转炉钢包喷溅机理及预防对策

　    转炉钢包喷溅在我厂已发生多起，造成多起伤亡事故，给生产和生活造成重大的损失。因此，研究喷溅机理，杜绝喷溅事故是刻不容缓的大事。

    1 炼炉炼钢的基本原理

    转炉炼钢是通过对铁水和废钢吹入高压氧气，氧化铁水中的硅、锰、碳、磷、硫五大元素，使碳达到一定要求范围，最大限度地去除钢中气体、夹杂物和磷、硫等有害元素，通过调整成份、合金化，使钢水成份控制在所要求的范围之内。以此来保证不同钢种的不同性能。

    2 我厂的设备状况及工艺

    我厂现有LD转炉三座，公称容量为20T，后部配有5台孤形连铸机，年产钢约200万吨，前部配有5座高炉，转炉使用的铁水中含S.P较低，含Si量较高。冶炼的钢种有普通碳素钢、20管坯钢、20MnSi等。没有精炼炉，配有钢包喂线机和吹氩搅伴装置，通过钢包喂线和底吹氩，去除钢中气体和夹杂，均匀钢水成份和温度。挡渣出钢，为了满足连铸生产，钢水温度普遍偏高，实现转炉煤气回收。

    3 钢包喷溅事故

    我厂自连铸投产以来，多次发生钢包喷溅事故，导致死亡和群伤事故多起，特别是4#连铸机1998年4月15日发生钢包喷溅事故，死亡3人，烧伤7人，经济损失惨重，为此，集团公司和有关部门非常重视，成立了事故调查组，专访了有关部门，查对了有关资料。

    本炉钢的冶炼经过如下：

    3点零9分，5#炉开始冶炼第19炉钢，炉号为5—11307，兑入铁水23t，废钢2.3t，吹炼12min，提枪倒炉，测温1737℃，班长指挥出钢，该包包号为81#，包令41次，红包，钢包底部有渣壳，使用合金流槽出钢，先加合金，然后加入SiC6袋，约60kg，补加硅铝钡两锹约5kg，两锹锰铁，半锹硅铁，锰铁加入约180kg，硅铁加入约85kg，快出完钢时加挡渣球，出完钢后，吹氩，时间为2分零6秒，底吹，吹氩压力0.3Mpa，翻花，约2分钟后取样，取样时仍然在吹氩，成份没回来就指挥吊车将钢包吊起到连铸准备开机，平台温度1659℃，冶炼钢种为Q235

    炉前取样成份为：

    C0.10% Mn0.49% Si0.17% P0.021% S0.033%复验

    C0.09% Mn0.51% Si0.18% P0.021% S0.032%

    本炉钢吊运连铸平台镇静十分钟，连铸准备开浇，由于大包水口打不开。用氧气管烧水口，在割水口即将结束时，钢水突然从钢包的上口包盖与钢包的缝隙中喷出，将正在作业的操作工烧伤。

    4 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。

    5 预防对策

    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FeO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。

    第一次拉碳时的炉渣碱度为3.4~3.6。

    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。