)生的原因

熔池內(nèi) Ｃ－Ｏ 反應(yīng)不均衡發(fā)展，瞬時產(chǎn)生大量ＣＯ 氣體，這是發(fā)生爆發(fā)性噴濺的根本原因。熔池中［Ｃ］與渣中（ＦｅＯ）的反應(yīng)（［ Ｃ ］＋（ ＦｅＯ ） ＝｛ ＣＯ ｝ ＋［Ｆｅ］）是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速度受熔池碳含量、渣中（ＦｅＯ ）含量、熔池溫度的共同影響。由于操作上的原因，熔池驟然受到冷卻，抑制了正在激烈進(jìn)行的［ Ｃ ］與渣中（ ＦｅＯ ）的反應(yīng)；供入的氧氣生成了大量（ＦｅＯ）并聚集；當(dāng)熔池溫度再度升高到一定程度（一般在１４７０℃以上），渣中（ＦｅＯ）聚集到２０％以上時，［ Ｃ ］與（ＦｅＯ ）的反應(yīng)重新以猛烈的速度進(jìn)行，瞬間排出大量的ＣＯ 氣體從爐口奪路而出，同時還挾帶著一定量的鋼水和熔渣，形成了大的噴濺^{[4-7 ]}。例如，因二批渣料加入時間不當(dāng)，在加入二批料之后不久，隨之而來的大噴濺，就是由于上述原因造成的。在熔渣氧化性過高，熔池溫度突然冷卻后又升高的情況下，就有可能發(fā)生爆發(fā)性噴濺。高硅鐵水煉鋼容易產(chǎn)生爆發(fā)性噴濺，主要原因是前期硅迅速氧化，升溫速度明顯加快，提前進(jìn)入［ Ｃ ］與（ＦｅＯ ）的反應(yīng)，這是第一原因；其次加入的渣料多，形成了大渣量，這是另一原因。高 Ｓｉ 鐵水的冶煉特點(diǎn)是：前期升溫過快，加入的渣料多，渣量大，過大的渣量容易造成噴濺，尤其加料的時機(jī)和加料的數(shù)量沒有掌握好，就會發(fā)生爆發(fā)性噴濺，加大金屬損失的同時還會燒壞設(shè)備，造成環(huán)境污染。另外，初期渣SiO₂ 含量高，渣的堿度低，影響了Ｐ 、 Ｓ的去除，延長了冶煉時間。

５　 高硅鐵水的轉(zhuǎn)爐煉鋼措施

５．１　 原材料的準(zhǔn)備

除了通常的造渣材料外，還要再空出兩個高位料倉。一個倉裝磁選鐵，另一個倉裝污泥球。首先根據(jù)高Ｓｉ鐵水前期升溫過快，加入的渣料多的特點(diǎn)，及時準(zhǔn)確加入渣料，保證前期均勻升溫，抵消前期Ｓｉ氧化產(chǎn)生的熱量，使反應(yīng)能平穩(wěn)進(jìn)行；其次要準(zhǔn)備重型廢鋼，保證熱平衡。

５．２　 裝入制度

由于水鋼４＃ 高爐鐵水Ｓｉ最高達(dá)３．５９％ ，而且持續(xù)時間長。雖然增加廢鋼比和減少裝入量都能有效控制噴濺，但考慮到我廠廢鋼斗容積有限，同時還要考慮裝入量的穩(wěn)定和生產(chǎn)工序的銜接，我們確定合理的裝入制度為鐵水８０ｔ ，廢鋼１５．５ｔ ，每斗廢鋼搭配３ｔ磁選鐵，盡量使用重型廢鋼。我們還采取高、低硅鐵水搭配進(jìn)混鐵爐，降低爐前的操作難度。

５．３　 吹煉前的準(zhǔn)備

混鐵爐工人必須提前通知爐前工人將吹煉高硅鐵水，同時報告高、低硅鐵水成分和搭配情況。搖爐工必須電話通知渣車人員和風(fēng)機(jī)房人員，為雙渣操作做準(zhǔn)備。

