轉(zhuǎn)爐爐氣（CO）分析在煉鋼過(guò)程中的應(yīng)用

梁三清  劉小剛  陳  帥  劉  瓊

（山西新泰鋼鐵有限公司）

摘  要：本文通過(guò)優(yōu)化用于回收轉(zhuǎn)爐煤氣的煤氣檢測(cè)儀，將所檢測(cè)數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)線狀圖形傳至爐前操作室，根據(jù)煤氣中CO的變化情況，來(lái)判斷溢渣、噴濺、返干等狀況，并及時(shí)作出調(diào)整。從而有效的保證轉(zhuǎn)爐冶煉的順利進(jìn)行，降低成本。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；煤氣檢測(cè)儀；CO；噴濺：返干

Application of the convert gas analysis in the steelmaking process

Abstract：By optimizing gas escape detector of the converter coal gas recovery system,the obtained data is delivered to front operation room in the form of real time polyline graph. The overflow slag,splash,and slag getting dry can be determined based on the CO variation in the coal gas,consequently some adjustments can be made in time.Thus,it is guaranteed that the converter steelmaking equipment runs smoothly ,and the cost is lowered correspondingly.

Key word：Converter;gas detector,CO,splash,slag getting dry

1 前言：

21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)大型鋼廠頻頻出現(xiàn)，自動(dòng)化設(shè)備也日夜更新，部分頂尖的大型企業(yè)也基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化煉鋼。然而由于近些年鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)能過(guò)剩，使得整個(gè)行業(yè)處在一個(gè)低谷期，對(duì)于大部分仍處于經(jīng)驗(yàn)式煉鋼的中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，高成本煉鋼的同時(shí)，無(wú)力于投資更新自動(dòng)化設(shè)備，特別是對(duì)于冶煉原料波動(dòng)較大的企業(yè)，轉(zhuǎn)爐噴濺、終點(diǎn)命中率偏低等不確定因素，造成煉鋼原料及成本的巨大浪費(fèi)。

2 分析儀操作原理

在煉鋼過(guò)程中，由煙道排出的氣體主要有爐內(nèi)C、O反應(yīng)生成的CO、CO2，以及由底吹A(chǔ)r及爐口吸入的空氣組成的CO 、CO2 、Ar 、H2 、N2等，其中CO的生成及變化直接影響了爐氣總體的組成比例。所以在穩(wěn)定的操作環(huán)境下，通過(guò)分析爐氣中CO的曲線圖完全可以反映爐內(nèi)的反應(yīng)狀況。

煤氣分析儀通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)爐爐氣中CO和O2含量，用于回收有效煤氣。但往往由于安裝位置靠后，且沒(méi)有有效地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與爐內(nèi)反映情況結(jié)合，使得其更大的作用沒(méi)有全部發(fā)揮出來(lái)。鑒于C、O反應(yīng)的理論基礎(chǔ)結(jié)合實(shí)踐中的影響因素，在轉(zhuǎn)爐煙道前端位置安裝煤氣分析儀（如下圖），盡量縮短實(shí)時(shí)氣體的監(jiān)測(cè)時(shí)間（可以控制在5s～7s），通過(guò)軟件繪制成直觀線性曲線，可以更有效直接的控制爐內(nèi)反應(yīng)。特別是對(duì)預(yù)測(cè)噴濺、返干及終點(diǎn)命中率有明顯的提高。

3 噴濺返干原理

   噴濺的動(dòng)力在于氣，而氣又源于爐內(nèi)C、O的反應(yīng)，所以控制了爐內(nèi)C的反應(yīng)速度，就控制了噴濺的動(dòng)力，而通過(guò)CaO-SiO2-FeO三相圖可得知(FeO)的多少?zèng)Q定著爐渣液相的性質(zhì)，w（FeO）越高，爐渣液相比例越高，并且由于FeO的存在降低了爐渣表面張力，爐渣就越易起泡，當(dāng)FeO過(guò)高時(shí)，在高速反應(yīng)的C、O氣體推動(dòng)下就易形成泡沫噴濺，反之，當(dāng)w（FeO）過(guò)低，渣中固相比例增加，爐渣趨于粘稠，形成返干。嚴(yán)重時(shí)，石灰渣化呆滯，鋼水裸露表面。

4 CO爐氣曲線的實(shí)際應(yīng)用

在冶煉過(guò)程中，由于受冶煉條件的限制,開(kāi)始階段C未被大量的氧化,供入的O2主要以鐵水中Si、Mn、P以及Fe等元素氧化為主。隨著溫度的升高以及各元素的氧化，4～5 min 后脫碳條件趨于成熟,C便開(kāi)始大量氧化,爐氣中CO值隨即迅速升高，在冶煉中期脫碳速度相對(duì)穩(wěn)定情況下,CO 變化較為平緩。在冶煉末期,由于熔池中碳值急劇下降, CO 值也大幅度下降。如果吹煉過(guò)程中出現(xiàn)爐渣的返干或噴濺異�，F(xiàn)象,CO 就將出現(xiàn)相應(yīng)的異常變化。如下圖，正常爐況和平穩(wěn)吹煉過(guò)程中, CO爐氣成分表現(xiàn)出較為平滑的變化趨勢(shì)。

