120t轉爐雙聯脫硅法脫硅造渣制度的研究分析

孫學剛

(新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠)

前言

八鋼歐冶爐采用熔融還原煉鐵工藝，投產后生產的鐵水硅含量普遍較高，正常生產時鐵水硅在0.7%～1.0%，但在歐冶爐每次休風檢修后重新復風的3～5天，鐵水[Si]含量在1.5%～5.0 %波動，這給轉爐工序的正常生產帶來了極大的困難。

八鋼120t轉爐參考雙聯脫磷工藝開發了雙聯脫硅的工藝方法：第一個轉爐起到了鐵水脫硅的作用，將[Si]異常高的鐵水處理到正常水平；再由第二個轉爐進行脫碳脫磷操作。由于第二座轉爐的操作過程，與正常單渣法的操作過程較為類似，因此對于高硅鐵水的造渣研究主要針對雙聯脫硅第一個轉爐過程。

1 雙聯脫硅渣料加入實績

雙聯脫硅法脫硅爐的造渣料加入量如表1所示。

表1 雙聯脫硅法入爐物料實績

鐵水[Si]含量從<1 %提高到了5 %，硅氧化過程中必然會釋放出大量熱，由于受轉爐廢鋼料槽容量的影響，廢鋼無法加入的更多，因此，脫硅工藝的最大困難就是保持脫硅爐中的熱平衡，防止脫硅過程溫度過高，造成轉爐噴濺，脫硅過程加入的渣料很大一部分是用于平衡脫硅過程的富裕的熱量。

如表1所示，隨著鐵水[Si]含量的提高，造渣料的加入量也隨之提高。由于廢鋼配比不足，熱量富余量較大，因此，冶煉過程中加入過多造渣料量，僅起到降溫作用。

2 脫硅爐渣成分分析

脫硅爐終渣外觀如圖1所示。

圖1 脫硅爐爐渣實際照片

由圖1可以看出，爐渣中含有部分未溶的造渣料，且爐渣中還夾帶有部分鐵珠。脫硅時冶煉時間長短不同，加料制度不合理或者操作不合適會導致造渣效果不理想、渣鐵分離效果較差、鋼鐵料消耗增加。

部分爐次爐渣成分如表2所示。

表2 脫硅爐渣成分

由表2可知，大部分爐次渣中全鐵的含量約在5 %，其中18SL20065與18SL20066爐次全鐵含量在13%～15 %，該爐次的堿度和(MgO)含量也偏低。該爐次僅加入了1000 kg的石灰，造成渣的堿度及(MgO)含量偏低，成渣量少，不利于渣鋼反應的進行。因此應當根據生產實際情況，進一步優化造渣制度和操作。

3 脫硅終渣物相分析

選取四爐次脫硅終渣物相進行分析，脫硅爐爐渣XRD掃描結果如圖2所示。

圖2 脫硅爐爐渣XRD掃描圖譜

如圖2所示，渣中物相隨著爐渣堿度的變化而變化。18SL20065爐次，堿度為0.35，渣中(CaO)含量為16.2 %，(SiO2)含量為46.6 %，(MgO)含量為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)則與Fe及Mn結合形成(Fe,Mn)O·SiO2相。

18SL20029爐次，堿度為0.78，渣中(CaO)含量為32.7%，(SiO2)含量為41.8%，(MgO)含量為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)則與Fe及(MnO)結合形成2FeO·2MnO·SiO2相。

18SL20012爐次，堿度為0.89，渣中(CaO)含量為36.3%，(SiO2)含量為41.0%，(MgO)含量為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)則與Fe及Mn結合形成(Fe, Mn)2·SiO4相。

18SL20018爐次，堿度為0.92，渣中(CaO)含量為36.1%，(SiO2)含量為41.0%，(MgO)含量為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)則與Fe及Mn結合形成(Fe, Mn)2·SiO4相。

18SL20029爐次的礦相如圖3所示。

圖3 脫硅爐爐渣掃描電鏡圖

如圖3所示，礦相中1、2部分成分的能譜圖有所區別，區域2為基體相，主要元素為Si、Ca、Mg、O，區域1中除了基體元素，還出現了較多的Fe、Mn元素，區域1、2的成分如表3所示。

表3 18SL20029爐次礦相圖1、2區域主要成分 wt%

由表3可知，區域1中Fe及Mn含量高，(CaO)含量偏低，即當堿度小于0.5，渣中(CaO)含量不足時，更多的Si會以與Fe和Mn結合的方式，形成析出相，使得更多的Fe及Mn進入渣中，造成金屬的浪費。

