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打印近幾年來，由于對鋼材質量的要求越來越高，特別是我國“十二五”期間要求鋼鐵企業(yè)生產國內短缺的高端鋼材品種，并延長產品的使用壽命，使得鐵水預處理顯得尤為重要。鐵水預處理脫硅也成為鋼鐵企業(yè)不可缺少的工序之一，特別在日本得到廣泛應用。同時，鐵水預處理脫硅也在國內迅速發(fā)展起來。本文主要介紹了國內外鐵水預處理脫硅的發(fā)展歷史、鐵水預脫硅的優(yōu)越性、脫硅方法及特點、脫硅渣的起泡問題和新技術開發(fā)等方面的內容。
爐外脫硅助推優(yōu)質鋼材生產
鐵水預處理脫硅是伴隨脫磷工藝發(fā)展應運而生的一種鐵水處理工藝，即在鐵水進入轉爐鋼煉前將鐵水中的硅去除，使之達到規(guī)定含量的工藝方法。其優(yōu)越性表現在幾方面：一是減少熔劑消耗，實現少渣煉鋼。鐵水中硅含量降低，在轉爐煉鋼時需要的溶劑量就會降低，渣量也會相應減少。二是大大縮短冶煉時間，提高轉爐效率。結合預脫硫、磷后的脫硅鐵水進入轉爐，只需脫碳工序，這樣最大限度地發(fā)揮了設備能力，且易于控制吹煉終點。三是為冶煉低磷鋼種提供必要條件。根據熱力學氧勢圖的選擇性氧化原理可知，Si較P優(yōu)先氧化生成SiO2，使得在脫磷時有充分的CaO與磷的氧化物反應，為冶煉低磷鋼種提供了必要的條件。研究表明，要想更好的脫磷，鐵水中硅的含量必須在0.15%以下。四是穩(wěn)定了轉爐冶煉操作，延長了爐襯的壽命，提高金屬收得率。脫硅后的鐵水在轉爐煉鋼時用的石灰減少，相應的渣量就會減少，因此減輕了對轉爐爐襯的侵蝕。同時，操作的過程中減少了噴濺的幾率，進而提高了金屬的收得率。
鐵水脫硅技術的發(fā)展
脫硅工藝是基于鐵水脫磷和轉爐煉鋼的需要而開發(fā)的一種新工藝。鐵水預處理脫硅技術的試驗和應用可以追溯到19世紀末期，當時該技術的工業(yè)化程度非常有限。而到20世紀30年代，為了改善平爐煉鋼的冶煉指標而發(fā)展了鐵水預處理脫硅；20世紀70年代國際石油危機爆發(fā)，鐵水預處理脫磷技術越來越受到鋼鐵企業(yè)的重視（特別是在日本）。而想更好的脫磷必須先將硅含量降低到一定的范圍之內，因此脫硅就顯得尤為重要。
鐵水預處理脫硅技術在歐美和亞洲得到了迅速的發(fā)展并逐漸形成了成熟的工藝，特別是在亞洲的日本。日本的大型鋼鐵公司都在使用脫硅處理技術，韓國浦項制鐵也在采用鐵水脫硅技術。表1為鐵水脫硅工藝在日本的應用情況。
我國很早就開始了鐵水預處理脫硅技術的開發(fā)和應用，20世紀50年代鞍鋼曾實行過鐵水溝脫硅和精煉爐脫硅，但是發(fā)展比較慢。20世紀80年代日本的脫硅技術迅速發(fā)展的時候，我國開始從日本引進技術和設備。如1987年，寶鋼與新日鐵簽訂了鐵水脫硅成套設備合同；1988年6月，太鋼二煉鋼從住友公司引進的脫硅設備投產；1988年12月，包鋼通過冶金部的脫硅技術鑒定。表2為脫硅技術在我國鋼鐵企業(yè)的應用情況。
鐵水預處理脫硅技術在我國雖然只有僅僅幾家鋼鐵企業(yè)在使用，但是隨著對高質量鋼材的需求增長，我國很多鋼鐵企業(yè)已經開始重視脫硅技術并做了一些研究。如酒鋼根據本廠鐵水條件和現場條件選擇了鐵水溝投撒法脫硅預處理方案，進行了現場試驗；梅山鋼鐵也開始對脫硅進行研究；上海一鋼在魚雷罐和鐵水溝投撒脫硅劑進行了脫硅試驗；北臺鋼鐵和山鋼萊鋼也對鐵水脫硅處理進行了研究。
探究鐵水脫硅之法
從鐵水預處理脫硅歷史的發(fā)展來看，鐵水預處理脫硅主要是發(fā)生在高爐-轉爐中間過程中，分為高爐爐內鐵水脫硅和高爐爐外鐵水預處理脫硅。但由于當時的技術和條件所限，高爐爐內脫硅僅處于試驗階段并沒有得到工業(yè)化推廣。因此目前高爐爐內鐵水脫硅已經被淘汰，而是采用高爐爐外鐵水預處理脫硅的方法。爐外脫硅方法分為高爐爐前連續(xù)脫硅法和鐵水預處理站脫硅法。
