高炉炉前铁水脱硅实践--《新技术新工艺》2014年08期
高炉炉前铁水脱硅实践
【摘要】：介绍了莱芜钢铁集团有限公司高炉炉前铁水脱硅技术,并根据现场实际生产数据及操作经验,分析总结出了影响脱硅效果和泡沫渣铁的诸多因素,通过采取一系列改进措施,使高炉炉前铁水脱硅效果取得了很大的进步,为冶炼低磷低硫精品钢提供了优质低硅铁水。
【作者单位】：
【分类号】：TF533.2
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什么叫铁水增硅？它有什么意义？如何进行？请解说一下
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向铁水中添加硅铁，使其硅含量增加到预定值的一种铁水预处理工艺。主要用于将高炉冶炼的低硅铁水增硅变成铸造生铁，是一种生产铸造生铁的新方法。它可使高炉节能和增产，而且能改善铁水铸件的质量。此项技术是20世纪70年代末到80年代发展起来的。中国鞍山、本溪、酒泉、鄂城、新余等地的钢铁厂先后从试验到工业生产上应用投入法铁水增硅生产铸造生铁。前苏联称之为铸造生铁合成冶炼法，是图拉黑色冶金科研生产联合体首先研制并在大规模生产中推行的。1983年中国鄂城钢铁厂首次实现铁水罐喷粉增硅工艺(见图)。1987年在邢台钢铁厂的铁水增硅站又用压缩空气代替氮气作载气喷粉增硅成功。铁水增硅已经被许多钢铁厂接受为生产铸造生铁的常规方法。
原理 铁水增硅过程就是固体硅铁在铁水中熔化溶解的过程。因为硅铁的熔点(含Si45％的硅铁熔点1290℃，含si75％的熔点℃)均低于高炉铁水的温度，所以高炉铁水能够熔化适量的硅铁。液态硅溶于液态铁中，当硅浓度为1％时，其标准自由能为：Si(l)=[si]&&&& △F。=一T可见硅的溶解始终是放热效应，它能补偿增硅过程中硅铁熔化吸热和散热损失，减少温降，不至于发生浇注的困难。
方法 铁水增硅通常采用两种方法：即在高炉撇渣器后的铁沟上投入硅铁块增硅和铁水罐中喷硅铁粉增硅。投入法增硅的工艺简单。硅铁块浮在铁流和铁水罐的铁水上面，熔化溶解的同时伴随着烧损。硅铁块的粒度是影响加热熔化速度的主要因素。粒度过大、熔化慢、烧损多。不过，据试验发现，粒度小于50ram后，对硅铁回收率就没有明显的影响。一般投入法增硅，硅铁回收率只在80％左右。喷粉增硅法，即将硅铁粉在喷粉罐内用载气流态化并通过插入铁水罐的喷枪喷入铁水底层中。硅铁粉的颗粒均匀地分布在充分搅动的铁水中，有很好的熔化和溶解的传热、传质条件，熔化和溶解速度很快。只要喷枪插入铁水的深度和硅铁粉粒度能保证硅铁粉上浮到铁水表面的时间内熔化和溶解完。如果载气不具氧化气氛，硅铁的重熔回收率将达到100％。经计算，在一般铁水增硅条件下，硅铁粉平均粒径r&0．6mm；喷枪插入铁水深度H&2m的条件下，硅铁粉在铁水中上浮的时间&&1．78s，而这种硅铁粉完全熔化溶解时间&镕&0．27s。&&&镕，即硅铁粉在浮出铁水面以前就已经熔化溶解完了。实际上喷粉增硅的硅铁回收率都在90％以上，损失可能发生在送粉途中或者因喷溅而烧损。用压缩空气代替氮气作载体喷粉增硅时，确实有部分si元素被空气中O2所氧化，但所占比例很小，从生产实践和实验室研究都证明无论从经济角度还是技术角度看，都是可行的。尤其对无管道N2气来源的中小型炼铁厂更具优越性，拓宽了喷粉增硅的应用前景。