從以上分析看出，渣的成分變化會影響渣的物相組成,渣中(MnO)含量隨著堿度的升高而降低。當堿度約為0.9時，(SiO2)與(CaO)結合，剩下多余的(SiO2)則與Mn或者Fe形成(Fe, Mn)O·SiO4相，而當堿度為0.35時，與(CaO)結合的(SiO2)量相對偏少，大部分的(SiO2)需要與Fe或Mn結合形成(Fe, Mn)O·SiO2相，堿度偏低就會導致更多的金屬元素進入渣中。因此，應當根據入爐鐵水原料情況，加入適當的石灰與白云石量，合理控制渣中(CaO)、(MgO)含量，通過過程槍位的操作，合理造渣化渣。

4 脫硅中渣料合理加入量的研究

由分析可知，渣成分的變化會影響渣的物相組成，造渣料加入過多時，由于冶煉時間有限，大量造渣料不能熔化，造成渣料浪費；造渣料加入過少時，堿度低于0.5時，更多的含Fe、Mn相會出現在渣中，這樣又會造成金屬元素的浪費，因此，有必要對脫硅爐加入的渣料進行分析。

脫硅爐爐渣堿度大部分小于1，且整個反應過程熔池的溫度在1300 ～1600°C，因此著重對該區域內的渣相組成進行分析。通過FactSage7.1軟件對不同溫度下CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系物相組成進行了計算，結果如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系1600°C物相組成

圖5 CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系1450°C物相組成

圖6 CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系1300°C物相組成

由圖4可以看出，1600 °C時，CaO-SiO2-FeO-MnO-MgO渣系圖主要有9部分組成。隨著堿度的變化，(CaO)與(SiO2)的組成也會有所不同，區域9(SiO2在渣中比例高達75%以上)，1600 °C時會有殘余的(SiO2)及液相。區域8(SiO2含量在40%～75 %)，1600 °C時，均為液相。脫硅爐渣堿度0.5～1.0，及渣成分所在的位置在兩條虛線之間，1600 °C時，形成液相，不會有殘余未溶渣出現。進一步提高堿度，如圖中區域6、7，就會出現硅酸二鈣相。當堿度到達3時，圖4中區域1，就會出現硅酸三鈣相。

由圖5可知，大部分爐次的半鋼出鋼溫度在1450～1500°C，因此，大部分渣系溫度應該處于約1450°C。1450°C時由于成分改變造成物相組成更加復雜，與1600°C時的物相相同，區域11的(SiO2)含量高于70 %就會產生大量剩余的(SiO2)相，導致其與Fe、Mn金屬元素結合，造成金屬浪費。當堿度在2時出現未溶的硅酸二鈣相。當堿度為1時，1450°C成渣效果較好，沒有出現未溶相，且SiO2與CaO結合，可以將渣中FeO含量控制在5%～10%。因此，將堿度控制在1較為合理。

如圖6所示，1300°C為脫硅爐冶煉初期時的溫度，初期大量[Si]被氧化，從快速成渣角度考慮，當爐渣堿度小于1、(FeO)含量低于20%時，會出現較多的未溶物相，因此，冶煉的初期，應當盡量將造渣料大部分加入，這樣有利于提高整個渣系的堿度，同時采用較高的槍位操作，提高渣中(FeO)含量，使渣的成分落在液相區范圍，有利于快速成渣。

5 結論

研究分析認為：

(1)隨著鐵水[Si]含量由2%提高到5%，脫硅爐石灰的加入量從30kg/t石灰提高到60 kg/t。由于冶煉時間有限，且渣中氧化鐵含量較低，大部分加入脫硅爐的造渣料沒有效熔化進入渣中，只是起到了降低溫度的作用。

(2)脫硅時部分爐次石灰加入量偏低，導致渣堿度及(MgO)含量偏低，不利于渣鋼反應進行。渣中(CaO)含量不足時，[ Si]會與[Fe]、[Mn]結合，更多的金屬元素進入渣中，造成金屬浪費。

(3)將脫硅爐渣堿度控制在1較為合適，當堿度小于0.5，渣中(FeO)含量低于20%時，渣就會出現很多未溶相，導致化渣不理想，并且大部分(SiO2)無法跟(CaO)結合，與金屬元素結合，造成浪費。