本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法。
背景技术：
转炉炼钢能够在短短20～30min内完成一炉钢的吹炼，这与泡沫渣的形成有非常紧密的关系。在转炉炼钢的过程中，氧气流股的冲击作用能够将金属液和熔渣击碎，溅出许多小液滴，液滴一部分被裹入炉气并随炉气一起运动，一部分返回熔池参加循环运动。同时，氧气流股本身也被击碎，与碳氧反应产物汇集在一起形成了大量的小气泡，这样气、渣、金属组成了三相乳化液，即泡沫渣。熔池中几乎所有的金属液都会经历液滴过程，有的甚至会经历多次液滴过程。由于泡沫渣的存在大大增加了气、渣、金属的反应界面，所以，它加快了转炉炼钢的反应速度，金属中2/3的碳是在泡沫渣中脱除的。
如果转炉内存在大量的泡沫渣，泡沫渣就会对气体的排出起到一定的阻碍作用。因此，在熔渣中就会滞留大量的气体，使渣面不断上涨，当炉渣接近炉口时，只要有一个不大的推力，炉渣就会夹带着金属液从炉口喷出，形成喷溅。当铁水中硅、磷的含量较高时，硅、磷氧化就会产生大量的sio2和p2o5，这时候就必须要增加石灰的加入量来平衡炉渣的碱度，进而增加渣量，增厚渣层，再加上sio2和p2o5是炉渣的表面活性物质，能够降低炉渣表面的张力，促进炉渣起泡。另外，炼钢是一个氧化性的气氛，熔渣中的(feo)含量较高，也就是熔渣的氧化性较好，而(feo)也是炉渣的表面活性物质，它能够促进炉渣起泡。
铁矿石是转炉炼钢常用的冷却料，有着很多优点，除了其冷却效应较强外，还有着其它优点：(1)铁矿石中的氧化铁与铁水中的si、c等进行还原反应，把fe给还原出来；(2)矿石中的氧化铁可以促进石灰溶解，有利于成渣，加速脱磷。但因铁矿石含氧量高，在钢水中碳氧反应活跃，易造成溢渣，使用过多，还会造成喷溅和冒烟等影响，从而限制了铁矿石在转炉内的使用量。铁矿石在转炉使用中带来的喷溅问题，是限制转炉内使用铁矿石的关键所在。
铁矿石在转炉中的熔化、还原涉及到一系列复杂的质量传输、热量传输以及化学反应，它们也都相互影响，如图1所示，铁矿石在加入到转炉后，其作用效果的本质为：(1)铁矿石在转炉内的吸热效应，包括物理吸热和化学吸热；(2)铁矿石的熔化与还原影响着渣中(feo)的含量，影响炉渣性质，从而影响着造渣。
经检索，中国发明专利申请201510227329.6公开了一种氧气转炉炼钢渣料的配加方法，将优化石灰、白云石、污泥球、铁矿石等渣料分批次配加，优化了炉渣过程和重点控制，减少过程中的喷溅和冒烟情况，降低了冶炼成本。但该申请中渣料中铁矿石含量仅有15％-17％，且明确说明，铁矿石含氧量较高，导致碳氧反应活跃，易造成冶炼前期的溢渣现象，铁矿石加入量过多，还会引起喷溅和冒烟。且该申请未能降低炼钢过程中钢铁料消耗的问题。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明相对于现有技术，使用了更多量的铁矿石，并根据转炉冶炼时期熔池温度的不同，通过控制所加入铁矿石的加入量、铁矿石的粒度，控制铁矿石缓慢持续地熔化，利用铁矿石的熔化来提供渣中(feo)的来源，减少吹炼过程钢铁料的消耗，提高氧气利用率，充分发挥其优点的同时，有效控制炉渣泡沫化的稳定性以及熔池中气体的析出速度，实现了快速造渣，又防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，调控加入铁矿石的粒度以及铁矿石的加入量，控制铁矿石对渣中(feo)积累量的影响，从而控制炉渣泡沫化的稳定性以及熔池中气体的析出速度，使得炉渣泡沫性出现的最大化的时间提前，这样在碳氧反应达到最大速度时，气体能够有效的排出，防止转炉泡沫性喷溅。
更进一步地，在转炉冶炼前期，控制熔池温度在1300℃～1450℃之间，为防止炉渣中(feo)的持续积累，采用低枪位操作，在保证转炉热量足够的情况下，加入造渣料，造渣料中铁矿石含量为40％～70％。熔池温度低于1300℃时，铁矿石难以熔化，不能有效的快速增大渣中(feo)的量，从而难于前期炉渣的形成；熔池温度高于1450℃后，进入碳氧反应激烈的温度区域，渣中产生的气体量最大，易产生喷溅。另外，本发明的出发点是增大转炉内铁矿石的使用量，富余的热量尽量采用铁矿石来平衡，造渣料中铁矿石含量为40％～70％的目的在于，根据热量的富余情况适当调整，但将铁矿石的加入比例增大到40％以上的根本目的在于利用铁矿石的熔化来提供渣中(feo)的来源，从而减少吹炼过程钢铁料的消耗，提高氧气利用率的同时，也实现了快速造渣的目的，而且实现快速成渣才能很好的避免泡沫性喷溅的发生。
更进一步地，所加入的铁矿石包括至少三组不同粒度的铁矿石。
