氧气转炉——喷溅

1、氧气转炉喷溅1 氧气转炉炼钢相关知识 一个世纪以前，英国H. 贝氏麦1856年在登记贝氏麦酸性转炉炼钢法专利时，就提出用纯氧炼钢的重要意义。到上个世纪末，德国的K. V. 林德肯首先生产可供工业使用的氧气。1930年，德国南部马克西米利安（Maxhutte）厂在托马斯转炉试验30%富氧炼钢。1947年，R. 杜勒（R. Durrer）和他的同事H. 赫尔瑞格（H. Hellhrugge）在瑞士格拉费根（Gerlafigen）钢厂2.5t转炉上进行顶吹氧试验。奥地利联合钢铁公司在奥地利林茨（Linz）2t和5t的转炉上进行试验并于1949年10月获得成功， 1952年建于林茨的一个容量为30t的

2、工厂建成开工生产。过了一年，奥地利阿尔卑斯矿业公司在多那维茨（Donawitz）也建了一个工厂开始生产，并把这种炼钢法命名为LD氧气顶吹转炉炼钢法。他是世界炼钢技术的一次巨大变革。1.1 氧气转炉炼钢的发展1956年转炉炼钢占世界钢产量的1%，1961年占到6%，1967年已经超过平炉钢，1973年的调查结果表明，转炉钢的生产能力已达到3.66亿吨，计划与在建的生产能力为1亿吨。世界各种炼钢方法产量比例如表1-1，1978年1996年我国各种炼钢方法构成如表1-2。表1-1 世界各种炼钢方法产量比例（%）炼钢方法1950年1970年1980年1990年1993年1996年托马斯转炉16.03.

3、8氧气转炉43.054.057.559.560.2平炉77.539.024.015.09.66.5电弧炉6.514.222.027.530.932.9表1-2 19781996年我国各种炼钢方法构成一览表年份总产量万t平炉钢电炉钢顶吹氧气转炉钢产量，万t占总量比例，%产量，万t占总量比例，%产量，万t占总量比例，%19783178112735.4768121.44106133.4119793448113432.9173021.19129.37.5019803712118932.0371019.15150840.6419813560111831.4365618.44152942.96198237

4、16116431.3568618.48166544.8319834002119029.7581220.30185346.3219844348121427.9390320.78207447.7219854679123026.26100821.55230849.3419865221123523.67105620.24281954.0019875628127722.70114720.39308554.8219885943130421.95120620.30333656.1419896158131321.22127520.71346756.3219906635131519.83140121.12382

5、257.6019917100130918.44150021.13427960.2819928093139917.29176221.78491660.7419938927144616.21204722.93542360.7519949153137014.97193821.18582663.6619959413127013.49195020.71619365.79199610013126112.60189318.90694768.501.2 供氧制度供氧制度就是使氧气流股最合理的供给熔池，创造良好的物理化学反应条件。因此，供氧制度的内容包括确定合理的喷嘴结构、供氧强度、氧压和枪位操作。1.2.1

6、氧枪喷嘴的类型及特点熔池供氧的主要设备是氧枪。氧枪由喷嘴和枪身两部分组成，并通过水冷。喷嘴的结构有整体式和组合式，大多数喷嘴是紫铜锻造后切削加工而成，也有直接铸造成型的。枪身是无缝钢管，喷嘴和枪身通过螺纹或焊接等方式与枪身相连接。高压氧气在输送管道中的流动速度较低，在60m/s以下。氧气流通过喷嘴后，形成流速为450m/s以上的超音速氧气射流，其流速为音速的两倍左右。射流是指高压气体从喷嘴喷出后形成的定向流股。显然，喷嘴就是压力-速度的能量转换器，也就是将高压低速氧气流转化为低压高速的氧射流。合理的喷嘴结构应使压力能最大限度地转换成速度能，同时喷出的氧流应该满足吹炼的要求。在工艺操作上反映是：

7、化渣速度快、不喷溅、不粘枪、不烧枪、枪位稳定，便于控制。目前所用氧枪喷嘴都是拉瓦尔管结构。拉瓦尔管就是收缩-扩张型，能够产生超音速气流的喷嘴。在拉瓦尔管中，气流在喉口处速度等于临界条件的音速，在出口处达到超音速。拉瓦尔型喷嘴能把压力能最大限度地转换成速度能，获得最大流速的氧射流。根据喷嘴的孔数可以分为单孔喷嘴和多孔喷嘴。LD最初采用的是直上直下的单孔拉瓦尔型喷嘴，随着供氧强度的增大，喷溅现象趋于严重，而且渣料的熔化速度很慢，于是出现了多孔喷嘴。1.2.1.1 单孔拉瓦尔喷嘴1.2.1.2 多孔拉瓦尔喷嘴 多孔喷嘴的优点：提高的供氧强度和冶炼强度；增大了冲击面积，化渣好；操作平稳，不易于喷溅。

