伍从应 １，王劼 １ ，杨昌涛 １ ，杨龙飞 １，谢祥 １ ，高长益 ２

（ １．首钢水城钢铁（集团）有限责任公司炼钢厂，贵州 六盘水５５３０２８ ；

２．首钢水城钢铁（集团）有限责任公司技术中心，贵州 六盘水５５３０２８ ）

摘 　 要：通过对高硅铁水在１００ｔ转炉炼钢过程中的硅氧化特点以及升温、加料、热平衡、喷溅等进行分析，结合我厂的实际情况，从炼钢工艺五大操作制度进行优化，采用双渣操作，成功解决了高硅铁水的冶炼问题，从而控制了事故，保证生产的稳定顺行，提高了各项经济技术指标。

关键词：高Ｓｉ铁水；喷溅；操作曲线；炉型

１　 引言

在高炉大修后的开炉初期，由于焦炭加入量大，炉温高，矿石中的SiO₂还原量大，铁水中[Si]高，通常把[Si]≥0.8%的铁水称为高硅铁水。转炉用高[Si]铁水炼钢，容易出现喷溅等问题。硅对氧具有很强的亲和力，在转炉吹氧初期即开始进行氧化并大量的热量，导致转炉吹炼过程中升温过快。由于渣料加入过多，渣量大，且炉渣泡沫化严重，极易造成转炉发生爆发性喷溅，增加金属损失，甚至烧坏炉下设备，造成严重的环境污染^[1-3]。有条件的钢铁厂，主要通过铁水预处理降低铁水中[Si]含量，实现少渣或无渣操作，减少转炉喷溅。铁水预处理一般采用烧结矿、球团矿、富矿粉和氧化铁皮等作为脱硅剂，通过喷吹和搅拌，使Si氧化形成熔渣，并最终将熔渣捞出。把Si降低到能够吹炼范围，再进行转炉的冶炼操作；另一种处理方法是把高Si铁水浇铸成生铁，再与废钢搭配入炉。就水钢来说，以上两种方法都不具备条件。因此我们根据水钢实际，从操作上入手，通过精心地制定方案和组织实施，成功地解决了高Si铁水的转炉炼钢问题。

２　 硅氧化的基本原理

硅与氧的结合力很强，硅的氧化是放热反应，尤其在转炉吹炼初期，在温度较低的情况下，更有利于硅的氧化。硅在炼钢过程的氧化特点如下：

（１）硅在熔炼的最初阶段被氧化；

（２）在碱性炉渣下，氧化完全彻底；

（３）是一个强放热反应，是转炉冶炼的重要热量来源。

炼钢过程硅的氧化反应为：

[Si]+{02}=（SiO₂）              （1）

[Si]+2[O]=（SiO₂）              （2）

[Si]+2(FeO)=（SiO₂）+ 2[Fe]     （3）

（SiO₂）+ 2[Fe]=2(FeO·SiO₂)     （4）

３　 硅氧化反应的升温及热平衡

（１）以水钢 ４＃高炉的铁水成分为例：［ 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％ 。铁水［ Ｓｉ ］取中线３．０％ ， １００ｔ转炉炼钢的铁水装入量按８０ｔ计算，炼钢温度下，［ Ｓｉ ］ ＋Ｏ ２ ＝ＳｉＯ ２ 反应的热效应 △Ｈ 为２９　１７７ｋＪ ／ｋｇ［ Ｓｉ ］，硅氧化放热＝８０×１０００×３．０％×２９　１７７＝７０　０２４　８００（ｋＪ ）。选用磁选铁作为冷却剂，磁选铁的冷却效应和废钢相当，为 １４５４ｋＪ ／ｋｇ，为了达到热平衡，需要加入的磁选铁＝７０　０２４　８００ ／ １４５４＝４８　１６０ （ ｋｇ ）。

（２ ）对于水钢１００ｔ转炉，１％的［Ｓｉ ］含量在１４００℃氧化时的升温为１７８ ℃ ，入炉铁水３．０ ％ ［ Ｓｉ ］的升温 ＝３．０×１７８＝５３４ （ ℃ ）。