５．４　 根據(jù)鐵水硅含量準(zhǔn)備渣料

搖爐工必須估算鐵水硅含量，根據(jù)硅含量準(zhǔn)備渣料，第一批白云石加入量必須按規(guī)定加入，輕燒白云石含 ＣａＯ 按 ４０％ 計算，１０００ｋｇ 輕燒白云石相當(dāng)于４００ｋｇ石灰；終渣堿度 Ｒ 按２．８計算，前期渣堿度 Ｒ按１．５～２計算；同時還要考慮渣料加入總量，渣量越大，則脫磷總量越大，反之則小。表１列出了不同的 鐵 水［Ｓｉ］含量 對應(yīng)的石灰量及白云石加入量。

５．５　 低、高硅鐵水吹煉操作曲線對比

低硅鐵水采用單渣操作模式，高硅鐵水采用雙渣操作模式。低硅鐵水吹煉操作曲線見圖１ ，高硅鐵水吹煉操作曲線見圖２ 。

５．６　 雙渣操作

高硅鐵水煉鋼的吹煉過程采用雙渣操作，開吹下槍到 １．８ｍ 加料，加完料 ３０ｓ 內(nèi)降槍到 １．３ｍ，起渣就提槍倒渣，目的是讓 Ｓｉ 、 Ｍｎ 充分氧化，在 Ｃ－Ｏ反應(yīng)來臨之前，倒出酸性渣，減少渣量。

６．７　 供氧制度

７．開吹氧氣流量為１８５００ ｍ３ ／ｈ ，吹煉到 ３ ｍｉｎ時，將氧氣流量調(diào)到１３５００ｍ３ ／ｈ 。倒完初期渣后，下槍到１．５ｍ ，氧氣壓力手動開度設(shè)定為１０％ ，流量設(shè)定為１３５００ ｍ３ ／ｈ ，流量正常后恢復(fù)氧氣壓力到１．５ＭＰａ ， ８ｍｉｎ以后，緩慢恢復(fù)流量，后期流量控制為１８５００ｍ３ ／ｈ 。

５．８　 溫度制度

（１ ）控制好熔池溫度。前期溫度不要過低，中期溫度不宜過高，均勻升溫，使碳氧反應(yīng)得以均衡的進(jìn)行；嚴(yán)禁突然冷卻熔池，消除發(fā)生碳氧劇烈反應(yīng)的條件。

（２ ）控制（ ＦｅＯ ）不出現(xiàn)聚積現(xiàn)象，以避免熔渣過分發(fā)泡或引起爆發(fā)性的碳氧反應(yīng)。具體地講，要注意的是：若初期渣形成過早，應(yīng)及時降槍以控制渣中（ＦｅＯ ）；同時促進(jìn)熔池升溫，使碳得以均衡氧化。避免碳焰上來后的大噴。

５．９　 造渣制度

雙渣冶煉的爐渣成分見表２ ，從表２可見，前期按規(guī)定加入渣料，可以達(dá)到第一次倒渣的堿度要求。全鐵水冶煉或熱量富余的情況下，前期污泥球和磁選鐵可最大限度加入５０００～６０００ｋｇ ，二批料第一次石灰加入量為１０００ｋｇ ，剩余石灰、輕燒白云石每次加５００ｋｇ ，勻速加料，均勻升溫，一定要控制好過程溫度，第二批料在點(diǎn)火正常后開始加入，如果升溫過快，立即加入磁選鐵，每次５００ｋｇ ，過程少加污泥球，盡量多用磁選鐵調(diào)溫，因?yàn)槲勰嗲蚝痛胚x鐵的成分不同，作用和用法應(yīng)有所區(qū)別。

