浅析吹炼前期快速成渣是转炉冶炼的关键

浅析吹炼前期快速成渣是转炉冶炼的关键
浅析吹炼前期快速成渣是转炉冶炼的关键
摘要：通过对炉渣的形成、石灰的溶解机理、成渣路线和前期快速成渣等的分析，并
对影响石灰溶解速度因素和前期快速成渣对其他工艺影响的探讨，综合的分析说明吹
炼前期快速成渣是当今转炉冶炼的关键。

关键词：转炉造渣；石灰溶解；快速成渣；泡沫渣；
1 前言
在转炉过程中往往要加入适量的造渣材料，如石灰和助溶剂（萤石、铁矾土、白云石、氧化铁皮），使之与吹炼过程中的氧化物相结合而形成具有良好物理性质的炉渣，即具有适当碱度、良好流动性和氧化性且数量适当大的炉渣，以满足早期大量脱硫和脱磷、减少对炉衬侵蚀、喷溅和益渣及降低炉渣终点氧化性的的要求。

所以俗称炼钢就是炼渣。

而吹炼前期快速成渣的核心就是加速石灰的溶解过程。

2 造渣的理论分析
2.1炉渣形成
在转炉过程开始吹炼后，Fe、Si、Mn等元素与氧流作用生产FeO、Fe2O3、SiO2、MnO等氧化物；随后加入造渣材料或炉衬中的MgO 被侵蚀，MgO也进入渣中形成最初的酸性氧化渣，此时的渣主要有2FeO·SiO2和2MnO·SiO2和少量的2MgO·SiO2，而渣中的CaO的含量很低，随后这些酸性初渣沿着石灰颗粒毛细裂缝和孔隙向内部渗入，渣中FeO的渗入速度很快溶解到CaO晶格之内，因此渣中的CaO含量不断提高，即发生了2FeO·SiO2→CaO·SiO2→3CaO·2SiO2→2CaO·SiO2→3CaO·SiO2的转变。

同时高熔点（2130℃）化合物C2S 出现和增长，阻止了FeO、MnO向石灰颗粒内部的渗透，石灰颗粒的溶解速度将大大降低，因此在吹炼结束时,渣中往往仍有5%～15%的未溶石灰。

到了吹炼中期后，渣中少量的FeO和不过高的熔池温度不能保证炉渣有足够的流动性，
同时渣中一部分高熔点（2130℃）化合物C2S析出，也会使炉渣变黏稠，而且吹炼中期炉渣溶解MgO 的能力降低，有部分MgO的析出，也会导致炉渣变稠，出现反干现象，使石灰溶解停止或大大减慢。

2.2 造渣改善
由上述炉渣形成的分析，可知在转炉的操作条件下，必须在吹炼前期快速成渣，促进石灰的溶解，这样才有利于形成适当碱度、良好流动性和氧化性且数量适当大的炉渣。

氧化铁是转炉渣的基本熔剂，在吹炼初期保持渣中较高的氧化铁含量，可以加速石灰溶解，使C2S 壳层疏松，使其成低熔点化合物进入渣中。

例如在高氧化铁的初渣可形成2FeO?SiO2，该化合物与C2S作用可生成低熔点的钙铁橄榄石CaO?FeO?SiO2(熔点1223℃），使C2S壳溶解，从而促使石灰颗粒逐步溶解。

另外在炉渣中加入其它氧化物，如加入一定量
(<10%)MgO和MnO均可缩小石灰溶解的多相区，推迟C2S的出现。

3 石灰的溶解机理及溶解速度的影响因素
3.1石灰的溶解机理
石灰在炉渣的溶解时复杂的多相反应，首先液态的炉渣中FeO、
MnO等氧化物或其他溶剂通过扩散边界层向石灰块表面扩散，并且由石灰块的孔隙、裂缝向石灰块内部迁移，同时其他氧化物离子进一步向石灰晶格中扩散；然后CaO与炉渣进行界面化学反应生成新相。

