KR工序鐵水預(yù)脫硅工業(yè)試驗研究

王小璞

（山鋼集團(tuán)日照有限公司煉鋼項目部，山東日照276826）

KR工序鐵水預(yù)脫硅工業(yè)試驗研究

王小璞

（山鋼集團(tuán)日照有限公司煉鋼項目部，山東日照276826）

萊鋼煉鋼廠利用KR脫硫設(shè)備進(jìn)行了鐵水預(yù)脫硅工業(yè)試驗，試驗確定鐵水目標(biāo)［Si］為0.25%～0.35%。采用新型脫硅劑，脫硅氧效率達(dá)70%以上，脫除0.1%［Si］脫硅劑消耗量為9.85 kg/t。影響KR脫硅效率的主要是脫硅渣堿度、鐵水溫度和加料速度。分析認(rèn)為，合適的脫硅渣堿度為0.5～0.8，脫硅起始鐵水溫度為＜1 350℃，脫硅劑加料速度為3.5～4.5 kg/s。

鐵水；預(yù)脫硅；脫硅氧效率；堿度；下料速度

1　前言

傳統(tǒng)上，一般將鐵水中的［Si］視為轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要熱源之一，但通過相關(guān)反應(yīng)熱效應(yīng)計算，鐵水中的［Si］并不是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要熱源。盡管硅元素氧化反應(yīng)能放出大量的熱，但同時為了調(diào)整爐渣堿度又必須加入一定量的石灰，石灰升溫和熔化需吸收大量的熱，這占用了大部分鐵水［Si］氧化生成的熱量。并且鐵水［Si］高對轉(zhuǎn)爐煉鋼還有以下不利影響：一是硅元素在煉鋼轉(zhuǎn)爐內(nèi)反應(yīng)劇烈，供氧2 min內(nèi)鐵水［Si］已為痕量，瞬間產(chǎn)生的熱量不利于穩(wěn)定化渣，且易產(chǎn)生爆發(fā)性噴濺；二是為確保爐渣堿度，鐵水中［Si］增高需額外增加石灰、白云石等渣料消耗，增加的渣量勢必帶來金屬料的損失［1］。以萊鋼目前15%左右的爐渣全鐵含量計算，降低0.1%的鐵水［Si］，可以降低渣量10 kg/t，降低金屬料消耗1.5 kg/t。因此，低硅冶煉是追求的目標(biāo)。

轉(zhuǎn)爐煉鋼KR工序主要是鐵水預(yù)處理脫硫，采用機(jī)械攪拌的方式將石灰等脫硫劑攪入鐵水中，具有生產(chǎn)成本低、攪拌強(qiáng)度大等優(yōu)點。相比鐵水溝和魚雷罐車內(nèi)噴吹脫硅［2］，具有攪拌強(qiáng)度大、成分混勻性好、爐渣發(fā)泡可控的優(yōu)點，因此組織開展了在KR工序進(jìn)行鐵水預(yù)處理脫硅試驗。

2　脫硅試驗基本情況

2.1鐵水脫硅目標(biāo)

根據(jù)其他鋼廠的生產(chǎn)成本分析經(jīng)驗數(shù)據(jù)，依據(jù)冶煉的鋼種不同選擇不同的放鋼溫度。高溫出鋼（1 700±10）℃時冶煉成本最低的鐵水［Si］在0.4%，低溫出鋼（1 620±10）℃時冶煉成本最低的鐵水［Si］在0.2%［3］。目前，萊鋼現(xiàn)場冶煉鋼種放鋼溫度基本在1 630～1 660℃，因此考慮將脫硅試驗?zāi)繕?biāo)［Si］確定為0.25%～0.35%。

受當(dāng)前鋼鐵市場的影響，萊鋼煉鋼廠入廠鐵水存在成分波動大、鐵水［Si］高的問題。2015年1—11月入廠鐵水［Si］平均0.403%，但分布不均，鐵水［Si］＜0.35%的占51.88%，不需要進(jìn)行脫硅處理；［Si］含量在0.36%～0.55%的占39.2%，需要進(jìn)行脫硅處理。受鐵水罐凈空、鐵水脫硅過程溫降以及處理時間的影響，預(yù)處理脫硅量也有一個合適的范圍，因此［Si］＞0.55%的鐵水，建議在脫硅后再進(jìn)行折罐處理，能夠滿足鐵水［Si］目標(biāo)要求。本次試驗脫硅處理的鐵水初始［Si］含量為0.36%～0.55%。