8、A 三孔喷嘴 我国小型转炉一般采用三孔喷嘴，它的优点是三个小孔都是拉瓦尔型喷嘴，使用它的结论是吹炼强度高，热效率稳定，同时枪龄也较高，但加工比单孔喷嘴复杂。 B 四孔以上喷嘴 我国120t以上中、大型转炉采用四孔、五孔喷嘴。四孔、五孔喷嘴的使用效果是令人满意的。五孔以上喷嘴由于加工不便，因此，应用较少。 1.2.1.3 喷孔倾斜角度 对多孔喷头而言，喷孔出口在喷头端面上的分布对喷头性能影响很大。夹角过大会使喷头冲击能力减弱，降低气流对熔池的搅拌力，从而影响冶炼速度；而夹角过小又不利于化渣，同时三孔射流有可能产生交汇现象，恶化气流品质。国内部分厂家氧枪喷头喷孔倾斜角度厂家萍钢咯钢2672厂柳钢莱

9、钢济钢唐钢转炉吨位，t66815252530喷头孔数3333333喷头倾角，度910109111011厂家重钢攀钢太钢本钢鞍钢宝钢转炉吨位，t8012050120150180300喷头孔数3534445喷头倾角，度111311121414.514喷孔倾斜角度推荐值转炉吨位，t6152550>80喷头倾角，度810101112141.2.2 氧气流量与供氧强度 A 氧气流量 氧气流量Q是指在单位时间t内向熔池供氧的数量V。氧气流量是根据吹炼每吨钢所需要的氧气量、金属装入量、供氧时间等因素来确定的，即：QV/t式中 Q氧气流量（标态）； V炉钢的氧耗量（标态）； t炉钢吹炼时间。 梅山最大供

10、氧强度为32000Nm3/min，正常供氧强度30000Nm3/min。每孔平均流量(Nm3/min)孔数345流量1671781251331001070.B 供氧强度供氧强度I是单位时间内每吨金属氧耗量，可由下式确定：I=Q/T式中 I供氧强度（标态）； Q氧气流量（标态）； T一炉钢的金属装入量。C 供氧操作供氧操作是指调节氧压或枪位，达到调节氧气流量、喷头出口气压及射流与熔池的相互作用程度，以控制化学反应进程的操作。供氧操作分为恒压变枪、恒枪变压和分阶段恒压变枪几种方法。1.3 造渣制度造渣制度就是要确定合适的造渣方法、渣料的加入数量和时间，以及如何加速成渣。转炉炼钢造渣的目的是：去除磷

11、硫、减少喷溅、保护炉衬、减少终点氧。1.3.1 造渣方法 造渣方法有单渣操作、双渣操作、留渣操作等。1.3.1.1 单渣操作 单渣操作就是在冶炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣、直到终点出钢。单渣操作工艺简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。单渣操作的脱磷效率在90%左右，脱硫效率在35%左右。当铁水Si、P、S含量低，或者钢种对P、S要求不严格，以及冶炼低碳钢种时，均可采用单渣操作。1.3.1.2 双渣操作 双渣操作是在冶炼途中倒出或扒除1/22/3熔渣，然后加入渣料重新造渣。 双渣操作对钢的质量、消耗以及炉衬都十分不利，现在除冶炼低锰钢外已经很少采用。1.3.1.3 留渣操作

12、 留渣操作就是将上炉终点熔渣的一部分或全部留给下炉使用。终点熔渣的碱度高，温度高，并且有一定TFe含量，留到下一炉有利于初期渣及早形成，并能提高前期去除P、S的效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。 在留渣操作时，兑铁水前首先要加石灰或小块废钢稠化熔渣，避免兑铁水时产生喷溅。1.3.2 渣料加入量确定1.3.2.1 石灰加入量确定 铁水磷含量较低（wP<0.30%）时，按下式计算石灰量：式中 2.14SiO2与Si的相对分子质量之比值，它的含义是1kg Si氧化后生成2.14kg SiO2； R 炉渣碱度，；w(CaO，石灰)R×w(SiO2，石灰)石灰中的有效氧化钙。其中R&#

13、215;w(SiO2，石灰)相当于石灰中的SiO2占用CaO量。铁水磷含量较低（wP>0.30%）时，按下式计算石灰量：式中 2.29P2O5与P的相对分子质量之比，它的含意为1kg P氧化生成2.29 kg P2O5。 若采用部分矿石冷却时，应根据矿石加入量及矿石成分补加石灰。除了加入矿石需补加石灰外，加入萤石、贫锰矿、白云石、菱镁矿、煤块、硅石等含SiO2的辅原料，都应该补加石灰，补加量可用下式计算：1.3.2.2 萤石加入量确定 萤石作为助熔剂的优点是化渣快，效果明显，但用量过多，对炉衬有侵蚀作用，对环境也有污染，有时容易形成严重泡沫渣而造成喷溅。另外，萤石也是贵重资源，要尽量少用

14、。1.4 装入制度装入制度就是确定转炉合理的转入量，合适的铁水废钢比。转炉的装入量是指住原料的装入数量，它包括铁水和废钢。在确定合理的装入量时，必须考虑一下因素：（1） 要有合适的炉容比。以V（m3）表示转炉的工作容积，以T（t）表示公称吨位，两者的比值V/T（m3/t）称之为炉容比。（2） 合适的熔池深度。（3） 对于模铸车间，装入量应与锭型配合好。氧气顶吹转炉得装入制度有：定量装入制度、定深装入制度和分阶段定量装入制度。定量装入制度就是在整个炉役期间，每炉得装入量保持不变，这种装入制度的优点是：便于生产组织，操作稳定，有利于实现过程自动控制，但炉役前期熔池深、后期熔池变浅，只适合大吨位转炉

