转炉炼钢喷溅产生的原因分析和预防措施

转炉炼钢喷溅产生的原因分析和预防措施
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。

转炉渣中Feo 含量对转炉喷溅具有重要影响。

低磷铁水的转炉渣可以根据Feo —2SiO 2SiO —CaO 系二元相因来计算炉渣的液、固相比率，若固定
CaO/SiO2的比率，可计算出1400℃ 下不同Feo 含量的渣中液相物质所，片比率。

也可以固定Feo 含量，计算不同碱度下炉渣液相所，片比率。

随Feo 含量的增加，无论高碱度还是低碱度，炉渣液相比率都明显上升；而对应某一固Feo 含量的渣系中，当R ＞2.5时，碱度对液相比率的影响不大。

可见Feo 是影响炉渣液相比率的主要因素。

喷溅的发生除了碳氧反应产生的瞬时气体流量影响外，液相渣量的增大和炉渣表面张力的降低也是诱发喷溅的重要原因。

渣中氧化铁含量过高，既增加液相渣量，又降低炉渣表面张力，是转炉冶炼低磷铁水时发生喷溅的最重要的原因。

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。

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.
理喷溅机; 转炉使用的氧化剂主要是氧气，纯度>98%使用压力为6~12kgf/cm2通过吹氧来降低钢水中的碳含量。

并氧化其它元素。

碳氧反应的方程式为：
[C]+[O]={CO}↑+Q
反应生成CO，并放出大量的热。

本炉冶炼终点含C0.10%。

剔除锰铁及碳化硅进入钢中的碳，冶炼终点碳低于0.05%。

说明本炉钢是过氧化钢，根据钢中碳与
氧的乘积为一常数
[C][O]=m
这一原理，说明本次钢中含有大量的[0]，钢中氧与投入包底的碳化硅突然反应，产生大量的CO气体，将钢水、钢渣喷出。

同时，由于钢水过氧化，钢中氧
含量高，钢中氧的溶解度随着温度的降低而下降，随着温度的下降钢中的氧大量析出，产生大量的气体，也是造成大喷的主要原因。

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。

金属喷溅产生的原因
(1)吹炼前期顶吹氧气转炉炼钢中，氧气流股先与铁发生反应，生成的氧化
铁再和其他杂质按亲和力大小顺序进行反应。

如果一次反应速度大于二次反应，
那么渣中氧化铁积累，相反则渣中氧化铁含量降低。

开吹2min、3min后，Si、Mn等元素的氧化反应己接近尾声，此时氧化铁的积累与消耗取决于C—O反应速度。

温度越高，C—O反应驱动力越大，渣中氧化铁不易累计，反之则易累计。

因此，前期温度偏低，C—O反应滞后，渣中积累氧化铁。

当熔池温度升高到C—O 反应所需要的温度时，C开始强烈氧化，渣中积累的(Feo)给C—O反应提供了
一个很大的附加供氧量，瞬间反应产生的气体流量猛增，而此时炉渣的碱度较低，很容易造成前期低温喷溅。

枪位较低时，氧气流股穿透深，具有较强的搅拌作用，生成的(Feo)容易与其他液相元素发生反应，且深吹流股在熔池内部产生气
泡，形成了大量的C—O反应的成核点，促进了前期C—O反应的进行，因此，
枪位较低时不利于渣中Feo的积累。

所以前期降低枪位能在一定程度上抑制前期低温喷溅。

从生产实践中看，前期温度偏低是造成前期低温喷溅的主要原因，枪
位对前期喷溅也有一定影响。

(2)吹炼中期中期喷溅的发生有两种情况：一种是枪位长时间过高造成渣中(Feo)积累过多；一种是返干后调整过头产
生喷溅。

①转炉吹炼中期，氧气流股淹没在乳化渣中，氧气的供给为混合供氧。

其中，氧气流股与乳化进入渣中的钢水液滴直接反应为直接供氧，氧气流股发性喷溅。

通过氧化炉渣供氧为间接供氧。

由于间接供氧扩散阻力较大，有利于氧化铁的积累。

中期吹炼时，由于钢水液滴的比重比炉渣大，因此乳化液的下部钢水液滴的密度高，上部低。

枪位高，则间接供氧比例大，渣中(Feο)易积累，当
枪位长时间偏高，渣中(Feο)积累到一定程度时，就会产生持续的喷溅。

②渣返干后，钢水液面裸露在氧气流股下，由于剧烈剧烈的C—O反应，钢水液面上涨，枪位不够高时，仍然是直接氧化，渣中(Feο)无法累积，只有吊枪至足够高度，氧气流股不能直接接触钢液从而发生以下反应:2
O +2CO=2
CO
2
CO+Fe= Feο+CO由于反应
2
CO+Fe= Feο+CO是强吸热反应，使钢液局部降温，抑制了C—O反应，此时2
渣中(Feο)才开始积累，随着(Feο)增加，熔渣中高熔点物质的熔点降低融化，如果降枪不及时就会引起爆发性喷溅。