４　 爆发性喷溅产生的原因

熔池内 Ｃ－Ｏ 反应不均衡发展，瞬时产生大量ＣＯ 气体，这是发生爆发性喷溅的根本原因。熔池中［Ｃ］与渣中（ＦｅＯ）的反应（［ Ｃ ］＋（ ＦｅＯ ） ＝｛ ＣＯ ｝ ＋［Ｆｅ］）是吸热反应，反应速度受熔池碳含量、渣中（ＦｅＯ ）含量、熔池温度的共同影响。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［ Ｃ ］与渣中（ ＦｅＯ ）的反应；供入的氧气生成了大量（ＦｅＯ）并聚集；当熔池温度再度升高到一定程度（一般在１４７０℃以上），渣中（ＦｅＯ）聚集到２０％以上时，［ Ｃ ］与（ＦｅＯ ）的反应重新以猛烈的速度进行，瞬间排出大量的ＣＯ 气体从炉口夺路而出，同时还挟带着一定量的钢水和熔渣，形成了大的喷溅^{[4-7 ]}。例如，因二批渣料加入时间不当，在加入二批料之后不久，随之而来的大喷溅，就是由于上述原因造成的。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。高硅铁水炼钢容易产生爆发性喷溅，主要原因是前期硅迅速氧化，升温速度明显加快，提前进入［ Ｃ ］与（ＦｅＯ ）的反应，这是第一原因；其次加入的渣料多，形成了大渣量，这是另一原因。高 Ｓｉ 铁水的冶炼特点是：前期升温过快，加入的渣料多，渣量大，过大的渣量容易造成喷溅，尤其加料的时机和加料的数量没有掌握好，就会发生爆发性喷溅，加大金属损失的同时还会烧坏设备，造成环境污染。另外，初期渣SiO₂ 含量高，渣的碱度低，影响了Ｐ 、 Ｓ的去除，延长了冶炼时间。

５　 高硅铁水的转炉炼钢措施

５．１　 原材料的准备

除了通常的造渣材料外，还要再空出两个高位料仓。一个仓装磁选铁，另一个仓装污泥球。首先根据高Ｓｉ铁水前期升温过快，加入的渣料多的特点，及时准确加入渣料，保证前期均匀升温，抵消前期Ｓｉ氧化产生的热量，使反应能平稳进行；其次要准备重型废钢，保证热平衡。

５．２　 装入制度

由于水钢４＃ 高炉铁水Ｓｉ最高达３．５９％ ，而且持续时间长。虽然增加废钢比和减少装入量都能有效控制喷溅，但考虑到我厂废钢斗容积有限，同时还要考虑装入量的稳定和生产工序的衔接，我们确定合理的装入制度为铁水８０ｔ ，废钢１５．５ｔ ，每斗废钢搭配３ｔ磁选铁，尽量使用重型废钢。我们还采取高、低硅铁水搭配进混铁炉，降低炉前的操作难度。

５．３　 吹炼前的准备

混铁炉工人必须提前通知炉前工人将吹炼高硅铁水，同时报告高、低硅铁水成分和搭配情况。摇炉工必须电话通知渣车人员和风机房人员，为双渣操作做准备。

５．４　 根据铁水硅含量准备渣料

摇炉工必须估算铁水硅含量，根据硅含量准备渣料，第一批白云石加入量必须按规定加入，轻烧白云石含 ＣａＯ 按 ４０％ 计算，１０００ｋｇ 轻烧白云石相当于４００ｋｇ石灰；终渣碱度 Ｒ 按２．８计算，前期渣碱度 Ｒ按１．５～２计算；同时还要考虑渣料加入总量，渣量越大，则脱磷总量越大，反之则小。表１列出了不同的 铁 水［Ｓｉ］含量 对应的石灰量及白云石加入量。

５．５　 低、高硅铁水吹炼操作曲线对比

低硅铁水采用单渣操作模式，高硅铁水采用双渣操作模式。低硅铁水吹炼操作曲线见图１ ，高硅铁水吹炼操作曲线见图２ 。

５．６　 双渣操作

高硅铁水炼钢的吹炼过程采用双渣操作，开吹下枪到 １．８ｍ 加料，加完料 ３０ｓ 内降枪到 １．３ｍ，起渣就提枪倒渣，目的是让 Ｓｉ 、 Ｍｎ 充分氧化，在 Ｃ－Ｏ反应来临之前，倒出酸性渣，减少渣量。

６．７　 供氧制度

７．开吹氧气流量为１８５００ ｍ３ ／ｈ ，吹炼到 ３ ｍｉｎ时，将氧气流量调到１３５００ｍ３ ／ｈ 。倒完初期渣后，下枪到１．５ｍ ，氧气压力手动开度设定为１０％ ，流量设定为１３５００ ｍ３ ／ｈ ，流量正常后恢复氧气压力到１．５ＭＰａ ， ８ｍｉｎ以后，缓慢恢复流量，后期流量控制为１８５００ｍ３ ／ｈ 。

