[发明专利]防止氩氧精炼铬铁合金过程中发生喷溅的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用AOD炉精炼中低碳铬铁合金的生产工艺过程，特别涉及一种防止氩氧精炼铬铁合金过程中发生喷溅的控制方法。

背景技术

低碳铬铁合金是冶炼特种钢和超低碳结构钢的重要原料，它的碳含量越低和铬含量越高，其经济价值和使用价值就越高。目前冶炼低碳铬铁合金的方法主要为三步法和“波伦法”(Perrin)，其主要步骤为先生产碳含量(wt.％)大于8％的高碳铬铁合金，再以这种高碳铬铁合金为原料生产硅铬合金，再以硅铬合金为原料生产低碳铬铁合金，由此可获得碳含量(wt.％)低于0.5％的低碳铬铁合金。这类方法的缺点是工序长，电耗高，铬损失大。

近年研究尝试将碳含量(wt.％)大于8％、铬含量(wt.％)为60％～65％的高碳铬铁合金熔体，直接采用精炼不锈钢的AOD法进行顶、底复吹氩(氮)/氧混合气的方法来精炼获得低碳铬铁合金，习惯上称为一步半法。该方法以氧代电，可大大简化生产工序和降低生产成本，但到目前为止仍存在工艺不稳定、降碳困难、铬损失大和喷溅等问题。喷溅在转炉、AOD炉及电炉生产过程中时有发生，据有关文献统计喷溅事故占冶金行业事故的60.7％，喷溅发生率在11.6％-20％之间，而铬铁合金生产由于比炼钢温度高、炉容比小和原料中含S等杂质高等原因，其喷溅发生率更高，因而有效抑制喷溅发生，既是稳定氩氧精炼铬铁合金工艺的必然，也是保证设备和人身安全的需要。

在吹炼过程中由于氧气流股对熔池的冲击及脱碳反应产生的CO气体逸出，造成炉渣及金属液的飞溅是难以避免的，通常这种飞溅高度不会超过炉口，但 因某种条件具备时，会因金属液与渣液两相间发生剧烈的氧化反应，炉膛内产生大量的CO气体并夹带着炉渣和金属液瞬间从炉口喷出，被称之为喷溅。喷溅可分为爆发性喷溅、金属喷溅和泡沫性喷溅(习惯上称为大喷、小喷和微喷)。转炉和AOD炉冶炼的前、中、后期如果操作不当均会出现喷溅。喷溅不仅干扰冶炼设备正常工作(扰乱冶炼过程的物料平衡、氧平衡与热平衡，因喷出大量熔渣使脱硫、脱磷效果不佳，也限制了供氧强度)、降低钢铁的收得率(大喷时金属损失率高达3.6％，小喷时1.2％，微喷时也有0.5％)、损失热量、污染环境、喷溅因冲刷炉壁内衬导致炉龄降低、造成粘枪、烧枪、炉口和烟罩挂渣、严重时损坏设备，危及生命安全(喷溅导致的烫伤事故占炉前烫伤事故的80％以上)。

采用氩氧精炼方法冶炼中、低碳铬铁合金当前遇到的主要困难是：大量吹氧会与碳发生剧烈的氧化反应，产生大量反应气体易使粘度较大的铬铁合金熔体沸腾而导致其熔体和渣液迅速膨胀，发生“喷溅”事故。而降低吹氧量和降低吹氧压力虽可以避免和减轻其“飞溅”，但却难以冲入粘度较大的渣液和铬铁合金熔体中，使降碳变得困难。因而，在实现脱碳保铬的前提下，如何避免喷溅的发生，对保证产品质量、提高金属收益率、环保降耗及设备和人身安全都具有重要的现实意义。

熔池内碳氧反应不均衡发展，瞬时产生大量的CO气体，这是发生喷溅的根本原因。在转炉和AOD炉炼钢过程中，直接供氧反应1：C+O→CO和间接供氧反应2：[C]+(FeO)＝{CO}+[Fe]是两种主要脱碳反应，前者为放热反应，后者为吸热反应，其反应速度受供氧量、熔池碳含量、CO含量、渣中(FeO)含量和温度的共同影响。如果冶炼过程中控制不当(比如加料)，熔池骤然受到冷却，抑制了正在激烈进行的碳氧反应2，供入的氧气生成了大量(FeO)并聚积；当熔池温度 再度升高到一定程度(一般在1470℃以上)，(FeO)聚积到20％以上时，碳氧反应2重新以更猛烈的速度进行，在碳氧反应1和碳氧反应2的共同作用下，瞬间产生大量的CO气体，又由于此时FeO含量较高，渣液张力较小、渣液泡沫化程度较高和渣层较厚，导致CO逸出困难，当CO气体积集到较大能量后，就会从炉口夺路而出，同时还挟带着一定量的铁水和熔渣，形成较大的喷溅。可见，炉渣中FeO含量多少是影响喷溅发生的主要原因。此外，铁水成分(主要是硅、硫、磷的含量)、铁水温度、炉子状况(是新炉还是老炉，是否补炉)、渣量和炉容比也是影响喷溅的原因。