炉口粘钢问题分析及改进措施

刘志鹏，黄宏虎，郭森林，赵 建

（新兴铸管股份有限公司炼钢部，河北 邯郸 056300）

根据公司整体生产平衡，每天铁水量在7200t左右。为追求利润最大化，要求降低铁耗，增加产量。制定如下指标：铁耗小于800㎏/t，产量大于9000t。根据以上指标在消耗完铁水的前提下制定了生产模式：一个连铸钢水直上+一个连铸钢水过精炼。生产后出现的最大问题是转炉炉口粘钢问题、炉口缩小，废钢加不进去，延长加废钢时间，增加转炉冶炼周期。转炉冶炼周期延长，造成铁水无法消耗完，被迫提高铁耗，钢水直上连铸。没有完成制定的生产指标。现从以下方面就转炉炉口粘钢问题进行分析及制定解决措施。

1 理论分析

1.1 熔池温度的变化

吹炼开始前，铁水温度约为1200℃～1300℃时，随着吹炼过程的进行，熔池温度逐渐地升高，平均升温速度为20℃/min～30℃/min。但不是直线升温的，吹炼20%时间内升温较快；在20%～70%吹炼时间内，熔池升温稍缓；在70%～100%的吹炼时间内，升温速度又有所加快。根据升温速度，绘制吹炼时间和熔池温度变化的示意图如图1所示。

图1 转炉吹炼时间和熔池温度变化的示意图

1.2 熔池成分的变化

转炉兑铁加废钢后，下氧枪进行吹炼。吹炼前期由于铁水温度不高，硅、锰的氧化速度比碳快，开吹2min～4min内，硅、锰已基本上被氧化。同时，大量铁珠被氧化，表面生产一层氧化膜，或者生成FeO而进入熔渣，此时脱碳速度又低，所以渣中（FeO）很快升高。一般达到18%～25%，平均值在20%左右。当熔池温度达到1368℃后，碳才开始氧化[1]。继续吹炼，使熔池继续升温，吹炼5min～6min后，熔池温度达到1368℃后，碳氧反应速度大幅提升。中期熔池平均温度升高，[C]还原（FeO）的能力增强，脱碳速度大。所以中期渣中（FeO）比前期低，一般可降低到7%～12%。转炉吹炼过程中碳氧化反应如下所示：

熔渣区 [C]+（FeO）=[Fe]+{CO}（乳浊液内反应）。

钢渣界面 [C]+（FeO）=[Fe]+{CO}。

钢水中 [C]+[O]={CO}。

钢液界面中 [C]+1/2{O2}={CO} （氧射流冲击区凹坑处，直接氧化反应）。

备注：[C]表示钢水中碳。（FeO）表示渣中氧化铁。{CO}表示气体一氧化碳。

1.3 喷溅类型

转炉吹炼中，由于氧气射流和炉内产生的CO气体共同作用，引起氧气射流与金属液和炉渣之间的相互破碎，产生金属-炉渣-气泡的乳化液。射流对熔池的冲击，造成熔池上层的波动和飞溅，而且液相也被反射气流及氧气和CO气泡向上推挤，造成熔池液面上涨。在熔池液面上涨的情况下，熔池中局部的飞溅、气体的冲出、波浪的形成等都容易造成钢-渣乳状液从炉口溢出或者喷溅。

1.4 结论

氧枪下枪吹炼后在氧气冲击下的凹坑处，就有碳氧反应。但是受限于熔池温度较低，碳氧反应速度低，造成熔渣中（FeO）聚集。吹炼5min～6min以后，转炉熔池温度达到1368℃以上，碳氧开始反应。碳氧反应产生的CO气体大量排出时，带动铁-渣从炉口溢出。以下对比各厂设备、工艺参数，查找造成炉口粘钢的原因和解决措施。

2 各厂工艺参数对比

2.1 各厂转炉炉容比对比。

炉容比一般是转炉新砌炉后炉内自由空间的容积与金属装入量之比。目前，大多数转炉的炉容比选择在0.7～1.10之间。大转炉的炉容比可以小些，小转炉的炉容比要稍微大些。

表1 转炉炉容比比值范围

表2 各厂转炉炉容比

炉容比大的炉子，吹炼前期熔池面上涨幅度小。本厂转炉设计容积72.69m3。出钢量80t，炉容比是0.908m3/t。如出钢量是90t，炉容比是0.807m3/t。对比发现：如出钢量达到90t，,炉容比0.807m3/t，偏小。