15、。分阶段定量装入即在一个炉役期间，按炉膛扩大的程度划分为几个阶段，每个阶段定量装入。分阶段定量装制度既大体保持了整个炉役中具有比较合适的熔池深度，又保持了各个阶段转入量的相对稳定，既能增加装入量，又便于组织生产。定深装入制度即每炉熔池深度保持不变，此装入制度生产组织困难。2 转炉新技术应用 顶底复合吹炼兼有顶吹转炉合底吹转炉的冶金特点。 顶底复吹的分类： 按照从底部吹入气体的性质：（1）吹入惰性气体Ar、N2、CO2或者它们的混合气体。（2）底部吹入氧气或氧气加石灰粉。 按照底部吹入形式：（1）透气砖法。（2）双层套管喷嘴法。 顶底复吹取得的技术经济效果：（1） 炉渣氧化性明显降低；（2） 钢

16、液中残锰量明显提高；（3） 脱磷脱硫反应非常接近平衡，有较高的磷和硫的分配系数；（4） 吹炼平衡、喷溅量少，提高金属收得率；（5） 提高钢的质量，扩大品种；（6） 提高转炉的废钢比。1. 用静态模型与终点前副枪检测动态控制相结合控制工氧操作2. 用炉气定碳仪控制供氧操作3. 声纳仪和氧枪振动仪的应用4. 高强度用氧5. 氧枪冷却用加药剂处理的循环水6. 采用PLC监控系统现代转炉炼钢重要技术铁水预处理铁水脱硫(1) 铁水脱硫的优点 铁水中碳、硅含量高,提高硫的反应能力,从而有利脱硫；铁水中氧含量低,提高渣、铁之间的硫分配比,脱硫效率高；铁水脱硫因其较好的动力学条件,脱硫剂利用率高,而且脱硫速度

17、快；铁水脱硫费用低,如高炉、转炉、炉外精炼每脱除1kg硫,其费用分别约为铁水脱硫的2.6倍、16.9倍和6.1倍；铁水脱硫对提高炼铁和炼钢的生产能力、节约工序能耗、降低成本都有利。(2) 铁水脱硫的主要方法 投入法,它有较好的脱硫效果。 铁水容器转动搅拌脱硫法,铁水搅拌可以扩大脱硫反应界面,加速反应物质的传输过程,从而提高了反应速度。它分为转鼓法和摇包法。 采用搅拌器的机械搅拌脱硫法,采用“丫”型空心搅拌器的法,它包括采用倒形搅拌器的法和十字形的叶轮搅拌器的法。 喷吹法,用喷枪以气体为载体将脱硫粉剂喷吹到铁水深部,以搅动铁水与脱硫剂充分混合的脱硫方法。混铁车喷吹法分为斜插喷吹和顶喷的脱硫法。(

18、3) 铁水脱硅与脱磷溅渣原理分析：1.转炉前期低温喷溅。在转炉冶炼前期，所发生的主要反应为O2+C=2CO，氧枪吹入炉内的氧气形成CO气体时，根据理想气体公式PV=nRT产生的CO体积是入炉O2的两倍；同时供入氧气是常温，在炉内形成高温气体：P1V1/T1=P2V2/T2，因为P1=P2为炉内气压，得V1/V2=T1/T2，假定炉气温度是1600，入炉氧气温度27，且供入的所有氧气都和C发生反应生成CO，则每供入1m3氧气将产生6.2m3的1600的CO气体，对于15 t转炉，供氧强度为120m3/min，若所供氧都与C反应生成CO，则从炉口排出的高温CO为744m3/min。再假定产生的气体

19、能顺利地从渣中排出，则气体排出炉口的速度为：744/(60s)=744/(60×3.14×0.6×0.6)=11m/s。CO反应每秒所做的膨胀功为：PV/60=9.81×10000×(744-120)/60=1020240J其中P=9.81N/cm2，若CO反应在整个炉内是均衡稳定进行的，则冶炼不会产生喷溅。当炉内炉渣粘度较大时CO气体排出不畅，则可能产生炉口溢渣。当炉内CO反应不稳定不均衡时，局部的过度激烈的CO反应则可能导致冶炼喷溅。 熔池氧的分配： 冶炼过程中氧枪供入的氧并不是直接和铁水中C反应，主要为间接进行： 首先 OFe(FeO)

20、而后 (FeO)CCO (FeO)Si(SiO2) (FeO)Mn(MnO) (FeO) P(P2O3) 冶炼初期低温时Si、Mn和O的亲合力比C大，O首先和Si、Mn反 应，在一定的供氧强度下，C的反应速率在前期与冶炼时间呈线性增加关系。Si反应结束后，则C的反应速率与供氧强度成正比。在冶炼的全过程中。渣中FeO起着重要的作用，它和氧枪所供的O及熔池中氧化反应在冶炼时保持着一个动力学条件下的动态平衡，而非热力学平衡，当供氧速率大于O和熔池中其它元素氧化反应速率时，(FeO)就上升，反之则减少。这个动态平衡中(FeO)含量受到转炉本身的设计、供氧方式、熔池搅拌情况、熔渣状态等诸多因素影响。这种

