電弧爐高溫脫碳優(yōu)化探討

虎廣文，龔波濤，文 歡， 文 權(quán)

（攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司， 四川 攀技花 617023）

電弧爐煉鋼強(qiáng)化用氧技術(shù)迅速發(fā)展，從而使得冶煉時(shí)間縮短，生產(chǎn)節(jié)奏加快，成本逐步下降，鋼產(chǎn)量大幅提高。目前，攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司（全文簡(jiǎn)稱攀鋼）用氧技術(shù)采用爐門自耗式氧槍技術(shù)。應(yīng)工藝要求，攀鋼電爐出鋼溫度為1 640～1 660℃。對(duì)于部分熔清碳偏高爐次，攀鋼用氧脫碳時(shí)間長(zhǎng)，大沸騰現(xiàn)象屢次出現(xiàn)，致使生產(chǎn)節(jié)奏紊亂，甚至引發(fā)大噴濺，嚴(yán)重危及設(shè)備人身安全，因此有必要對(duì)大沸騰、大噴濺產(chǎn)生的原因及其對(duì)策進(jìn)行探討，杜絕或減少事故發(fā)生。

1 電爐設(shè)備及工藝

電弧爐技術(shù)參數(shù)見表1。攀鋼入爐料以渣鋼鐵、廢鋼生鐵為主，由廢鋼料籃加入電弧爐爐內(nèi)。電弧爐設(shè)有爐門自耗式氧槍，及時(shí)吹氧噴碳造泡沫渣，進(jìn)行埋弧操作。采用偏心底出鋼、留鋼留渣操作。

2 吹氧脫碳實(shí)踐

表1 電弧爐技術(shù)參數(shù)

攀鋼吹氧設(shè)備有爐門氧槍，爐壁集束氧槍。參數(shù)見表2。原料來源混雜，致使電爐冶煉過程中部分爐次熔清碳偏高（大于0.7%），尤其是在電爐爐料熔清溫度超過1 550℃時(shí)，在不出現(xiàn)大沸騰的情況下，盡可能縮短脫碳時(shí)間對(duì)于電爐生產(chǎn)尤為重要。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：以生產(chǎn)HRB400鋼種為例，采用爐門氧槍和爐壁集束氧槍配合集中脫碳增加氧氣射入熔池流量的方法不僅未起到脫碳效果反而造成大沸騰頻發(fā)。因此，為避免大沸騰，單獨(dú)采用爐門氧槍脫碳。表3為部分熔清碳偏高（大于0.7%）爐次（18爐）采用爐門氧槍（最大耗氧量）脫碳具體數(shù)據(jù)。

表2 氧槍設(shè)備具體參數(shù)

表3 熔清碳偏高爐次數(shù)據(jù)表

由表2，表3可知，熔清后采用爐門氧槍脫碳，熔清碳偏高爐次脫碳時(shí)間成為影響生產(chǎn)順行主要因素；耗氧量為最大時(shí)，單位時(shí)間（min）內(nèi)平均脫碳量為0.022%；每噸鋼脫碳量為0.01%時(shí)耗氧量0.232 m3；脫碳時(shí)間長(zhǎng)[1，2]，單位時(shí)間脫碳量偏低；同時(shí)，通過降低氧氣流量脫碳并沒有有效避免大沸騰，反而因脫碳時(shí)間長(zhǎng)，加大大沸騰發(fā)生幾率。

3 高溫脫碳探討

3.1 大沸騰成因

煉鋼過程中熔池的沸騰根本原因是由于碳氧反應(yīng)生成了CO氣相，主要的化學(xué)反應(yīng)如下：

碳氧反應(yīng)產(chǎn)生CO氣體，放出熱量，使熔池沸騰、升溫。鐵氧化物分解是吸熱反應(yīng)[3]，大量的鐵氧化物主要在碳氧化前已經(jīng)產(chǎn)生。一般而言，只有Si、Mn元素幾乎全部氧化或者溫度高于1 530℃時(shí)碳才大量氧化。溫度限以下，爐內(nèi)積累過量氧化鐵，隨著熔池溫度升高，碳氧化速度迅速提高，大量CO氣體和能量瞬間釋放就會(huì)大沸騰；溫度高于溫度限，淺吹氧脫碳，使得渣中氧化鐵富集，產(chǎn)生大沸騰。

爐壁集束氧槍氧氣射流呈散射狀，吹破渣面進(jìn)入鋼液，渣中存在大量截流氧，配合爐門氧槍吹氧脫碳，熔池劇烈攪拌，溫度低于溫度限時(shí)，氧化鐵大量富集；高于溫度限時(shí)，碳氧反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大沸騰。單獨(dú)采用爐門氧槍，靠近爐門口附近區(qū)域碳氧反應(yīng)劇烈，熔池為熱區(qū)—高溫、富氧、低碳；非供氧位置（偏心區(qū)），攪拌效果差，化學(xué)反應(yīng)不活躍，熔池為冷區(qū)—低溫、低氧、高碳。隨著冶煉過程的不良發(fā)展，氧化鐵富集，熱區(qū)和冷區(qū)不平衡加劇，導(dǎo)致大沸騰[4,5]。

3.2 高溫脫碳優(yōu)化

優(yōu)化爐料配比可在一定程度上減少熔清碳偏高情況的出現(xiàn)，但不能根本消除。解決途徑在于縮短脫碳時(shí)間。具體優(yōu)化措施有：

1）持續(xù)噴碳粉造泡沫渣。溫度低于溫度限，爐門碳槍持續(xù)噴碳粉造泡沫渣，避免熔池冷區(qū)和熱區(qū)不平衡加?。唤档驮醒趸F含量，形成良好的脫碳環(huán)境。升溫至溫度限以上，溫度高，脫碳速度快，氧化鐵富集，繼續(xù)噴碳粉造泡沫渣；通過噴碳粉造泡沫渣，均衡熔池溫度，同時(shí)，渣中氧化鐵與碳粉反應(yīng)，熔池劇烈攪拌，避免渣中氧化鐵富集，消除大沸騰。

2）爐門氧槍和爐壁集束氧槍配合吹氧脫碳，氧氣射入量達(dá)5 600 m3/h，加快脫碳速度、縮短脫碳時(shí)間。

3）操作精細(xì)化。溫度限以下，爐門氧槍為主、爐壁集束氧槍為輔助配合吹氧，同時(shí)間斷噴碳粉造泡沫渣，均勻熔池溫度，降低氧化鐵含量。溫度達(dá)到溫度限以上，強(qiáng)化脫碳，爐門氧槍和爐壁氧槍同時(shí)強(qiáng)氧脫碳，持續(xù)噴碳粉造泡沫渣；因我廠爐門氧槍和噴粉槍為一體兩管式安裝，爐門氧槍停吹氧換裝氧管期間，停止?fàn)t壁集束氧槍吹氧，待爐門氧槍吹氧并噴粉形成泡沫渣后開始爐壁集束氧槍吹氧。

4 結(jié)語

采用爐門氧槍和爐壁集束氧槍吹氧脫碳，并配合造泡沫渣，不但提高了單位時(shí)間脫碳速度及縮短了爐料熔清后脫碳時(shí)間；而且避免了溫度在溫度限以上熱區(qū)和冷區(qū)的不平衡加劇，氧化鐵控制在合理范圍內(nèi)，盡可能的避免了大沸騰事故發(fā)生。