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铁水更“净” 将使钢材更优

作者:广纵贸易来源:广纵贸易官网 浏览次数: 日期:2014年7月4日 15:57

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   近几年来,由于对钢材质量的要求越来越高,特别是我国“十二五”期间要求钢铁企业生产国内短缺的高端钢材品种,并延长产品的使用寿命,使得铁水预处理显得尤为重要。铁水预处理脱硅也成为钢铁企业不可缺少的工序之一,特别在日本得到广泛应用。同时,铁水预处理脱硅也在国内迅速发展起来。本文主要介绍了国内外铁水预处理脱硅的发展历史、铁水预脱硅的优越性、脱硅方法及特点、脱硅渣的起泡问题和新技术开发等方面的内容。

  炉外脱硅助推优质钢材生产

  铁水预处理脱硅是伴随脱磷工艺发展应运而生的一种铁水处理工艺,即在铁水进入转炉钢炼前将铁水中的硅去除,使之达到规定含量的工艺方法。其优越性表现在几方面:一是减少熔剂消耗,实现少渣炼钢。铁水中硅含量降低,在转炉炼钢时需要的溶剂量就会降低,渣量也会相应减少。二是大大缩短冶炼时间,提高转炉效率。结合预脱硫、磷后的脱硅铁水进入转炉,只需脱碳工序,这样最大限度地发挥了设备能力,且易于控制吹炼终点。三是为冶炼低磷钢种提供必要条件。根据热力学氧势图的选择性氧化原理可知,Si较P优先氧化生成SiO2,使得在脱磷时有充分的CaO与磷的氧化物反应,为冶炼低磷钢种提供了必要的条件。研究表明,要想更好的脱磷,铁水中硅的含量必须在0.15%以下。四是稳定了转炉冶炼操作,延长了炉衬的寿命,提高金属收得率。脱硅后的铁水在转炉炼钢时用的石灰减少,相应的渣量就会减少,因此减轻了对转炉炉衬的侵蚀。同时,操作的过程中减少了喷溅的几率,进而提高了金属的收得率。

  铁水脱硅技术的发展

  脱硅工艺是基于铁水脱磷和转炉炼钢的需要而开发的一种新工艺。铁水预处理脱硅技术的试验和应用可以追溯到19世纪末期,当时该技术的工业化程度非常有限。而到20世纪30年代,为了改善平炉炼钢的冶炼指标而发展了铁水预处理脱硅;20世纪70年代国际石油危机爆发,铁水预处理脱磷技术越来越受到钢铁企业的重视(特别是在日本)。而想更好的脱磷必须先将硅含量降低到一定的范围之内,因此脱硅就显得尤为重要。

  铁水预处理脱硅技术在欧美和亚洲得到了迅速的发展并逐渐形成了成熟的工艺,特别是在亚洲的日本。日本的大型钢铁公司都在使用脱硅处理技术,韩国浦项制铁也在采用铁水脱硅技术。表1为铁水脱硅工艺在日本的应用情况。

  我国很早就开始了铁水预处理脱硅技术的开发和应用,20世纪50年代鞍钢曾实行过铁水沟脱硅和精炼炉脱硅,但是发展比较慢。20世纪80年代日本的脱硅技术迅速发展的时候,我国开始从日本引进技术和设备。如1987年,宝钢与新日铁签订了铁水脱硅成套设备合同;1988年6月,太钢二炼钢从住友公司引进的脱硅设备投产;1988年12月,包钢通过冶金部的脱硅技术鉴定。表2为脱硅技术在我国钢铁企业的应用情况。

  铁水预处理脱硅技术在我国虽然只有仅仅几家钢铁企业在使用,但是随着对高质量钢材的需求增长,我国很多钢铁企业已经开始重视脱硅技术并做了一些研究。如酒钢根据本厂铁水条件和现场条件选择了铁水沟投撒法脱硅预处理方案,进行了现场试验;梅山钢铁也开始对脱硅进行研究;上海一钢在鱼雷罐和铁水沟投撒脱硅剂进行了脱硅试验;北台钢铁和山钢莱钢也对铁水脱硅处理进行了研究。

  探究铁水脱硅之法

  从铁水预处理脱硅历史的发展来看,铁水预处理脱硅主要是发生在高炉-转炉中间过程中,分为高炉炉内铁水脱硅和高炉炉外铁水预处理脱硅。但由于当时的技术和条件所限,高炉炉内脱硅仅处于试验阶段并没有得到工业化推广。因此目前高炉炉内铁水脱硅已经被淘汰,而是采用高炉炉外铁水预处理脱硅的方法。炉外脱硅方法分为高炉炉前连续脱硅法和铁水预处理站脱硅法。