其反应生成物一般都是比CaO熔点低的固溶体及化合物；最后反应产物离开反应界面，通过扩散边界层向炉渣中传递。

3.2影响溶解速度的因素
前面提到吹炼前期快速成渣的核心就是加速石灰的溶解过程，因此良好把握影响溶解速度的因素是非常重要的。

而在现有的转炉条件下，影响石灰溶解速度的主要因素有石灰质量、炉渣成分、熔池温度、熔池搅拌强度等。

如生产过程中采用的石灰粒度越小，孔隙率越高，比表面积越大，则石灰的溶解速度越快，活性越强；为加快石灰的溶解，选择合适的炉渣成分也是非常重要的，如炉渣中CaO含量，在一定范围是随着CaO含量的增大而提高（CaO的提高增加了炉渣碱度），
但超过一定限度后就成反比关系，同样的炉渣中SiO2含量在一定范围增加可以提高石灰的溶解能力，超过限度后生成C2S致密外壳，使石灰的溶解速度急剧降低。

除炉渣中CaO、SiO2的含量有影响之外，还有炉渣中FeO、MnO、MgO的含量也会对石灰的溶解有很大的影响，因此在一定范围提高它们的含量对石灰渣化具有决定性作用；其次，适当提高熔池温度可以使炉渣黏度降低，加速炉渣向石灰块的渗透，使生成的石灰块外壳化合物迅速熔融而脱落成渣，故吹炼前期应适当提高熔池温度；再次，熔池搅拌强烈而均匀是石灰溶解的重要动力学条件，加强熔池搅拌可以显著改善石灰溶解的传质过
程，增加反应界面，提高石灰溶解速度。

4 吹炼前期快速成渣对吹炼的作用
4.1快速成渣的措施
氧气顶吹转炉的基本特点是速度快、周期短，因而吹炼前期成渣速度问题是氧气顶吹转炉控制造渣的中心环节。

通常要采用活性石灰造渣，避免在石灰块表面沉积C2S，如降低铁水含硅量、铁水撇渣、开吹期间采用超高强度供养，适当提高熔池温度和搅拌强度，同时还要防止开吹期石灰成团；需要提的是脱碳速度与炉渣氧化性密切相关，二者都取决于氧枪枪位，所以枪位也对快速成渣至关重要，因此要使枪位在一个适当的位置，不能过高过低，以便得到较好的炉渣氧化性和搅拌力度；在吹炼前期还可以采用复合脱造渣剂,一方面造渣剂中多种氧化物的加入可以进一步缩小多相区,另外由于增加了初渣中的FeO 含量,可以推迟了熔渣加入多相区,从而使吹炼前期成渣迅速,提高脱磷脱硫效果,提高金属收得率。

4.2吹炼前期泡沫渣的作用
吹炼前期渣量很少时，从炉口看到的只是铁粒的喷出，随着初渣的逐步形成，渣中(SiO2)、(P2O5)、(Fe2O3)等含量较高，它们既使炉渣的表面力降低，又易聚在气泡的表面形成坚固的表面薄膜；同时吹炼初期炉温较低，炉渣黏度较大，渣中未熔化的固体颗粒又较多，因此吹炼前期很容易形成泡沫渣，而泡沫渣可以增加钢-渣-气之间的接触面积，在合适的泡沫渣下吹炼，高速氧流能将炉渣抽入反应区，
使炉渣被氧流更为强烈的搅拌、氧化和过热，从而加速了石灰的溶解；
同时较厚的泡沫渣层有利于保留因氧流冲击而反射的铁粒，减少铁液的喷溅，降低了铁的损失，提高了热的利用效率，并且高温反应区的铁液能避免从炉气中吸收N，降低液相中的N含量，同时分散在渣层中的铁粒与炉渣有极大的反应面积，从而大大地加速了脱磷的过程。

但是泡沫渣的形成不利于脱硫，且还要防止炉渣过泡，因此转炉吹炼时要快速成渣，迅速经过泡沫期，良好的利用泡沫渣和严格控制泡沫的程度。

5 结论
（1）吹炼前期快速成渣是当今转炉冶炼的关键，它可以改善脱磷，脱硫效果和提高金属收得率。

（2）吹炼前期快速成渣的核心就是加速石灰的溶解过程，石灰的在初渣中溶解得越快，就越易快速的成渣。

（3）吹炼前期快速成渣过程中，合理造成一定程度的合适的泡沫渣可以缩短冶炼时间，提高产品质量。

仅供参考。