120t转炉双联脱硅法脱硅造渣制度的研究分析

2021-03-23孙学刚

新疆钢铁 2021年4期

孙学刚

(新疆八一钢铁股份有限公司炼钢厂)

前言

八钢欧冶炉采用熔融还原炼铁工艺，投产后生产的铁水硅含量普遍较高，正常生产时铁水硅在0.7%～1.0%，但在欧冶炉每次休风检修后重新复风的3～5天，铁水[Si]含量在1.5%～5.0 %波动，这给转炉工序的正常生产带来了极大的困难。

八钢120t转炉参考双联脱磷工艺开发了双联脱硅的工艺方法：第一个转炉起到了铁水脱硅的作用，将[Si]异常高的铁水处理到正常水平；再由第二个转炉进行脱碳脱磷操作。由于第二座转炉的操作过程，与正常单渣法的操作过程较为类似，因此对于高硅铁水的造渣研究主要针对双联脱硅第一个转炉过程。

1 双联脱硅渣料加入实绩

双联脱硅法脱硅炉的造渣料加入量如表1所示。

表1 双联脱硅法入炉物料实绩

铁水[Si]含量从<1 %提高到了5 %，硅氧化过程中必然会释放出大量热，由于受转炉废钢料槽容量的影响，废钢无法加入的更多，因此，脱硅工艺的最大困难就是保持脱硅炉中的热平衡，防止脱硅过程温度过高，造成转炉喷溅，脱硅过程加入的渣料很大一部分是用于平衡脱硅过程的富裕的热量。

如表1所示，随着铁水[Si]含量的提高，造渣料的加入量也随之提高。由于废钢配比不足，热量富余量较大，因此，冶炼过程中加入过多造渣料量，仅起到降温作用。

2 脱硅炉渣成分分析

脱硅炉终渣外观如图1所示。

图1 脱硅炉炉渣实际照片

由图1可以看出，炉渣中含有部分未溶的造渣料，且炉渣中还夹带有部分铁珠。脱硅时冶炼时间长短不同，加料制度不合理或者操作不合适会导致造渣效果不理想、渣铁分离效果较差、钢铁料消耗增加。

部分炉次炉渣成分如表2所示。

表2 脱硅炉渣成分

由表2可知，大部分炉次渣中全铁的含量约在5 %，其中18SL20065与18SL20066炉次全铁含量在13%～15 %，该炉次的碱度和(MgO)含量也偏低。该炉次仅加入了1000 kg的石灰，造成渣的碱度及(MgO)含量偏低，成渣量少，不利于渣钢反应的进行。因此应当根据生产实际情况，进一步优化造渣制度和操作。

3 脱硅终渣物相分析

选取四炉次脱硅终渣物相进行分析，脱硅炉炉渣XRD扫描结果如图2所示。

图2 脱硅炉炉渣XRD扫描图谱

如图2所示，渣中物相随着炉渣碱度的变化而变化。18SL20065炉次，碱度为0.35，渣中(CaO)含量为16.2 %，(SiO2)含量为46.6 %，(MgO)含量为1.47%。(CaO)主要以CaO·SiO2相的形式存在于渣中，少量含磷以3MnO·P2O5相的形式存在，而剩余的(SiO2)则与Fe及Mn结合形成(Fe,Mn)O·SiO2相。

18SL20029炉次，碱度为0.78，渣中(CaO)含量为32.7%，(SiO2)含量为41.8%，(MgO)含量为8.21%。(CaO)主要以2CaO·2SiO2·MgO相的形式存在于渣中，少量含磷以MnO·P2O5相的形式存在，而剩余的(SiO2)则与Fe及(MnO)结合形成2FeO·2MnO·SiO2相。

18SL20012炉次，碱度为0.89，渣中(CaO)含量为36.3%，(SiO2)含量为41.0%，(MgO)含量为9.03%。(CaO)主要以2CaO·2SiO2·MgO相的形式存在于渣中，少量的含磷以3MnO·P2O5相的形式存在，而剩余的(SiO2)则与Fe及Mn结合形成(Fe, Mn)2·SiO4相。