更进一步地，所加入的铁矿石为三组不同粒度的铁矿石，其中m1组铁矿石的粒度为5～10mm，m2组铁矿石的粒度为10～15mm，m3组铁矿石的粒度为15～20mm。三组铁矿石的质量比为m1组：m2组：m3组＝(4.5～5.5)：(2.5～3.5)：(1.5～2.2)。本发明设置此处三组不同粒度的铁矿石，可保证铁矿石相对缓慢而持续的分解，从而一方面保证渣中(feo)的快速增加，另一方面保证吹炼平稳的进行。
更进一步地，三组铁矿石的质量比为m1组：m2组：m3组＝5：3：2。
更进一步地，在转炉冶炼前期，控制加入转炉内铁矿石完全熔化时的还原率在30％～50％之间。可使得铁矿石在熔化过程中快速增大渣中(feo)的量，保证炉渣熔点在1300℃以内，使得炉渣处于粘度较低的均相态。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，通过增大转炉内铁矿石的使用量，加入铁矿石的量占造渣料(石灰等)的40％～70％，迅速平衡富余的热量，并利用铁矿石的熔化来提供渣中(feo)的来源，减少吹炼过程钢铁料的消耗，提高氧气利用率，加速了造渣料中石灰的融解，防止未完全融解的石灰在渣中形成固体悬浮物，阻止相邻液滴聚结增大炉渣泡沫性。
(2)本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，控制反应温度在1300～1450℃之间，确保铁矿石能够顺利熔化，又不会造成太过激烈的碳氧反应，避免产生大量气体造成喷溅。
(3)本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，反应初期采取低枪位操作，加强熔池的搅拌，加速了渣中(feo)的消耗，避免铁矿石熔化带来渣中(feo)的过分积累。
(4)本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，通过配加不同粒度的铁矿石，可以有效控制铁矿石的熔化时间，使得铁矿石缓慢而持续地分解，控制铁矿石在完全熔化时的还原率处于30％～50％之间，从而控制炉渣泡沫化的稳定性以及熔池中气体的析出速度。
(5)本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，在转炉冶炼初期，通过对铁矿石不同粒度的调整，可以使其持续性的受热熔化、还原，使得铁矿石在熔化过程中留下更多的铁氧化物，快速增大渣中(feo)的量，保证炉渣熔点在1300℃以内，使得炉渣处于粘度较低的均相态。
(6)本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，通过在转炉冶炼初期，加入足量铁矿石，并配以不同粒径，确保了快速造渣，使得炉渣泡沫性出现的最大化的时间提前，这样在碳氧反应达到最大速度时，气体能够有效的排出，防止转炉泡沫性喷溅。
附图说明
图1为铁矿石在转炉中熔化、还原涉及到的质量传输、热量传输以及化学反应示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作详细描述。
本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，鉴于铁矿石加入到转炉后，首先是铁矿石的熔化以及在熔化过程中的还原反应。由于铁矿石在熔化中不可能全部被还原，而且在不同条件下，铁矿石熔化过程中的还原速率不同，故铁矿石的加入时机不同，对转炉渣中(feo)含量的影响有很大的区别，从而产生的结果也不同。故控制铁矿石在转炉内熔化过程中的还原率，就是直接控制着后续炉渣的氧化性，继而控制转炉的造渣行为和防止喷溅的产生。综合考虑温度、铁矿石的加入量、铁矿石的粒度对铁矿石完全熔化时间的影响，以及温度、铁矿石熔化时间对铁矿石还原率的影响规律，从而根据转炉冶炼前期熔池温度较低时，控制所加入铁矿石的加入量、铁矿石的粒度，来有效的控制铁矿石在完全熔化时的还原率，把控铁矿石的加入对不同时期转炉渣中(feo)含量的影响，充分发挥转炉内使用铁矿石的优点，满足转炉造渣的需求，避免泡沫性喷溅的发生。
在转炉冶炼初期加入铁矿石后，易出现前中期溢渣的现象主要原因在于：铁矿石的加入后，渣中(feo)增加及熔池温度偏低造成的炉渣泡沫化增大，且当碳氧反应达到最大速度的时间，与炉渣泡沫性最大的时间相迭加时，造成溢渣或喷溅现象的发生。
因为碳氧反应达到最大速度的时间，在于熔池温度的逐渐升高，故要防止喷溅现象的出现，最有效的方法是确保快速造渣，避免渣中固相的析出，确保冶炼初期加入的石灰溶解完全，使得炉渣泡沫性出现的最大化的时间提前，这样在碳氧反应达到最大速度时，气体能够有效的排出，从而避免喷溅的发生。