５．１０　 槍位控制

開吹降槍到 １．８ｍ 加料，加完料 ３０ｓ 內(nèi)降槍到１．３ｍ ，雙渣倒渣后降槍到１．５ｍ 加料，加完料后迅速降槍到１．１ｍ ，防止高槍位低流量的雙軟吹，流量起來后緩慢提槍?？刂谱姙R之后的主要任務(wù)是防止返干，火焰穩(wěn)定后立即開始提槍（爐渣不好化時在噴濺期過后立即將槍位提到１．６ｍ ），當(dāng)停留在某一槍位 ２０ｓ 以上，只要火焰不發(fā)軟，就可以進(jìn)一步提槍，特別是濺金屬時必須立即提槍，如火焰發(fā)軟就小幅度降槍，找準(zhǔn)平衡槍位（約１．６～１．８ｍ ），吹煉過程一旦發(fā)生噴濺就不要輕易降槍，因?yàn)榻禈屢院?，碳氧反?yīng)更加激烈，反而會加劇噴濺。此時可適當(dāng)?shù)奶針?，這樣，一方面可以緩和碳氧反應(yīng)和降低熔池升溫速度，另一方面也可以借助于氧氣射流的沖擊作用吹開熔渣，利于氣體的排出。在爐溫很高時，可以在提槍的同時適當(dāng)加一些石灰，稠化熔渣，有時對抑制噴濺也有作用，但加入量不宜過多。最重要的是確保ＦｅＯ的生成和消耗達(dá)到平衡，使反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行。

５．１１　 終點(diǎn)控制

吹煉到１１～１２ ｍｉｎ之間，點(diǎn)動提爐罩判斷溫度，溫度高時可根據(jù)爐型控制要求適當(dāng)提高槍位，補(bǔ)加白云石或礦石調(diào)溫。降槍前必須把槍位吊到１．８～２ｍ ，讓爐渣最大限度熔化。根據(jù)上一爐的冶煉時間，分２～３次把槍位降到１．２ｍ 的基本槍位，如果

火焰發(fā)硬或碳比較高時，可以先降到１．３ｍ ，待火焰發(fā)軟后再降到１．２ｍ ，防止燒搶事故，確保降槍時間大于５０ｓ ，降槍時間從降到１．３ｍ 開始計算。倒?fàn)t溫度控制在１６２０～１６６０ ℃ ，倒?fàn)t［ Ｃ ］（用碳硫儀分析）為０．１３％～０．３０％ ，倒?fàn)t［ Ｐ ］ ≤０．０３０％ 。

５．１２　 余錳及合金配加

每爐鋼終點(diǎn)樣必須化驗(yàn)鋼中余錳，爐長、合金工必須了解上爐鋼余錳，一定要關(guān)注出鋼量，尤其是大噴的爐次，合金的配加按中下限配加。

５．１３　 爐型控制

高Ｓｉ鐵水冶煉的難點(diǎn)是控制噴濺，要控制好噴濺必須控制好爐型和金屬液面，用高 Ｓｉ鐵水冶煉時，我們把金屬液面下降１００ｍｍ ，努力將熔池液面直徑控制在８０００～８２００ｍｍ 之間，從而增加了爐容比，同時保證溶池腰部有一定的弧度，爐底形成鍋底狀，使噴濺得到有效控制。

６　 取得效果

通過以上措施，使高 Ｓｉ鐵水煉鋼順利進(jìn)行，用高Ｓｉ鐵 水 煉 鋼 ５６６ 爐，產(chǎn) 生 噴 濺 ７２ 爐，占 總 數(shù)１２．７％ ，大噴的２３爐，占總數(shù)的４％ ，噴濺率與冶煉正常鐵水相當(dāng)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到滿意的效果，事故得到有效的控制，高 Ｓｉ 鐵水冶煉操作取得了很大進(jìn)步，尤其是操作工人得到很好的鍛煉。

７　 結(jié)語

為了解決 １００ｔ 轉(zhuǎn)爐采用高 Ｓｉ 鐵水煉鋼的噴濺問題，分析了硅氧化的基本原理和爆發(fā)性噴濺產(chǎn)生的原因，介紹了水鋼 １００ｔ 轉(zhuǎn)爐采用高 Ｓｉ 鐵水煉鋼的操作方法，有效地控制了高 Ｓｉ鐵水煉鋼的噴濺，使煉鋼順利進(jìn)行。