伍從應 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）有限責任公司煉鋼廠，貴州 六盤水５５３０２８ ；
２．首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司技術中心，貴州 六盤水５５３０２８ ）
摘 要：通過對高硅鐵水在１００ｔ轉爐煉鋼過程中的硅氧化特點以及升溫、加料、熱平衡、噴濺等進行分析，結合我廠的實際情況，從煉鋼工藝五大操作制度進行優化，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，保證生產的穩定順行，提高了各項經濟技術指標。
關鍵詞：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。轉爐用高[Si]鐵水煉鋼，容易出現噴濺等問題。硅對氧具有很強的親和力，在轉爐吹氧初期即開始進行氧化并大量的熱量，導致轉爐吹煉過程中升溫過快。由于渣料加入過多，渣量大，且爐渣泡沫化嚴重，極易造成轉爐發生爆發性噴濺，增加金屬損失，甚至燒壞爐下設備，造成嚴重的環境污染[1-3]。有條件的鋼鐵廠，主要通過鐵水預處理降低鐵水中[Si]含量，實現少渣或無渣操作，減少轉爐噴濺。鐵水預處理一般采用燒結礦、球團礦、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，再進行轉爐的冶煉操作；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。因此我們根據水鋼實際，從操作上入手，通過精心地制定方案和組織實施，成功地解決了高Si鐵水的轉爐煉鋼問題。
２ 硅氧化的基本原理
硅與氧的結合力很強，硅的氧化是放熱反應，尤其在轉爐吹煉初期，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）是一個強放熱反應，是轉爐冶煉的重要熱量來源。
煉鋼過程硅的氧化反應為：
[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 反應的熱效應 △Ｈ 為２９ １７７ｋＪ ／ｋｇ［ Ｓｉ ］，硅氧化放熱＝８０×１０００×３．０％×２９ １７７＝７０ ０２４ ８００（ｋＪ ）。選用磁選鐵作為冷卻劑，磁選鐵的冷卻效應和廢鋼相當，為 １４５４ｋＪ ／ｋｇ，為了達到熱平衡，需要加入的磁選鐵＝７０ ０２４ ８００ ／ １４５４＝４８ １６０ （ ｋｇ ）。
（２ ）對于水鋼１００ｔ轉爐，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 爆發性噴濺產生的原因
熔池內 Ｃ－Ｏ 反應不均衡發展，瞬時產生大量ＣＯ 氣體，這是發生爆發性噴濺的根本原因。熔池中［Ｃ］與渣中（ＦｅＯ）的反應（［ Ｃ ］＋（ ＦｅＯ ） ＝｛ ＣＯ ｝ ＋［Ｆｅ］）是吸熱反應，反應速度受熔池碳含量、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，抑制了正在激烈進行的［ Ｃ ］與渣中（ ＦｅＯ ）的反應；供入的氧氣生成了大量（ＦｅＯ）并聚集；當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 ）的反應重新以猛烈的速度進行，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，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，就有可能發生爆發性噴濺。高硅鐵水煉鋼容易產生爆發性噴濺，主要原因是前期硅迅速氧化，升溫速度明顯加快，提前進入［ Ｃ ］與（ＦｅＯ ）的反應，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，尤其加料的時機和加料的數量沒有掌握好，就會發生爆發性噴濺，加大金屬損失的同時還會燒壞設備，造成環境污染。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 高硅鐵水的轉爐煉鋼措施
５．１ 原材料的準備
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。首先根據高Ｓｉ鐵水前期升溫過快，加入的渣料多的特點，及時準確加入渣料，保證前期均勻升溫，抵消前期Ｓｉ氧化產生的熱量，使反應能平穩進行；其次要準備重型廢鋼，保證熱平衡。
５．２ 裝入制度
由于水鋼４＃ 高爐鐵水Ｓｉ最高達３．５９％ ，而且持續時間長。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定和生產工序的銜接，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、低硅鐵水搭配進混鐵爐，降低爐前的操作難度。
５．３ 吹煉前的準備
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機房人員，為雙渣操作做準備。
５．４ 根據鐵水硅含量準備渣料
搖爐工必須估算鐵水硅含量，根據硅含量準備渣料，第一批白云石加入量必須按規定加入，輕燒白云石含 ＣａＯ 按 ４０％ 計算，１０００ｋｇ 輕燒白云石相當于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，將氧氣流量調到１３５００ｍ３ ／ｈ 。倒完初期渣后，下槍到１．５ｍ ，氧氣壓力手動開度設定為１０％ ，流量設定為１３５００ ｍ３ ／ｈ ，流量正常后恢復氧氣壓力到１．５ＭＰａ ， ８ｍｉｎ以后，緩慢恢復流量，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，使碳氧反應得以均衡的進行；嚴禁突然冷卻熔池，消除發生碳氧劇烈反應的條件。
（２ ）控制（ ＦｅＯ ）不出現聚積現象，以避免熔渣過分發泡或引起爆發性的碳氧反應。具體地講，要注意的是：若初期渣形成過早，應及時降槍以控制渣中（ＦｅＯ ）；同時促進熔池升溫，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，前期按規定加入渣料，可以達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，盡量多用磁選鐵調溫，因為污泥球和磁選鐵的成分不同，作用和用法應有所區別。
５．１０ 槍位控制
開吹降槍到 １．８ｍ 加料，加完料 ３０ｓ 內降槍到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。控制住噴濺之后的主要任務是防止返干，火焰穩定后立即開始提槍（爐渣不好化時在噴濺期過后立即將槍位提到１．６ｍ ），當停留在某一槍位 ２０ｓ 以上，只要火焰不發軟，就可以進一步提槍，特別是濺金屬時必須立即提槍，如火焰發軟就小幅度降槍，找準平衡槍位（約１．６～１．８ｍ ），吹煉過程一旦發生噴濺就不要輕易降槍，因為降槍以后，碳氧反應更加激烈，反而會加劇噴濺。此時可適當的提槍，這樣，一方面可以緩和碳氧反應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的生成和消耗達到平衡，使反應平穩進行。
５．１１ 終點控制
吹煉到１１～１２ ｍｉｎ之間，點動提爐罩判斷溫度，溫度高時可根據爐型控制要求適當提高槍位，補加白云石或礦石調溫。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
火焰發硬或碳比較高時，可以先降到１．３ｍ ，待火焰發軟后再降到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。倒爐溫度控制在１６２０～１６６０ ℃ ，倒爐［ Ｃ ］（用碳硫儀分析）為０．１３％～０．３０％ ，倒爐［ Ｐ ］ ≤０．０３０％ 。
５．１２ 余錳及合金配加
每爐鋼終點樣必須化驗鋼中余錳，爐長、合金工必須了解上爐鋼余錳，一定要關注出鋼量，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鐵水煉鋼順利進行，用高Ｓｉ鐵 水 煉 鋼 ５６６ 爐，產 生 噴 濺 ７２ 爐，占 總 數１２．７％ ，大噴的２３爐，占總數的４％ ，噴濺率與冶煉正常鐵水相當，各項經濟技術指標都達到滿意的效果，事故得到有效的控制，高 Ｓｉ 鐵水冶煉操作取得了很大進步，尤其是操作工人得到很好的鍛煉。
７ 結語
為了解決 １００ｔ 轉爐采用高 Ｓｉ 鐵水煉鋼的噴濺問題，分析了硅氧化的基本原理和爆發性噴濺產生的原因，介紹了水鋼 １００ｔ 轉爐采用高 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，使煉鋼順利進行。