21、动态平衡在操作不当时可大大偏离热力学平衡值且极不稳定，极易产生冶炼中化学反应速度的突变转炉产生大喷的根本原因就是由于不当的冶炼操作。首先造成(FeO)的集聚，而后在熔池CO反应动力学条件发生变化时，集聚的大量(FeO)和熔池中的C发生剧烈的CO反应，在瞬间产生巨大膨胀功将炉渣喷出炉口。强烈脱C后反应开始时出现的大喷喷溅机理：转炉使用的氧化剂主要是氧气，纯度>>98%。使用压力为612kg·N/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：COCOQ反应生成CO，并放出大量的热。本炉冶炼终点含CO10%。剔除锰铁及碳化硅进入钢中的碳，冶炼终点碳低于

22、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O，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，也是造成喷溅的主要原因。前期(冶炼 03min)硅锰氧化期在冶炼前期，硅和锰也存在相当一部分，也进行了重要的反应，因而对冶炼前期的喷溅也产生了不小的影响。由于硅和锰绝大部分被氧化，生成SiO2和MnO进人渣中，与FeO一起熔化部分石灰，生成低碱度炉渣（R=l.41.6）。当前期温度偏低

23、时，这种炉渣的表面张力较低，极易形成泡沫渣，发生低温喷溅。在转炉溅渣后，部分炉渣留在炉内，改善了前期渣，使前期渣碱度有所提高，但由于溅渣量的波动，它对提高前期渣碱度，减小前期喷溅的作用尚不稳定。前期喷溅的原因还有，顶吹氧气转炉炼钢中，氧气流股先与铁发生反应，这是因为从微观动力学角度看，反应几率N2，即使在开吹时C%4、Fe%95，N2Fe/N2C25.44，N2Fe >>N2C，其他元素的N2Me更小，所以我们把下面的反应式(l)称之为直接氧化的一次反应；生成的氧化铁再同其他杂质按亲和力大小顺序进行反应，即反应式(2)称为二次反应。 O22Fe(FeO) (FeO)Me=MeOFe

24、如果式(1)的反应速度大于式(2)的反应速度，那么渣中氧化铁积累，相反，如果式(2)的反应速度大于式(1)，渣中氧化铁含量降低。开吹后1至2 rnin时，铁水中的Mn、Si 氧化已告尾声，这时渣中(FeO)的积累消耗速度取决于反应式(3)。C+FeO=Fe+CO (3)2.转炉中期返干后大喷。中期(4 12min)碳氧反应期吹炼中期是造渣控制过程的关键时期。由于铁水中锰和磷很低，因此，炉渣的状态熔点、液相渣量、表面张力就主要与渣中的氧化铁含量FeOt和炉渣碱度有关。从三元相图可知渣中FeOt的影响更大些. 这样一夹缺乏MnO和P2O5的调节渣中FeOt的变化便炉渣状态变得非常敏感。在碳氧反应最

25、为剧烈的吹炼中期，渣中氧化铁含量及相应的液相渣量变化很快。即：当渣中FeOt减少时，炉渣熔点急剧升高，液相渣量急剧减少，炉渣迅速转向返干。反之，当渣中FeOt增加时，炉渣熔点急剧下降，液相渣量急剧增加，如果控制不当，极易发生夹带大量钢水的金属喷溅。往往从正常化渣到转向返干，仅仅半分钟时问，而在吊枪化渣时，如果降枪不及时，则几秒钟内就会发生爆发性喷溅。从上述分析可知，由于天铁原料条件的特点，控制好转炉吹炼前期的碱度和温度及吹炼中期氧化铁含量是控制转炉喷溅的关键。而低锰、低磷的条件(特别是低锰)又给控制喷溅和减少返干现象带了一定难度。中期返干后发生喷溅时音平强度与枪位的关系。 针对本溪钢铁厂的音平

26、曲线图像，利用光标跟踪系统，采集了冶炼中期返干后喷溅音平强度与氧枪枪位的六组数据示于表1，时间间隔8s，并进行线性回归分析，得出音平强度变化斜率和氧枪枪位变化斜率，如表2所示。此期的音平强度和氧枪枪位的趋势见图5和图6。表2显示的斜率大小，反映了音平强度和枪位的变化速度，由此看出，音平强度快速上升时，降枪0.4m左右，如音平强度急剧上升则迅速降枪至基本枪位左右，并在降枪之前加人石灰以压制可能发生的喷溅。 中期喷溅的发生有两种情况：一种是枪位长时间偏高形成渣中(FeO)积累过多；一种是返千后吊枪操作使渣中(FeO)积累后降枪操作不及时引起喷溅。下面对此两种喷溅情况进行分析。 (1). 枪位长时间

27、偏高引起的喷溅。 转炉吹炼中期正常情况下，氧气流股淹没在乳化渣中，O2以混合供氧形式为主，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O22Fe=2(FeO) (FeO)C=COFe氧气流股通过氧化炉渣供氧为间接供氧： O24FeO2(Fe2O3) （4） (Fe2O3)Fe3FeO （5） (FeO)CCOFe可以看出间接供氧传质环节增多，扩散阻力增大，有利于氧化铁在渣中积累。在中期淹没吹炼时，由于钢水液滴的比重约为炉渣比重的一倍，因此，在乳化渣的下部，钢水液滴的密度高，乳化渣的上部钢水液滴密度低。枪位越高，间接供氧的比例越大，渣中(FeO)越易积累，当枪位长时间偏高，渣中(Fe