本发明的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，根据转炉冶炼时期熔池温度的不同，通过控制所加入铁矿石的加入量、铁矿石的粒度，能够防止铁矿石引起的转炉泡沫性喷溅，其主要原因在于铁矿石在转炉熔池环境下的熔化受熔池温度和铁矿石本身性质的影响较为显著。发明人针对此问题潜心研究发现，铁矿石在转炉熔池内“铁浴”环境下的熔化、还原，首先受熔池温度的影响较为显著，且温度越高，熔化、还原的速率越快；其次，铁矿石熔化为逐渐软熔的过程，即铁矿石的熔化是由外向内逐渐层层熔化反应的过程，发明人更进一步发现，对于大颗粒的铁矿石而言，产物层的物质扩散和热传递是控制其熔化速率的主要因素；而随着颗粒尺寸的减小，其影响力越来越小，更容易熔化，即不同粒度大小铁矿石的分解速率是显著不同的。
据此，发明人在转炉冶炼初期，熔池温度在1300℃～1450℃之间时，加入造渣料。且经过大量的理论分析与实验论证，发现调整加入铁矿石的量占造渣料(石灰等)的40％～70％，采用三组不同粒度的铁矿石，即m1组铁矿石的粒度为5～10mm，m2组铁矿石的粒度为10～15mm，m3组铁矿石的粒度为15～20mm。且三组铁矿石的质量比控制在(4.5～5.5)：(2.5～3.5)：(1.5～2.2)时，粒度较小的铁矿石迅速熔化增大渣中的(feo)含量，粒度较大的铁矿石相对缓慢熔化，降低铁矿石的冷却效应，在其持续性的受热熔化、还原时，可将加入转炉内的铁矿石在完全熔化时，其还原率控制在30％～50％之间，从而使得铁矿石在熔化过程中快速增大渣中(feo)的量，保证炉渣熔点在1300℃以内，使得炉渣处于粘度较低的均相态，加速石灰的溶解，确保快速造渣，使得炉渣泡沫性出现的最大化的时间提前，这样在碳氧反应达到最大速度时，气体能够有效的排出，防止转炉泡沫性喷溅。同时，熔化的铁矿石与石灰形成熔点低于1300℃的铁酸钙，从而加速初期渣的形成，加速石灰的溶解，防止未完全溶解的石灰在渣中形成固体悬浮物，阻止相邻液滴聚结增大炉渣泡沫性。确保快速造渣，使得炉渣泡沫性出现的最大化的时间提前，这样在碳氧反应达到最大速度时，气体能够有效的排出，防止转炉泡沫性喷溅。
实施例1
本实施例的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，在120t转炉兑入温度为1300℃的铁水，降枪点火吹炼后，加入占总造渣料重量50％的粒度为5.0～20.0mm(当量直径)的铁矿石。且所加入的铁矿石为三组不同粒度的铁矿石，其中m1组铁矿石的粒度为5～8mm，m2组铁矿石的粒度为10～12mm，m3组铁矿石的粒度为16～28mm。三组铁矿石的质量比为m1组：m2组：m3组＝5：3：2。整个过程吹炼平稳，无喷溅现象。
实施例2
本实施例的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，在120t转炉兑入温度为1320℃的铁水，降枪点火吹炼后，加入占总造渣料重量60％的粒度为5.0～20.0mm(当量直径)的铁矿石。且所加入的铁矿石为三组不同粒度的铁矿石，其中m1组铁矿石的粒度为6～10mm，m2组铁矿石的粒度为12～15mm，m3组铁矿石的粒度为15～20mm。三组铁矿石的质量比为m1组：m2组：m3组＝4.5：3.5：2.2。通过控制造渣料的加入时机及加入量，控制加入转炉内铁矿石完全熔化时的还原率在30％～50％之间。整个过程吹炼平稳，无喷溅现象。
实施例3
本实施例的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，在120t转炉兑入温度为1350℃的铁水，降枪点火吹炼后，加入占总造渣料重量70％的粒度为5.0～20.0mm(当量直径)的铁矿石。且所加入的铁矿石为三组不同粒度的铁矿石，其中m1组铁矿石的粒度为5～9mm，m2组铁矿石的粒度为10～13mm，m3组铁矿石的粒度为17～20mm。三组铁矿石的质量比为m1组：m2组：m3组＝5.5：2.5：1.5。通过控制造渣料的加入时机及加入量，控制加入转炉内铁矿石完全熔化时的还原率在30％～45％之间。整个过程吹炼平稳，无喷溅现象。
实施例4
本实施例的一种防止铁矿石引起转炉泡沫性喷溅的方法，在120t转炉兑入温度为1450℃的铁水，降枪点火吹炼后，加入占总造渣料重量50％的粒度为5.0～20.0mm(当量直径)的铁矿石。且所加入的铁矿石为四组不同粒度的铁矿石，其中m1组铁矿石的粒度为5～7mm，m2组铁矿石的粒度为10～12mm，m3组铁矿石的粒度为14～16mm，m4组铁矿石的粒度为18～20mm。三组铁矿石的质量比为m1组：m2组：m3组：m4组＝5：2：1：2。整个过程吹炼平稳，无喷溅现象。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。