应用价值 铁水增硅取代高炉直接冶炼铸造生铁的主要原因是高炉炼铸造生铁的困难。冶炼铸造生铁(含Si 1％～3．5％)与冶炼炼钢生铁(含Si&1％，现在已降低到0．1％～0．2％)相比，高炉内要进行大量的硅还原反应，需要高温和高焦比。铁水含硅升高促使碳素的石墨化沉积，而过高的炉温和过多的碳素沉积在炉缸将妨碍高炉行程，造成炉况不顺和高焦比冶炼，又使高炉产量降低。由于精料和高炉还原过程的改善，现代高炉内的直接还原过程减少和下部热量需要降低造成铁水过热(铁水温度由1450℃提高到1550℃)和增强碳素的溶解(铁水含碳由4．O％～4．5％提高到5．1％～5．5％)，这种条件下高炉冶炼铸造生铁将更加困难。采用炉外增硅这种合成法炼铸造生铁，其应用价值可归纳为：(1)高炉可以低硅作业，炉况顺行而且指标良好。按中国高炉生产经验，生铁含si量每降低0．1％，高炉燃料比降低4～7kg／t，产量也相应提高。前苏联用合成法生产含si 1．3％～3．5％的铸造生铁，高炉生产能力可提高13％～25％，焦比降低15％～25％。(2)铁水增硅生产的铸造生铁比高炉直接冶炼的铸造生铁质量好。因为高炉炼的铸造铁水温度高、含si高，碳素溶解量和气体及非金属夹杂增高，铸铁中石墨晶粒粗大、组织结构和力学性能变差。而增硅法所得的铸造生铁是在低硅低碳铁水中增硅而成。原来的碳素石墨化程度低，溶入的硅铁又起了孕育作用，增加外来核心，细化了共晶团和石墨，提高了铸铁组织的均匀性和致密性，从而改善了生铁的性能。同时，铁水增硅还有降低生铁含硫量的效果。酒泉钢铁厂采用铁水增硅前铁水[si]1．48％、[S]0．031％，增硅后铁水含[Si]2．45％、[S]0．025％。鄂城钢铁厂的铁水经喷粉增硅后含S量降低20％以上。可能是增硅过程加强了铁水中Mn的脱硫作用，或者铁水中Si含量增加使S的活度系数增高所致。(3)铁水增硅是钢铁厂平衡炼铁和炼钢能力、调节生铁品种必须建立的铁水处理系统。常有这样的情况：一个钢铁厂只有一座高炉，而高炉生产的铁水炼钢炉用不完，或者一个钢铁厂要生产的铸造生铁产量只相当一座高炉能力的一部分，而钢铁厂的炼钢炉临时不能接受高炉的铁水。有了铁水增硅设备，高炉可以完全炼制炼钢生铁，焦比低、产量高、充分发挥它磐麓麟的能力。炼钢用不完的铁水或需要生产的铸造铁，或炼钢炉临时不要的高炉铁水都可采用增硅以成为铸造生铁，提高生铁的售价、减少铁种转换对冶炼造成的困难和损失。(4)还有一种特殊情况，例如在酒泉钢铁厂铁矿含Mn01．1％～1．25％，铁水含[Mn]0．9％～1．3％，若高炉冶炼高牌号铸造生铁必然导致产出高锰号外铁。这种炉料就更适合在炉内炼低硅低锰生铁，然后在炉外增硅得到铸造生铁。
炉外增硅生产铸造生铁与高炉直接冶炼铸造生铁比较，取决于增硅效率(&Fesi，&A)、硅铁价格、高炉炼铸造生铁与炼炼钢生铁在燃料比和产量上的差距、燃料的价格和生铁的利润。增硅效率高、硅铁便宜、则炉外增硅效益更好。反之，如果高炉能改进操作制度使炼铸造生铁的焦比降低，产量提高，则炉外增硅的优势会相应跌落。不过，还应估计到炉外增硅在减少高炉转换冶炼铁种、保证生铁品种计划、平衡钢铁产量以及提高铸铁质量方面所带来的好处。
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