28、O)积累到一定程度时，就会产生持续的炉渣喷溅。(2). 返干处理不当引起的大喷吊枪后的喷溅：在炉渣严重返干后，钢水液面裸露在氧气流股下，由于剧烈的CO反应，钢水液面上涨，枪位不够高时，O2仍能直接氧化钢液，渣中(FeO)无法积累，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： O22CO=2 CO2 (6) CO2Fe=(FeO)CO (7)反应(7)是强吸热反应，使钢液局部降温，抑制了CO反应。此时，渣中(FeO)才有可能积累。当(FeO)积累到一定程度，且熔让了部分高熔点固相物质，液相比例上升后。如果降枪不及时，就会引起爆发性喷溅。 炉渣返干：炉渣出现返干是指渣的氧势太低，

29、流动性差，脱硫脱磷能力下降，反映在dCdO曲线为其值急剧上升。当其值超过 0.66上升斜率大于 0.0035时，可能发生炉渣返干。返干性喷溅又称为金属喷溅，当长时间低枪位操作、二批料加入过早、炉渣未化透就急于降枪脱碳等，都有可能产生金属喷溅。金属喷溅的预防和处理分阶段定量装入制度应合理增加装入量，避免超装，防止熔池过深。溅渣护炉引起的炉底上涨应及时处理；经常测量炉液面，以防枪位控制不当。控制好枪位，化好渣，避免枪位过低、TFe含量过低均有利于预防金属喷溅。防止喷溅措施：1. 废钢装入量。轻重废钢比。轻、重废钢各自的熔化机理：表中的数据是在通常的工艺制度下获得的：由表中数据可知；轻废钢在吹炼前期

30、的低温阶段（低于废钢溶点）就已熔化，即仅靠渗碳熔化便可完成，而重废钢的情况则不同。力进一步探讨重废钢的熔化机理，某文献计算了直径 20 cm钢球的熔化时间（如图），由图看出：重废钢在吹炼前期熔化得很少，它的大量熔化是在吹炼后期的高温阶段，主要通过高温自行熔化来迸行。废钢种类对熔化相对时间的影响直径20CM的钢球的熔化比与时间的关系废钢种类对冶炼温度和喷溅的影响：由于轻、重废钢的熔化机理不同，对吹炼过程温度的影响必然有差别：轻废钢在吹炼前期熔化，冷却效应也集中体现在前期，使前期升温受到抑制；重废钢主要在吹炼后期熔化，冷却效应的相当大部分是在后期出现的，导致后期的升温速度减慢，而且入炉的轻废钢越多

31、，对前期升温的影响越大，重废钢越多，对后期升温的影响越显著。这就告诉我们，在装料时，尤其是废钢装入量大时，单用轻废钢或轻废钢比例过高是不妥当的，它会使吹炼前期金属熔池过分冷却，从而加剧熔池的过氧化，并引起喷溅，因二钢厂废钢来源问题，使入炉的废钢中轻废钢比例过高，有时甚至全部是轻废钢。而冶炼硅钢的废钢装入又比冶炼其它钢种时大（在通常的铁水条件下，冶炼Q235等钢种时，废钢装入量约占全部金属装入量的10%，冶炼硅钢时可达15%17%），这就必然会使前期低温喷溅的现象更容易出现，因此我们认为：冶炼硅钢时出现吹炼前期低温喷溅的原因并不只是废钢的装入量大，更主要的是轻废钢比例过高，使废钢的冷却作用集中在

32、前期释放所致。减少低温喷溅的措施：由以上分析及硅钢冶炼的特点，要减少或避免冶炼硅钢时吹炼前期的低温喷溅，就应当消除废钢冷却作用在前期的集中释放，使其尽量均匀地被熔池吸收。据文献介绍：最佳的情况是废钢完全熔化的时间占吹炼总时问的70%80%（或更长些）。在现场条件下这就要求调整好人炉轻、重废钢搭配的比例，同时要控制人炉废钢的最大厚度，避免出现出钢时炉内仍有未熔废钢的现象。由于吹炼过程中废钢熔化的影响因素（金属温度、组成和搅拌强度）是不断变比的，所以轻、重废钢搭配的比例难以通过理论计算确定，但可根据现有的数据在实践中进一步摸索、总结。据首钢 30 t转炉的经验，重废钢在废钢装入量中的比例要求不少于

33、 50%。在目前轻废钢较多的实际情况下，还可通过以下两个途径来削弱轻废钢对吹炼前期升温的抑制作用。其一是采用打包废钢代替散装的轻废钢。由上表打包废钢熔化的相对时间约为60%，说明它可使散装的轻废钢在吹炼前期的大量熔化变为在前期和中期熔化，这对减轻前期金属熔池的强烈冷却，减少前期低温喷溅无疑是有利的。其二是适当减少总的废钢装入量，在中期视渣况用石灰、白云石、转炉烟尘制成的红泥球等调温。但在后期，尤其是在终点加人大量渣料强行降温是不可取的。因为后期温度高，将增加钢液吸气量，加剧炉衬的入大量渣料强行降温是不可取的。因为后期温度高，将增加钢液吸气量，加剧炉衬的侵蚀和增加钢中夹杂物含量。同时加入大量冷却