2.2 供氧强度

目前，国内中小型转炉的供氧强度通常在3.2m3/（min·t）～ 4.0m3/（min·t）的范围内，平均为3.57m3/（min·t）；国内大型转炉的供氧强度通常在2.8m3/（min·t）～3.6m3/（min·t）的范围内，平均为3.15m3/（min·t）。转炉炼钢的氧气流量和供氧强度主要取决于喷溅情况，通常应在基本上不产生喷溅的情况下控制在上限上。

2.3 结论

本厂炉容比偏小，容易产生喷溅。供氧强度控制在合理范围内。铁水温度低，铁水物理热少，化学热和其他各厂相当。虽然我们的铁耗比芜湖新兴和天钢联合都要高，但是转炉前期温度还是太低，喷溅严重。后期因温度不够，有不同程度拉后吹的情况。前期低温喷溅是造成炉口粘钢的主要原因。

3 本厂数据分析

3.1 本厂生产数据记录

2019年4月2号～2019年4月4号生产数据。

2号全天冶炼84炉，A#炉冶炼41炉，过精炼36炉，打炉口4次，加废钢卡炉口2次；B#炉冶炼43炉，过精炼9炉，打炉口3次。生产以A#炉过精炼为主，炉口正常，粘钢较少。3号全天冶炼94炉，A#炉冶炼47炉，过精炼31炉，打炉口3次；B#炉冶炼47炉，过精炼14炉，打炉口3次。生产以A#炉过精炼为主，炉口粘钢较少，打炉口时内侧粘钢可以打掉。4号冶炼93炉，A#炉冶炼46炉，过精炼36炉，打炉口3次；B#炉冶炼47炉，过精炼8炉，打炉口3次。

（1）2019年4月2号～ 2019年4月4号生产数据分析总结。转炉平均入炉铁水温度达到1282℃（铁水包里面平均加入1.6t破碎料），转炉吹炼前期有温度，吹炼过程基本平稳。吹炼4min～6min，轻微起泡沫渣，炉口内侧有轻微粘钢。对于炉口内侧处粘钢，每班打炉口时顺带就把炉口内侧粘钢清理掉，处理时间在10min以内。

（2） 2019年4月9号～2019年4月11号生产数据。9号全天冶炼94炉，A#炉冶炼46炉，精炼38炉，打炉口3次，加废钢卡炉口1次；B#炉冶炼48炉，精炼8炉，打炉口3次。生产以A#炉过精炼为主，炉口内侧粘钢。

10号全天冶炼95炉，A#炉冶炼47炉，精炼38炉，打炉口3次，加废钢卡炉口2次；B#炉冶炼48炉，精炼12炉，打炉口3次，加废钢卡炉口4次。生产以A#炉过精炼为主，两座转炉炉口内侧粘钢，炉口偏小，加废钢卡炉口。

3.2 生产数据总结

2019年4月9号～2019年4月11号。转炉平均入炉铁水温度1258℃（铁水包里面平均加入2.2t破碎料），虽然已经提高了铁耗，但是转炉吹炼前期温度依然低。吹炼4min～6min，起泡沫渣喷钢和炉渣的混合物，炉口内侧粘铁，粘钢较多。炉口内侧粘钢多，炉口缩小，加废钢困难，存在加废钢过程中废钢卡炉口加不进炉内的现象。

生产数据分析

（1）2号～4号到炼钢铁水罐温度和铁水硅含量都比9号～11号要高，铁水物理热量和化学热量高。

（2）9号～11号提高了焦炭加入量来补充前期熔池温度。

（3）9号～11号转炉终点碳含量低，通过降低终点碳含量来补充终点温度。

4 炉口粘钢原因确认

综合以上各设备、工艺因素，确认转炉炉口粘钢原因如下：

（1）吹炼前期熔池温度低，低温喷溅造成炉口粘钢。

（2）精炼炉次炉口粘钢现象更严重。

5 针对炉口粘钢，发生喷溅时采取措施

（1）提高铁水入炉温度到1280℃以上。

（2）稳定铁水硅含量在0.3%～0.5%之间。

（3）加快铁水周转速度，不在炼钢压铁，减少铁水温度损失。

（4）提高过精炼出钢温度1600°～1630°，能减轻炉口粘钢的影响。

（5）两座转炉交替直上。

（6）利用停机时间氧气烧炉口。