18SL20018炉次，碱度为0.92，渣中(CaO)含量为36.1%，(SiO2)含量为41.0%，(MgO)含量为9.03%。(CaO)主要以2CaO·2SiO2·MgO相的形式存在于渣中，少量的含磷以3MnO·P2O5相的形式存在，而剩余的(SiO2)则与Fe及Mn结合形成(Fe, Mn)2·SiO4相。

18SL20029炉次的矿相如图3所示。

图3 脱硅炉炉渣扫描电镜图

如图3所示，矿相中1、2部分成分的能谱图有所区别，区域2为基体相，主要元素为Si、Ca、Mg、O，区域1中除了基体元素，还出现了较多的Fe、Mn元素，区域1、2的成分如表3所示。

表3 18SL20029炉次矿相图1、2区域主要成分 wt%

由表3可知，区域1中Fe及Mn含量高，(CaO)含量偏低，即当碱度小于0.5，渣中(CaO)含量不足时，更多的Si会以与Fe和Mn结合的方式，形成析出相，使得更多的Fe及Mn进入渣中，造成金属的浪费。

从以上分析看出，渣的成分变化会影响渣的物相组成,渣中(MnO)含量随着碱度的升高而降低。当碱度约为0.9时，(SiO2)与(CaO)结合，剩下多余的(SiO2)则与Mn或者Fe形成(Fe, Mn)O·SiO4相，而当碱度为0.35时，与(CaO)结合的(SiO2)量相对偏少，大部分的(SiO2)需要与Fe或Mn结合形成(Fe, Mn)O·SiO2相，碱度偏低就会导致更多的金属元素进入渣中。因此，应当根据入炉铁水原料情况，加入适当的石灰与白云石量，合理控制渣中(CaO)、(MgO)含量，通过过程枪位的操作，合理造渣化渣。

4 脱硅中渣料合理加入量的研究

由分析可知，渣成分的变化会影响渣的物相组成，造渣料加入过多时，由于冶炼时间有限，大量造渣料不能熔化，造成渣料浪费；造渣料加入过少时，碱度低于0.5时，更多的含Fe、Mn相会出现在渣中，这样又会造成金属元素的浪费，因此，有必要对脱硅炉加入的渣料进行分析。

脱硅炉炉渣碱度大部分小于1，且整个反应过程熔池的温度在1300 ～1600°C，因此着重对该区域内的渣相组成进行分析。通过FactSage7.1软件对不同温度下CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系物相组成进行了计算，结果如图4、图5、图6所示。

图4 CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系1600°C物相组成

图5 CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系1450°C物相组成

图6 CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系1300°C物相组成

由图4可以看出，1600 °C时，CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系图主要有9部分组成。随着碱度的变化，(CaO)与(SiO2)的组成也会有所不同，区域9(SiO2在渣中比例高达75%以上)，1600 °C时会有残余的(SiO2)及液相。区域8(SiO2含量在40%～75 %)，1600 °C时，均为液相。脱硅炉渣碱度0.5～1.0，及渣成分所在的位置在两条虚线之间，1600 °C时，形成液相，不会有残余未溶渣出现。进一步提高碱度，如图中区域6、7，就会出现硅酸二钙相。当碱度到达3时，图4中区域1，就会出现硅酸三钙相。

由图5可知，大部分炉次的半钢出钢温度在1450～1500°C，因此，大部分渣系温度应该处于约1450°C。1450°C时由于成分改变造成物相组成更加复杂，与1600°C时的物相相同，区域11的(SiO2)含量高于70 %就会产生大量剩余的(SiO2)相，导致其与Fe、Mn金属元素结合，造成金属浪费。当碱度在2时出现未溶的硅酸二钙相。当碱度为1时，1450°C成渣效果较好，没有出现未溶相，且SiO2与CaO结合，可以将渣中FeO含量控制在5%～10%。因此，将碱度控制在1较为合理。

如图6所示，1300°C为脱硅炉冶炼初期时的温度，初期大量[Si]被氧化，从快速成渣角度考虑，当炉渣碱度小于1、(FeO)含量低于20%时，会出现较多的未溶物相，因此，冶炼的初期，应当尽量将造渣料大部分加入，这样有利于提高整个渣系的碱度，同时采用较高的枪位操作，提高渣中(FeO)含量，使渣的成分落在液相区范围，有利于快速成渣。