34、剂也会影响钢的质量。2. FeO加入控制CaF2. FeO含量对炉渣液相比率的影响：对于低磷铁水，转炉渣可以根据FeO-SiO2-CaO系三元相图来计算炉渣的液、固相比率，若固定CaOSiO2的比率，可计算出1400下不同FeO含量的渣中液相物质所占比率，如图A所示。也可以固定FeO含量，计算不同碱度下炉渣液相所占比率，如图B所示。图A 在1400C不同碱度下FeO与液相比率的对应关系图B 在1400C不同FeO含量下碱度与液相比率的对应关系 由图A和图B可看出，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；而对应某一固定FeO含量的渣系中，当R2.5时，碱度对液相比率的影

35、响不大。可见，FeO是影响炉渣液相比率的主要因素。而喷溅的发生，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。防喷溅技术。1. 音平化渣技术。应用音平控渣技术指导返干喷溅： 国际上音平控渣技术，早在20世纪70年代后期，就已大面积推广应用，结合烟气分析和计算机技术，许多钢厂实现了转炉炼钢全自动控制。我国自1990以后，该技术也逐步在全国各大中小型转炉上推广应用。音平控渣技术的关键是以图像曲线的形式展示了转炉炉内渣况的变化趋势，使炼钢摇炉工能根据该

36、炉渣走向趋势，提前采取工艺措施，避免炉渣喷溅与返干以及由吊枪操作引起的爆发性喷溅。音平化渣图像的原理和说明：音平化渣图像是通过检取转炉吹炼过程发出的噪声和喷溅信号即转炉发出的声音与渣面高低有关，渣面越高传出声音越低；渣面越低传出的声音越高。经过特殊的音平检测仪处理后，再在计算机上进一步处理后绘成图像如图C示。图 C 图C中出天铁两炉实测音平化渣图像，其中(a)炉发生了返干、(b)发生喷溅。图中的锯齿形曲线是经计算机处理后的音平曲线。音平曲线反映出炉内吹炼噪声强度随吹炼时间的变化，形象地显示出炉内泡沫渣的渣面高低。即声强越高，渣面越低，曲线向下发展，炉渣走向返干趋势。反之，声强越低渣液面越高，曲

37、线向上发展，炉渣走向喷溅趋势。 为了使不同炉役期，不同取声条件下音平曲线具有可比性，将每炉次开吹时无渣覆盖的音平最大值作为100。其它音平值此值进行数学处理。 当发生喷溅时，喷溅监测仪就发现了喷落在炉帽挡渣扳的高温红渣，并将喷溅信号送发到音平仪处理在图C(b)上部，绘出喷溅标记。喷溅越大，夹带钢水越多，打出标记就越高越宽。 该音平图像可视为两线一区。上部横线为喷溅线，当音平曲线向上超过此线时，表示炉渣已在炉口附近运动有喷溅的危险，应及时采取措施。下部横线为返干线，当音平曲线向下超出此线时，炉渣发生返干，超出返干线越多，炉渣返干越严重。图中虚线围成的镰刀形区域为正常化渣区，音平曲线在正常化渣时都

38、应在此区域内打出，正常区域的宽窄范围可视正常要求标准的高低来调整。当化渣操作较高时，可调窄一些反之则调宽一些。总之，可由该厂实际情况而定。用音平化渣图像分析转炉吹炼操作：利用音平化渣图象指导转炉冶炼操作，关键是要观察炉渣走向趋势，无论是走向返干还是喷溅，都应提前采取合适的工艺措施，才能使炉渣始终在正常化渣区运行，如图C(a)炉次所示，就是出于炉渣在吹炼min时由于经验不足害怕喷溅判断失误，降枪时间偏早，导致炉渣9min左右发生返干。同样如图1（b）炉次所示，该炉炉渣的音平曲线一直在喷溅线上运行并发出喷溅报警信号，由于没有及时采取措施，吊枪时间过长，一旦降低过快就发生了炉渣喷溅。音平化渣技术科学

39、、准确地反映了炉内化渣情况，解决了长期凭人为感官、经验炼钢的历史。由于音平控渣技术在天铁转炉炼钢厂刚刚启用，各种相关参数及处理方法还需进一步摸索总结。音平控渣技术：音平控渣图像实例如图所示。 音平控渣技术图像图像中横坐标为吹氧时间，纵坐标是音平强度和氧枪高度。音平强度坐标采用倒坐标，其刻度是以开吹最大噪音为100 %的相对强度。正常化渣区呈一镰刀形区域，喷溅预警线为一条三折线，图中最下面一直线为返干预警线。当音平曲线高于或以较大速度逼近喷溅预警线时，就会给出喷溅可能提示；同样，当音平曲线低于返干预警线时会给出返干可能提示。坐标最上部黑色标记为喷溅标记。采用音平检测技术，捡取有用吹炼噪声信号，并