高爐爐前連續(xù)脫硅法。該方法是在高爐爐前將脫硅劑直接加入到鐵水溝進行脫硅，根據脫硅劑的加入方式有上置法（或投撒法）和鐵水溝噴吹法兩種。
上置法用振動給料器使脫硅劑自然落到鐵流液面上。脫硅劑的添加方法最早采用的是投入法，當時日本新日鐵公司君津廠采用此方法在傾動溜槽處連續(xù)投入脫硅劑，脫硅劑的粒度約為3mm，但當時的脫硅效率不高。上置法的脫硅設備簡單、脫硅劑的加入量調節(jié)方便、處理能力大，不需要另外的反應時間。但是，鐵水的脫硅效率低，爐前工作條件惡劣，終點硅可控性低，溫降小（新日鐵君津廠現場測試溫降為17℃）。
鐵水溝噴吹法是以壓縮空氣或氮氣將脫硅劑噴到鐵水表面或將噴槍埋入鐵水內部使脫硅劑噴入其中，利用噴吹動能和脫硅劑上浮達到脫硅的目的。該工藝是繼投入法之后，于20世紀90年代隨著技術的進步發(fā)展起來的。當時在日本川崎鋼鐵廠順利投產，使用的脫硅劑有燒結礦粉、軋鋼鐵皮和CaCO3，粒度小于1mm，脫硅效果好，脫硅率達到90%以上。鐵水溝噴吹法的處理能力大、脫硅效率高，且不需要另外的反應時間。但是，該法噴吹設備比較復雜，噴槍壽命短，成本高，終點硅可控性低，同時溫降也小。
鐵水預處理站脫硅法。該脫硅方法一般是由插入鐵水的噴槍把粉劑噴入鐵水中進行脫硅，粉劑與鐵水發(fā)生氧化反應將鐵水中的硅元素氧化來完成脫硅。此方法處理鐵水的能力大，工作壞境優(yōu)于上置法。但同時，該方法的設備復雜，設備成本高，操作不太穩(wěn)定，反應容器多為魚雷罐、鐵水罐和混鐵車。
在高爐-轉爐間設置鐵水預處理車間進行鐵水脫硅具有以下特點：一是脫硅終點比較容易控制，工作條件好，處理鐵水的能力大。此方法在一個相對固定的空間中進行，克服了高爐爐前出鐵鐵水硅含量的波動，不像高爐爐前那樣在鐵水流動的情況下對鐵水進行預處理脫硅，處理后鐵水的硅含量比較穩(wěn)定，脫硅終點比較容易控制。該方法的動力學條件較好，脫硅劑的利用率較高，處理鐵水的能力較大。二是預處理站吹氣脫硅鐵水溫降較大，鐵水罐或魚雷罐內襯侵蝕也較大。該方法的脫硅反應全部在鐵水容器(多為鐵水罐或魚雷罐)內分批進行，鐵水在高爐-轉爐間停留時間較長，因此爐襯侵蝕較大。如果在處理站吹氣脫硅，由于氣體出去時是以高溫氣體釋放，一般溫降為30℃~40℃。日本鹿島鋼鐵廠的魚雷罐噴吹脫硅現場測定的溫降為40℃。過去寶鋼在魚雷罐脫硅時為了彌補溫度的損失，采取用套管頂吹粉劑和氧氣脫硅，其中中心管氧氣的壓力為0.95MPa，氣氧比約為30%。三是容器維護成本高。鐵水罐或魚雷罐本身和內襯修砌設備造價較高，工作條件差，內襯修砌所需時間長，提高了物力和人力成本。四是操作不當可能造成噴濺事故的發(fā)生。鐵水罐或魚雷罐的容積和預留空間較小，在脫硅過程中會產生泡沫渣，操作不當易發(fā)生噴濺。泡沫渣的存在還會使鐵水罐裝載的鐵水容量減少。
雖然現在鐵水預處理脫硅技術得到了迅速的發(fā)展并不斷完善，但仍存在很多問題，主要有脫硅處理后脫硅渣中的FeO含量較高、脫硅效率不高、脫硅過程的起泡現象和操作不當可能造成的噴濺等。國內外許多的冶金專家和人士對這些問題進行了較為深入的研究，近幾年來，北京科技大學煉鐵室楊世山教授對新技術的開發(fā)做了很多的工作，其主張用KR機械攪拌法進行脫硅。由于魚雷罐和鐵水罐噴吹脫硅都會在罐內造成死區(qū)，脫硅不均勻、動力學條件變差，而KR攪拌法避免了上述的問題。
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- [責任編輯：Puyunyun]
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