５．８　 温度制度

（１ ）控制好熔池温度。前期温度不要过低，中期温度不宜过高，均匀升温，使碳氧反应得以均衡的进行；严禁突然冷却熔池，消除发生碳氧剧烈反应的条件。

（２ ）控制（ ＦｅＯ ）不出现聚积现象，以避免熔渣过分发泡或引起爆发性的碳氧反应。具体地讲，要注意的是：若初期渣形成过早，应及时降枪以控制渣中（ＦｅＯ ）；同时促进熔池升温，使碳得以均衡氧化。避免碳焰上来后的大喷。

５．９　 造渣制度

双渣冶炼的炉渣成分见表２ ，从表２可见，前期按规定加入渣料，可以达到第一次倒渣的碱度要求。全铁水冶炼或热量富余的情况下，前期污泥球和磁选铁可最大限度加入５０００～６０００ｋｇ ，二批料第一次石灰加入量为１０００ｋｇ ，剩余石灰、轻烧白云石每次加５００ｋｇ ，匀速加料，均匀升温，一定要控制好过程温度，第二批料在点火正常后开始加入，如果升温过快，立即加入磁选铁，每次５００ｋｇ ，过程少加污泥球，尽量多用磁选铁调温，因为污泥球和磁选铁的成分不同，作用和用法应有所区别。

５．１０　 枪位控制

开吹降枪到 １．８ｍ 加料，加完料 ３０ｓ 内降枪到１．３ｍ ，双渣倒渣后降枪到１．５ｍ 加料，加完料后迅速降枪到１．１ｍ ，防止高枪位低流量的双软吹，流量起来后缓慢提枪。控制住喷溅之后的主要任务是防止返干，火焰稳定后立即开始提枪（炉渣不好化时在喷溅期过后立即将枪位提到１．６ｍ ），当停留在某一枪位 ２０ｓ 以上，只要火焰不发软，就可以进一步提枪，特别是溅金属时必须立即提枪，如火焰发软就小幅度降枪，找准平衡枪位（约１．６～１．８ｍ ），吹炼过程一旦发生喷溅就不要轻易降枪，因为降枪以后，碳氧反应更加激烈，反而会加剧喷溅。此时可适当的提枪，这样，一方面可以缓和碳氧反应和降低熔池升温速度，另一方面也可以借助于氧气射流的冲击作用吹开熔渣，利于气体的排出。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作用，但加入量不宜过多。最重要的是确保ＦｅＯ的生成和消耗达到平衡，使反应平稳进行。

５．１１　 终点控制

吹炼到１１～１２ ｍｉｎ之间，点动提炉罩判断温度，温度高时可根据炉型控制要求适当提高枪位，补加白云石或矿石调温。降枪前必须把枪位吊到１．８～２ｍ ，让炉渣最大限度熔化。根据上一炉的冶炼时间，分２～３次把枪位降到１．２ｍ 的基本枪位，如果

火焰发硬或碳比较高时，可以先降到１．３ｍ ，待火焰发软后再降到１．２ｍ ，防止烧抢事故，确保降枪时间大于５０ｓ ，降枪时间从降到１．３ｍ 开始计算。倒炉温度控制在１６２０～１６６０ ℃ ，倒炉［ Ｃ ］（用碳硫仪分析）为０．１３％～０．３０％ ，倒炉［ Ｐ ］ ≤０．０３０％ 。

５．１２　 余锰及合金配加

每炉钢终点样必须化验钢中余锰，炉长、合金工必须了解上炉钢余锰，一定要关注出钢量，尤其是大喷的炉次，合金的配加按中下限配加。

５．１３　 炉型控制

高Ｓｉ铁水冶炼的难点是控制喷溅，要控制好喷溅必须控制好炉型和金属液面，用高 Ｓｉ铁水冶炼时，我们把金属液面下降１００ｍｍ ，努力将熔池液面直径控制在８０００～８２００ｍｍ 之间，从而增加了炉容比，同时保证溶池腰部有一定的弧度，炉底形成锅底状，使喷溅得到有效控制。

６　 取得效果

通过以上措施，使高 Ｓｉ铁水炼钢顺利进行，用高Ｓｉ铁 水 炼 钢 ５６６ 炉，产 生 喷 溅 ７２ 炉，占 总 数１２．７％ ，大喷的２３炉，占总数的４％ ，喷溅率与冶炼正常铁水相当，各项经济技术指标都达到满意的效果，事故得到有效的控制，高 Ｓｉ 铁水冶炼操作取得了很大进步，尤其是操作工人得到很好的锻炼。

７　 结语

为了解决 １００ｔ 转炉采用高 Ｓｉ 铁水炼钢的喷溅问题，分析了硅氧化的基本原理和爆发性喷溅产生的原因，介绍了水钢 １００ｔ 转炉采用高 Ｓｉ 铁水炼钢的操作方法，有效地控制了高 Ｓｉ铁水炼钢的喷溅，使炼钢顺利进行。