40、经过计算机处理后在屏幕上画出音平曲线，动态显示炉内传出的吹炼噪声强度变化，从而间接显示炉内泡沫渣厚度的变化，反映了炉内渣况。音平控渣基本原理： 氧气转炉在吹炼过程中与炉渣厚度有关的噪音主要是超音速氧气流股的动力学噪音和该流股冲击熔池时发出的噪音，声源点（氧枪喷头）的噪音传至取声点有两种基本情况：暴露吹炼和淹没吹炼。暴露吹炼时，噪音一部分由喷头直接传至取声点，另一部分经炉膛内壁的反复反射、吸收后传至取声点检测到的噪音强度主要与枪位、炉膛大小、炉膛内壁耐材的吸声性能有关；淹没吹炼时油于泡沫渣的吸声作用检测到的吹炼噪音强度比暴露吹炼时低，渣层越厚，其值越低，当位不变时，检测到的吹炼噪音强度就反映了泡

41、沫渣的厚度。实际上，不同的转炉，其吹炼噪音的特征频带各不相同既使是同吨位的转炉使用不同的氧枪喷头和不同的设备及供氧条件，其特征频带也有很大差别。因此，关键是选取哪一频带的噪音作为吹炼的特征噪音以及排除环境干扰。吹炼中影响特征噪音的因素很多，基本上可分为炉膛尺寸、氧压、喷头状况和炉料情况等吹炼条件的影响与枪位、渣料和脱碳等吹炼过程变化的影响，包括氧压变化和煤气回收的影响。 在实际应用中利用计算机进行数据处理、储存和给出相关提示。在转炉炉口附近选择合适的能够获取特征频带的取声点，通过隔音、定向、滤波等处理后，可在计算机屏幕上显示该噪声强度随吹炼时间的变化情况即音平去向。通过音平去向可以在线地了解炉

42、内泡沫渣的厚度以及其变化趋势，从而为操作人员提供转炉化渣过程和状态的信息以便采取措施及时避免可能发生的喷溅和返干。转炉吹炼发出的有用噪声信号转变为电平信号输给计算机进行处理的流程见下图。有用噪声信号转变为电平信号输给计算机处理的流程图音平控渣系统工作简图和化渣图像 见下图。图中镰刀形区域为正常化渣去向，上部三折线为喷溅线，下部直线为返干线 ，中间的去向为音平控渣去向，上部横坐标上面的竖线（具有一定宽度）是喷溅标记（喷溅标记靠喷溅检测器测得，该炉钢没有发生喷溅，所以图中没有喷溅标记）。 （l）音平控渣技术在宝钢 300 t转炉上己经开发成功。喷溅报警准确率达到 97.5%。返干报警率为 100%

43、曲线走势正确率为 98.7%。（2）音平控渣技术可以指导操作人员化好渣，为达到转炉全程化渣的目的创造了条件。（3）音平控渣图像的检索分析，可以对操作人员的化渣水平进行客观、正确的评估。（4）通过应用音平控渣技术，转炉喷溅率减少了2.6%年创造直接经济效益 67.4万元。声纳化渣技术：声纳化渣系统简图声纳化渣是集声控，光控，计算机技术一体能够良好反映转炉操作过程中的炉渣状况，优化炉渣工艺的一项颇有生命力的新技术。其由定向拾音器，音强检测仪，模/数转换接口和计算机等组成。声纳化渣技术的工作原理： 在氧气顶吹转炉炼钢的过程中，超音速氧气流股因冲击熔池而发出不同强度的噪音，噪音强度的大小取决于炉渣液面

44、的高度。渣面高度与音强成反比，其关系如下：当熔渣高度低于氧枪顶端时：I=Ic-a1h当熔渣高度高于氧枪顶端时：I=(Ic-a1h)exp(-1/a2)(h渣-h枪)式中：I 音强度； Ic 原始音强度； h 枪位高度； h渣熔渣高度； h枪 氧枪高度； a1,a2系数；由上式可知，音强水平和渣层厚度成反比，如果化渣好，渣层厚，则炉渣的消音能力强，炉内发生的声音水平低，进而通过检测音强值变化了解化渣的好坏，从而对转炉操作提供借鉴和指导。转炉炼钢炉前操作单凭操作工的经验来判断渣况并调整造渣及冶炼操作，由于种种原因难免会有程度不同的失误。音平化渣是利用炉内发出的噪音大小来反映炉内泡末渣的厚度或渣面的

45、高低，并在屏幕上反映出来，从而随时了解熔渣情况并进行调整，最终达到全程控制炉渣的目的。转炉炼钢过程中的噪音源有：超音速氧气流的动力学噪音；氧气流股冲击熔池的噪音；CO气体在熔池中翻腾及熔池中液体流动，冲击而发出的噪音；废气逸出时产生的噪音；炉内固体料相互撞击和摩擦的声音等。其中前两项的噪音是主要的，因此可以将氧枪视为声源点。在生产实际中，吹炼时的噪音与枪位高低，炉膛大小，炉料耐火材料的吸声系数都有关系。淹没吹炼时泡末渣的吸声系数很大，吹炼噪音要穿过渣层才能传到取声点，所以噪音比暴露吹炼时低（渣层越厚，传出的噪音越低，反映的音平曲线的强度值越小）。当枪位不变时，这种噪音的大小客观上反映了泡末渣的

