重钢铁水脱硅工艺研究及应用

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铁水中的硅并非转炉炼钢的主要热源，过高的硅含量只会增大转炉脱磷难度，影响炼钢生产的稳定。

重钢采用的是紧凑的“一罐制”生产组织模式，对铁水硅含量提出了更高的要求。目前，高炉铁水硅含量平均为0.45%，基本满足炼钢生产需要。但铁水硅含量波动大，一般为0.10%~1.25%，大于0.80%的比例约6%，对“一罐制”生产顺行影响较大。而且，从理论和实际生产数据上分析，铁水硅含量越低，对转炉脱磷越有利，故探讨、选择适宜的脱硅工艺很有必要。
高炉到转炉脱硅大不同
高炉出铁过程脱硅。高炉出铁过程脱硅最直接的办法就是在高炉铁沟内进行脱硅处理，该处理工艺不增加高炉—铁水预处理流程的时间，且处理能力较大、温降小。脱后渣还可以在铁水预处理工序进行处理，不影响“一罐制”模式的顺行。这种办法成本低，在早期的一些文献中已有记载，脱硅率一般为50%左右。故从现有条件上考虑，重钢采用自然投入法在高炉铁沟内进行脱硅试验。其工艺过程是将脱硅剂投入铁沟内流动的铁水表面，借助铁水从主沟流入铁水罐时的冲击搅拌作用促进脱硅反应的进行。
从试验结果可看出：多批次加入脱硅剂有利于脱硅反应的进行，且波动性较一次性加入时小；最佳的脱硅剂加入方式应该是多批次加入，且前期量稍大，并逐渐递减。
KR法脱硅。KR法的主要原理是以一个外衬为耐火材料的搅拌器浸入铁水罐熔池内一定深度进行旋转搅拌，使铁水形成漩涡，并将加入的熔剂卷入铁水中，在充分的动力学效果下与铁水进行混合、反应的一种方法。这一方法原来一直用于铁水脱硫，武钢在上世纪70年代从日本引进，目前在国内已得到广泛应用。
重钢在210t公称容量的KR脱硫装置上进行了KR法脱硅试验。从试验结果可看出：铁水脱硅率随脱硅剂加入量增大而提高；尽管进KR站铁水的温度较高炉出铁温度稍低，但充分搅拌的动力学效果更有利于提高脱硅率。
转炉吹炼过程脱硅。其主要的方式包括转炉双渣操作和转炉双联脱硅。
转炉双渣操作是转炉炼钢常用的造渣方法，其重要作用之一就是处理含硅量较高的铁水。生产实践证明，转炉双渣操作基本上可以解决含硅量为0.80%~1.25%的铁水对转炉脱磷的影响问题，且主要用于吹炼普碳钢或走LF精炼工艺路线的一般优质钢。但铁水硅含量越高，转炉操作越不稳定，易造成转炉干法泄爆，影响生产顺行。故对于硅含量大于1.25%的异常高硅铁水还应探寻其他解决办法。
转炉双联技术目前在国内多家钢铁企业中应用和推广。该工艺是将脱磷、脱碳分别在两个转炉内进行，其中一个进行铁水脱磷，另一个转炉将脱磷处理后的铁水进行脱碳升温，从而取得纯净度较高的钢水。
转炉双联技术在设计上又分为异跨异炉、同跨异炉和同跨同炉模式。重钢具备同一转炉分别承担脱磷炉和脱碳炉任务的能力，属于同跨同炉模式，类似转炉双渣，作业时间短。故此次运用转炉双联技术试验处理异常高硅铁水，前一炉吹炼的主要任务是将铁水中的硅含量脱至0.40%左右，然后将脱硅处理后的铁水重新倒入转炉进行脱碳、脱磷。试验数据显示，转炉双联法脱硅率较高，可将异常铁水的硅含量平均脱至0.43%。但过程控制很不稳定，操作工艺还有待进一步优化。
工艺选择讲究因地制宜
结合重钢的生产工艺状况，上述脱硅工艺的优缺点和脱硅率对比见附表。
“一罐制”生产组织模式对时间节奏的要求非常严格，不增加“一罐制”生产流程的时间是生产顺行的前提，故高炉出铁过程脱硅和KR法脱硅的实用性更高。其中，高炉出铁过程脱硅的效率较高，应作为正常生产过程中的主要脱硅工艺。这两种脱硅工艺基本可以解决目前比例约占6%的高硅铁水的问题。由于KR站在初期设计上未考虑增设其他加料装置，且结构非常紧凑，目前均采用人工投掷的办法加入脱硅剂，加入量较少。因此，KR法脱硅率还有较大的提升空间。但是否须要进一步整改和优化，还有待就成本和效益进行论证。
转炉双联法脱硅虽然不稳定，但仍有进一步优化的空间，而且其脱后硅含量平均可控制在0.40%~0.45%，基本满足转炉脱磷要求。高炉在开炉或复风前期以及洗炉时，常伴有硅含量异常高的铁水，转炉双联法脱硅可作为处理这类异常高硅铁水的应急方案。
从降低转炉生产成本、提高钢水质量上考虑，在铁耗较高并能保证一定硅含量的前提下，铁水硅含量应越低越好。因此，各钢厂应根据自身条件和要求选择适宜的铁水脱硅工艺。
各种脱硅工艺的优缺点

项目 优点 缺点 高炉出铁过程脱硅 不增加“一罐制”生产流程的时间；脱硅率较高，平均可达48.1% 脱硅剂消耗较高达不到相关文献记载的“脱硅剂消耗30kg/t铁，脱硅率为50%”的水平 KR法脱硅 不增加“一罐制”生产流程的时间 目前脱硅剂加入量受限，脱硅率较低，平均仅17.8% 转炉双渣操作 可处理硅含量0.80%~1.25%的铁水 喷溅大，吹炼稳定性差，易造成干法泄爆；且增加“一罐制”生产流程的时间，影响生产节奏 转炉双联脱硅 可处理硅含量大于2.0%的异常高硅铁水，脱硅率高，平均可达85.02% 增加“一罐制”生产流程的时间，影响生产节奏