2.2脫硅氧效率及脫硅穩(wěn)定性

試驗所用脫硅劑為新型鐵水預(yù)處理脫硅劑，相比傳統(tǒng)脫硅劑如燒結(jié)礦粉、氧化鐵皮，優(yōu)點在于脫硅過程鐵水罐爐渣起泡輕微可控，避免了溢渣危害，且脫硅效率穩(wěn)定，可實現(xiàn)對鐵水硅含量的精確控制［4］。從脫硅試驗數(shù)據(jù)可以看出，脫硅劑脫硅氧效率平均在73.48%，脫除0.1%［Si］的脫硅劑消耗平均在9.85 kg/t。

圖1為28罐次鐵水脫除0.1%［Si］噸鋼的脫硅劑消耗量。在均值（9.85±2）kg/t的范圍內(nèi)，囊括了24罐次，充分說明了新型脫硅劑脫硅性能的穩(wěn)定。一方面，有利于操作穩(wěn)定，可精準(zhǔn)控制每罐次鐵水硅含量；另一方面，說明了脫硅劑性能的穩(wěn)定，避免了由于脫硅劑反應(yīng)不充分而局部聚集，進(jìn)而在兌鐵、運(yùn)輸過程中發(fā)生爆發(fā)性噴濺的可能性。

3　影響脫硅氧效率的因素

脫硅氧效率指的是脫硅劑中參與脫硅反應(yīng)的氧化物同加入總量之間的比值。影響鐵水預(yù)處理脫硅效率的因素包括脫硅爐渣的堿度、攪拌強(qiáng)度、溫度、下料速度等。攪拌強(qiáng)度主要參考鐵水脫硫攪拌參數(shù)，因此，主要的研究因素是爐渣堿度、溫度和下料速度。

圖1　脫除0.1%［Si］脫硅劑噸鐵消耗

3.1脫硅渣堿度

圖2為試驗罐次脫硅氧效率同爐渣堿度的關(guān)系。可以看出，脫硅渣堿度與脫硅氧效率呈正相關(guān)關(guān)系。渣中堿度提高使（SiO2）活度下降，而渣中（FeO）的活度卻有所升高，因此提高堿度能夠增加脫硅氧效率。太鋼在對脫硅渣所做的巖礦相觀察與實驗研究認(rèn)為，脫硅渣堿度以0.5～0.8為宜，因為此時脫硅渣處于有強(qiáng)結(jié)晶能力的硅灰石區(qū)時，爐渣有較強(qiáng)的反應(yīng)能力，可使（FeO）中的氧利用較為充分，同時熔渣熔點和黏度均較低，有利于反應(yīng)氣體逸出和扒渣［5］。

圖2　脫硅氧效率同脫硅渣堿度的關(guān)系

在現(xiàn)場操作時也可以看出，當(dāng)脫硅渣堿度低于0.5時，爐渣流動性差，強(qiáng)攪過程一直甩固態(tài)的鐵花，終渣黏稠。根據(jù)渣樣將堿度調(diào)至0.5以上后，在強(qiáng)攪1～3 min后就可以觀察到甩出的液態(tài)渣片，扒渣時也能夠看到爐渣流動良好。若繼續(xù)提高堿度，一是增加石灰混合料用量，二是增加了石灰熔化的困難，降低了脫硅渣的流動性，并不利于脫硅反應(yīng)，因此脫硅渣合適的堿度選擇應(yīng)在0.5～0.8。

3.2反應(yīng)溫度

圖3為脫硅氧效率同脫硅溫度的關(guān)系。可以看出，隨著反應(yīng)溫度的提升，脫硅氧效率逐步增加，這同脫硅反應(yīng)的熱力學(xué)分析是一致的。根據(jù)現(xiàn)場實踐，若要確保脫硅過程脫硅效率穩(wěn)定，初始脫硅溫度應(yīng)在1 350℃以上。溫度＜1 350℃，容易出現(xiàn)脫硅劑熔化緩慢，終渣流動性差，也不利于脫硅后的脫硫處理。但若入站鐵水溫度＞1 450℃，脫硅劑加入后反應(yīng)迅速，但爐渣容易發(fā)泡，因此需要防范爐渣溢出鐵水罐。

3.3下料速度

圖3　脫硅氧效率同脫硅溫度的關(guān)系

圖4為脫硅氧效率同下料速度的關(guān)系。可以看出，脫硅氧效率同下料速度成反比關(guān)系，隨著加料速度的增加，脫硅氧效率下降。主要是由于KR工序采用機(jī)械攪拌，若下料速度快，則脫硅劑將堆積在液面上方，不能被及時地攪入鐵水中參與反應(yīng)，容易被液態(tài)渣包裹形成小球，增加了脫硅劑消耗。同時大量的脫硅劑堆積在液面上方，也容易造成局部全氧富集，造成爐渣起泡。因此，理想的下料速度應(yīng)根據(jù)攪拌工藝參數(shù)及設(shè)備狀況綜合確定。試驗后期綜合確定的下料速度為3.5～4.5 kg/s。