46、厚度或渣面的高低，操作工人可以根据音平曲线的走势随时调整造渣操作，确保全程化渣。识读音平化渣仪音平化渣图喷溅预警线：图中预警线的位置相当于炉内渣面接近炉口的位置，当音平曲线向上超越此线时，微机就发出喷溅预报，提醒操作者炉内炉渣液面已经接近炉口了，必须立即采取措施，否则马上就要发生喷溅了。喷渐预警线为一条三折线。返干预警线：返干预警线相当于炉内炉渣液面低于氧枪喷头的位置。当音平曲线向下超过此线时，微机就发出返干预报，告诉操作者炉内炉渣液面已经低与氧枪喷头位置，必须立即采取措施，否则将要发生返干了。正常化渣区：两根预警线之间有一镰刀形状的区域，既为正常化渣区，要求控制冶炼中音平曲线在正常化渣区内波

47、动。不同的原料条件和造渣工艺“二线一区”文章和形状亦不同。音平曲线：音平曲线是吹炼中炉内噪音强度的变化规律曲线。以开始吹炼时的噪音强度为100%，以后随着吹炼的进行，该值越小，表示炉渣泡沫化程度越强即炉渣液面越接近炉口。降罩记号：降罩记号在音平化渣图的左上方为一长线，长线所对应的时间即为降罩时间。喷溅记号：喷溅记号在音平化渣图的上方，纵坐标为0的水平线上，其顶部为一波动曲线。当发生喷溅时，微机就将此刻发生的喷溅记录下来：喷溅的强度越大，喷溅记号的顶端就越高；喷溅的时间越长，则喷溅记号拉得越长。氧枪进出冷却水温差曲线：在音平化渣图的下部给出氧枪进出水温差的变化曲线，所在图的横坐标是吹炼时间，纵坐

48、标为温差。图中曲线既是随着吹炼的进行氧枪进出冷却水温差变化曲线。“温差”反映了氧枪受热程度，即反映了熔池的温度高低。倒渣记号：倒渣记号为一条短竖线，在上述温差曲线和枪位曲线同一图中的横坐标上如上图。在横坐标上倒渣的时刻记有一短竖线，说明在吹炼的该时刻进行过一次倒渣操作。氧枪枪位曲线：在上图的下部，有一条氧枪枪为曲线。这条曲线的横坐标为吹炼时间，纵坐标为枪位高度。这条曲线反映了在吹炼过程中氧枪位置的变化情况。应用此曲线解决了远距离观察氧枪标尺的困难，并与音平曲线相对应，有利于事后作分析，总结并提高。应用音平化渣图帮助化渣：正常状况：开吹时正常的音平强度曲线的位置最低，当铁水中硅，锰氧化基本结束时

49、，前期渣已经化好，随着碳氧反应的开始和发展，泡沫渣增多并使液面逐渐上涨，进入淹没吹炼状态，音平强度曲线平稳上升，向喷溅预警线靠拢。进入吹炼中期后，随着碳氧反应的加强，渣料加入以及枪位调节变化，泡沫渣的液面高度略有波动。当冶炼接近吹炼后期时，炉渣已经化透，音平曲线向上发展。所以正常化渣区如一镰刀形，最佳操作的音平曲线应在正常化杂烩区的上部，接近喷溅预警线的位置上变化，这种造渣操作过程对炼钢的冶金反应最有利。出现喷溅预警的操作：当音平曲线向上发展超过喷溅预警线时，表示炉内炉渣的液面已经上涨并接近炉口，有喷溅的可能。有喷溅的音平化渣图象图3(a)为第85次，在吹炼到10分钟和13分钟左右时各发生过一

50、次很小和喷溅，届时微机屏幕上显示中文字样“喷溅预警”并响铃，操作工得到了预警后采取了正确的降枪措施，使熔池中的碳氧反应加剧，FeO降低，减轻了泡沫化程度，消除了一次大喷溅的机会。图3(b)为第81炉次的音平化渣图，从图上可知吹炼到第10分钟左右时曾发生过一次中喷，该图上部的喷溅记号比图3(a)中的小喷记号要高而宽，说明喷溅较之为严重。当时采取了降枪操作，使炉渣恢复了正常。从图3(b)上的喷溅记号形状可知，该次喷溅比第85炉次的喷溅严重，既比图3(a)炉次的喷溅更严重，更剧烈，延续时间更长。出现炉渣“返干”预警线操作：下图是两炉返干及有严重返干的音平化渣图。图4中，开始吹到5分钟左右，音平曲线开

51、始下降，并在开吹后6分钟左右时音平曲线已经下降到脱离了正常的化渣区，说明已有“返干”的趋势，此时操作上应提枪或补加氧化铁皮以增加FeO并帮助化渣，预防“返干”的发生。但该炉次在这时候却实施了“降枪”的错误操作，使FeO的含量更为减少，终于造成严重的“返干”。在图5的音平曲线上同样明显看出，开吹6分钟前音平曲线的走势比较正常，但6分钟后开始下降，第7分钟时下降明显，此时应迅速提枪，但操作工却继续降枪，致使从第7分钟开始音平曲线直线下降，在不到一分钟的时间内音平曲线跌到正常化渣区以外，跌到返干预警线以下，虽然第8分钟开始作了几次提枪以求改善，但为时已晚，造成严重返干。应用“出钢时间”显示：由于装有出钢时间监测装置，在屏幕上能显示该炉实际的出钢时间，由于出钢时间对于成品钢的内在质量，