下面就幾個(gè)典型的曲線異常圖加以舉例說(shuō)明。

4.1 前期溢渣曲線圖

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，冶煉初期隨著鐵水中Si、Mn、P以及Fe等元素的開(kāi)始氧化，C也在同步氧化，并且隨著溫度的不斷提升，CO含量也在升高。吹煉2 min左右，加入的第一批渣料以及被氧化的元素也開(kāi)始在不斷反應(yīng)，形成第一批熔渣，這個(gè)時(shí)候也就是起渣過(guò)程。但由于前期溫度以及氧槍操作的影響，直接影響到渣系的形態(tài)及構(gòu)成，同時(shí)反映在CO曲線圖上，就是CO值在達(dá)到一個(gè)小峰值后，開(kāi)始降低（如圖）。

這個(gè)過(guò)程主要是由于鐵水中其他非鐵元素與碳以及實(shí)時(shí)溫度的不匹配，造成中間的氧化斷檔，只能通過(guò)鐵氧化來(lái)補(bǔ)充，從而造成的前期的泡沫渣溢出。曲線特征表現(xiàn)為CO值回落迅速，且幅度較大。該種異常需要及時(shí)調(diào)整槍位以及加以部分渣料打破泡沫渣細(xì)，同時(shí)開(kāi)始4.2 中期噴濺曲線圖

爐渣噴濺時(shí)爐氣中CO 變化情況見(jiàn)圖4。

在圖中CO 急劇突降、突升,此時(shí)便發(fā)生嚴(yán)重的噴濺。在正常的冶煉中期，C、O反應(yīng)比較平穩(wěn)，CO的突然降低時(shí)則意味著大量的CO 留存在爐渣中,積累到一定程度就會(huì)在突然間噴發(fā),并攜帶一定量的爐渣,即為噴濺。發(fā)生其積累的原因是,中期槍位偏高，使得FeO過(guò)剩，當(dāng)達(dá)到一定含量時(shí)，產(chǎn)生的乳化渣系開(kāi)始體積膨脹至爐口,而脫碳反應(yīng)仍以連續(xù)高速的方式激烈進(jìn)行,源源不斷產(chǎn)生的CO 大量積累在乳化系中,當(dāng)表層粘稠的爐渣憋不住已積累到由量變到質(zhì)變的CO 時(shí),噴濺就爆發(fā)了。另一個(gè)噴濺的原因就是在中期由于短時(shí)間內(nèi)冷料的過(guò)多加入，使得爐內(nèi)的C、O反應(yīng)急劇降低，從而打破了FeO的介質(zhì)平衡點(diǎn)，當(dāng)爐內(nèi)溫度再度升高時(shí)，C、O反應(yīng)重新開(kāi)始以激勵(lì)的速度進(jìn)行，短時(shí)間排出大量的CO氣體進(jìn)入泡沫渣中，由于渣中含有大量的FeO而急劇膨脹，同時(shí)攜帶一部分鋼水涌出爐口，便形成了爆發(fā)性噴濺。該種異常現(xiàn)象如果直接降低槍位，極有可能釀成大噴,所以需要快速活動(dòng)槍位，先提槍打破泡沫渣系，然后降低槍位盡可能快的消耗FeO，情節(jié)嚴(yán)重時(shí)需要反復(fù)調(diào)整槍位，并且配以少量的壓噴劑。

4.3 中期返干曲線圖

圖5 為爐渣返干時(shí)CO的相應(yīng)變化。在圖5中CO 出現(xiàn)“駝峰”, CO的含量顯著高于正常值，這是因返干期的爐渣變得粘稠甚至僵硬所致。

氣- 液- 渣乳化系的泡沫性變差,乳化系的表面下沉,導(dǎo)致由碳氧化生成的CO 上升阻力減小,乳化系“留不住”上升的CO 氣體,短時(shí)間內(nèi)CO含量急劇升高。該異�，F(xiàn)象，首先需要通過(guò)各自爐座的實(shí)際情況以及累積的曲線圖分析出正常狀態(tài)下的形態(tài)走勢(shì)圖，然后根據(jù)實(shí)時(shí)爐次的具體參數(shù)，判斷是否返干。確認(rèn)返干后，就必須及時(shí)的提高槍位或者加入礦石等手段消除返干現(xiàn)象。

另根據(jù)不同C、O反應(yīng)實(shí)時(shí)曲線圖，對(duì)爐內(nèi)實(shí)際的溫度走向以及冶煉終點(diǎn)脫C情況，均能做出快捷有效地指導(dǎo)。操作者可參考曲線走勢(shì)，來(lái)判斷各階段的溫度變化情況，從而及時(shí)調(diào)整氧槍以及渣料。同時(shí)根據(jù)曲線終點(diǎn)來(lái)判斷終點(diǎn)C的含量，以便更好的控制終點(diǎn)命中率。

5 結(jié)語(yǔ)：

由以上討論可知,在正常爐況和平穩(wěn)吹煉過(guò)程中, CO爐氣成分表現(xiàn)出較為平滑的變化趨勢(shì)。在工況條件下CO爐氣成分發(fā)生異常時(shí),均會(huì)表現(xiàn)出各自的異常特征,所以據(jù)此可作為不同目的的預(yù)報(bào)。在充分研究CO爐氣成分變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,再結(jié)合合理的機(jī)理模型,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)的預(yù)報(bào)及全程動(dòng)態(tài)監(jiān)控。