  高炉炉前连续脱硅法。该方法是在高炉炉前将脱硅剂直接加入到铁水沟进行脱硅,根据脱硅剂的加入方式有上置法(或投撒法)和铁水沟喷吹法两种。

  上置法用振动给料器使脱硅剂自然落到铁流液面上。脱硅剂的添加方法最早采用的是投入法,当时日本新日铁公司君津厂采用此方法在倾动溜槽处连续投入脱硅剂,脱硅剂的粒度约为3mm,但当时的脱硅效率不高。上置法的脱硅设备简单、脱硅剂的加入量调节方便、处理能力大,不需要另外的反应时间。但是,铁水的脱硅效率低,炉前工作条件恶劣,终点硅可控性低,温降小(新日铁君津厂现场测试温降为17℃)。

  铁水沟喷吹法是以压缩空气或氮气将脱硅剂喷到铁水表面或将喷枪埋入铁水内部使脱硅剂喷入其中,利用喷吹动能和脱硅剂上浮达到脱硅的目的。该工艺是继投入法之后,于20世纪90年代随着技术的进步发展起来的。当时在日本川崎钢铁厂顺利投产,使用的脱硅剂有烧结矿粉、轧钢铁皮和CaCO3,粒度小于1mm,脱硅效果好,脱硅率达到90%以上。铁水沟喷吹法的处理能力大、脱硅效率高,且不需要另外的反应时间。但是,该法喷吹设备比较复杂,喷枪寿命短,成本高,终点硅可控性低,同时温降也小。

  铁水预处理站脱硅法。该脱硅方法一般是由插入铁水的喷枪把粉剂喷入铁水中进行脱硅,粉剂与铁水发生氧化反应将铁水中的硅元素氧化来完成脱硅。此方法处理铁水的能力大,工作坏境优于上置法。但同时,该方法的设备复杂,设备成本高,操作不太稳定,反应容器多为鱼雷罐、铁水罐和混铁车。

  在高炉-转炉间设置铁水预处理车间进行铁水脱硅具有以下特点:一是脱硅终点比较容易控制,工作条件好,处理铁水的能力大。此方法在一个相对固定的空间中进行,克服了高炉炉前出铁铁水硅含量的波动,不像高炉炉前那样在铁水流动的情况下对铁水进行预处理脱硅,处理后铁水的硅含量比较稳定,脱硅终点比较容易控制。该方法的动力学条件较好,脱硅剂的利用率较高,处理铁水的能力较大。二是预处理站吹气脱硅铁水温降较大,铁水罐或鱼雷罐内衬侵蚀也较大。该方法的脱硅反应全部在铁水容器(多为铁水罐或鱼雷罐)内分批进行,铁水在高炉-转炉间停留时间较长,因此炉衬侵蚀较大。如果在处理站吹气脱硅,由于气体出去时是以高温气体释放,一般温降为30℃~40℃。日本鹿岛钢铁厂的鱼雷罐喷吹脱硅现场测定的温降为40℃。过去宝钢在鱼雷罐脱硅时为了弥补温度的损失,采取用套管顶吹粉剂和氧气脱硅,其中中心管氧气的压力为0.95MPa,气氧比约为30%。三是容器维护成本高。铁水罐或鱼雷罐本身和内衬修砌设备造价较高,工作条件差,内衬修砌所需时间长,提高了物力和人力成本。四是操作不当可能造成喷溅事故的发生。铁水罐或鱼雷罐的容积和预留空间较小,在脱硅过程中会产生泡沫渣,操作不当易发生喷溅。泡沫渣的存在还会使铁水罐装载的铁水容量减少。

  虽然现在铁水预处理脱硅技术得到了迅速的发展并不断完善,但仍存在很多问题,主要有脱硅处理后脱硅渣中的FeO含量较高、脱硅效率不高、脱硅过程的起泡现象和操作不当可能造成的喷溅等。国内外许多的冶金专家和人士对这些问题进行了较为深入的研究,近几年来,北京科技大学炼铁室杨世山教授对新技术的开发做了很多的工作,其主张用KR机械搅拌法进行脱硅。由于鱼雷罐和铁水罐喷吹脱硅都会在罐内造成死区,脱硅不均匀、动力学条件变差,而KR搅拌法避免了上述的问题。

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