圖4　脫硅氧效率同下料速度的關(guān)系

4　脫硅的直接經(jīng)濟(jì)效益分析

1）脫硅處理增加的金屬料收益。主要是由于脫硅劑中氧化鐵含量均在60%以上，參與脫硅反應(yīng)后，氧化鐵中的鐵元素進(jìn)入鐵水中，增加了噸鋼金屬收得率。按照萊鋼試驗數(shù)據(jù)，脫硅量為0.13%時噸鋼增加的金屬料收益在5.2 kg/t。

2）減少轉(zhuǎn)爐渣量增加的金屬收得率。按照降低0.1%［Si］計算，則降低轉(zhuǎn)爐渣量消耗10 kg/t，按照表3轉(zhuǎn)爐渣中全鐵成分，則可減少金屬料損失1.5 kg/t。同時，還減少了石灰、白云石等渣料的消耗。

3）鐵水渣中的金屬料收益。在脫硅試驗中，發(fā)現(xiàn)若鐵水罐凈空允許，則鐵水渣量對脫硅并無影響，因此，在試驗中不再扒除鐵水渣，僅是在脫硅結(jié)束脫硫前將脫硅渣扒除。從表1可以看出，鐵水渣中的全鐵含量基本在20%以上，而脫硅渣的全鐵含量僅在7%左右，如此可以使鐵水渣中13%的全鐵進(jìn)入鐵水中，增加金屬收得率。

表1　鐵水渣、脫硅終渣的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

5　結(jié)論

1）由于KR設(shè)備機(jī)械攪拌的優(yōu)點，可以利用KR設(shè)備進(jìn)行脫硅操作。2）采用新型脫硅劑，脫硅氧效率可達(dá)到70%以上，且脫硅效率穩(wěn)定，爐渣起泡較輕。3）脫硅操作的堿度在0.5～0.8，脫硅氧效率同堿度成正比關(guān)系。4）適宜脫硅的鐵水進(jìn)站溫度應(yīng)在1 350℃以上，脫硅氧效率同鐵水溫度成正比。低于此溫度，不適宜脫硅操作。5）KR工序脫硅操作，脫硅氧效率同脫硅劑的加入速度成反比，加入越快，脫硅氧效率越低。加料速度在3.5～4.5 kg/s。

［1］楊世山，劉志敏，劉勝濤，等.模擬鐵水罐噴吹脫硅的實驗研究［J］.煉鋼，2008，24（3）：25-29.

［2］張龍強(qiáng)，田乃媛，徐安軍.新建鋼廠鐵水預(yù)處理模式的選擇［J］.煉鋼，2008，24（1）：58-62.

［3］張鵬科，楊印東，李光強(qiáng).用赤泥進(jìn)行鐵水預(yù)處理［J］.礦業(yè)快報，2005，21（3）：26-30.

［4］林成城，施月循.鐵水脫硅過程泡沫渣的基本特征［J］.鋼鐵，2000，35（11）：8-10.

［5］陳景鋒，王振梅，楊貞彪.鐵水預(yù)處理技術(shù)在太鋼的應(yīng)用［J］.太鋼科技，2004（1）：11-16.

Abstrraacctt：The hot steel which contains lower silicon is the goal in the converter process.Because of the limitation of the raw material conditions and blast furnace operation conditions，it is unstable that［Si］in hot metal in converter steelmaking.The KR industrial desiliconization were test using hot metal desulphurization equipment in the steel-making plant of Laigang.The 0.25%-0.35%range of the target［Si］is determined in the experiment.Using new type of silicon removal agent，the efficiency of desiliconization and deoxygenation are more than 70%.And the consumption of desiliconized agent of removing 0.1%［Si］is 9.85 kg/t.The main sections in the process which influences the efficiency of KR removal is the basicity of the desiliconization slag，the temperature of hot metal and the speed of feeding.By analysis，the basicity of the slag is 0.5-0.8，the temperature of the starting metal is over 1 350℃，and the rate of feeding is 3.5-4.5 kg/s.

Key worrddss：hot steel；desiliconizationl；efficiency of desiliconization and deoxygenation；basicity；speed of feeding

Experimental Study on Industrial Test of Hot Metal Desilicon in KR Process

WANG Xiaopu
（The Rizhao Company of Shandong Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Rizhao 276826，China）

試驗研究

試驗研究

TF703

A

1004-4620（2016）03-0045-02

2016-05-17

王小璞，男，1979年生，2001年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院鋼鐵冶金專業(yè)。現(xiàn)為山鋼集團(tuán)日照有限公司煉鋼項目部工程師，從事技術(shù)管理工作。