(3)吹炼后期后期的喷溅基本上都是错误的操作引起的，如温度过高时加入含氧化铁的冷却剂，致使产生爆发性喷溅等。

预防措施
钢水过氧化是产生喷溅的主要原因。

因此，如何避免钢水过氧化是预防钢水大喷的根本措施。

炉前在冶炼操作时，应采取的措施是增大供氧强度，采用多孔喷头，低枪位操作，这样可以降低渣中Feο含量从而降低钢中氧含量，提高一次拉碳命中率，应尽量减少补吹。

加入合金脱氧时，应按照先弱后强的顺序，先加入硅铁，然后加入锰铁，以保证良好的脱氧效果。

保证拉碳准确，避免过低量的碳，然后补加碳粉或SiC来增碳，从而降低钢中的氧含量。

加入碳粉或碳化硅时，不要将碳粉或碳化硅一次性加入包底，以防被钢包底
部渣子裹住，钢水翻入后，不能及时反应，待到温度达到碳氧反应条件后，急剧反应，另外，在钢包水中不能自动开浇，用氧气烧眼引流时，大量的氧气进入钢包中，打破钢包内原有的平衡，钢包内原有存在的大量气体，在外界因素的导致下，突然反应而导致大喷。

钢包要洁净，以防钢水注入钢包前期温度过底，碳粉或碳化硅与钢中氧不反应，待温度升高后，突然反应造成大喷。

炉前要加强吹氩搅拌，通过吹氩，来均匀钢水成份、温度，确保气体和夹杂物上浮，保证吹氩时间大于3min，吹氩压力保证钢包内钢水微微浮起为最佳，
钢水翻花太大，钢包内钢水渣层被破坏，钢水吸气，使钢水二次氧化，钢水不翻花，吹氩搅拌效果不好，达不到去气去夹杂的效果。

加强终脱氧力度，凡终点碳低于0.05%个时，应加大硅铝钡量用，将硅铝钡用量提高到0.5~1kg/t。

连铸浇铸前必须将包盖扣好，钢包沿要清理好，以防止包盖不严，钢水、钢渣从缝隙中喷出，并在适当增加大包包盖的宽度。

防止钢包喷溅的关键是炉前避免出过氧化钢。

因此，规范炉前冶炼操作是杜绝过氧化钢出现的主要措施。

顶吹转炉吹炼低碳钢种，可以直接一次拉碳，但为了一次有效地去除磷、硫，并使终点温度达到钢种要求，在吹炼低碳钢时，都要采用高拉调温一次补吹的工艺操作。

第一次拉碳时，钢中含碳量最好控制在0.16%~0.20%的范围内，倒炉测温、
取样，根据炉温确定冷却剂加入数量，根据含碳量确定补吹时间。

注意控制好炉渣，早化渣、化好渣，全程化透。

通过调节枪位促进化渣。

第一次倒炉时要尽量多倒渣，可以加入石灰和白云石调温，如果加入调温剂的数量较多，可以在开始氧化时分批加入。

为了加强熔池搅拌，补吹时采取稍低的枪位，或者提高供氧压力。

终点钢水的温度应根据钢种的要求，考虑加入合金的数量、种类、吹氩及倒包等因素来确定。

采用炉外脱氧，合金全部加在钢包内，出钢量到1/3时开始加合金，出钢到3/4时全部加完，严禁合金先加入钢包后再出钢。

正缺的枪位控制
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(Feο)含量，以满足吹炼过程各期的需要。

如果(Feο)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。

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(Feο)低会在石灰表面形成高熔点而且致密的2 CaO·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∑(Feο)，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。

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∑(Feο)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∑(Feο)。

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∑(Fe ο)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∑Feο)，提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的侵蚀。

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，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。