宝钢高炉炉前脱硅技术..doc

宝钢高炉炉前铁水脱硅实践刘振均 王士彬 联系人：刘振均，工程师，宝山钢铁股份有限公司炼铁厂（200941） （上海宝山钢铁股份有限公司炼铁厂）摘要：本文介绍了宝钢高炉炉前脱硅技术，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的诸多因素，通过采取一系列改进措施，使高炉炉前脱硅取得了很大的进步，为炼钢冶炼低磷低硫精品钢提供了优质低硅铁水。关键词：炉前脱硅 脱硅效果 泡沫渣 影响因素PRACTICE OF DESILICANIZATION IN CAST HOUSE IN BAOSTEELLIU Zhenjun WANG Shibin （Shanghai Baoshan Iron & Steel Co. Ltd.）ABSTRACT: In this paper, the desilicanization technology in cast house in Baosteel is introduced. The factors, which influence desilicanization efficence and slag foam, are analysised acording to the operation data and experience. Countermeasures are put forword to improve desilicanization efficence and restrain slag foam, a great progress is achieved. Qualified hot metal with low silica is suplied to steelmaking.KEY WORDS: desilicanization in cast house, desilicanization efficence, slag foam, influence factors1.概述高炉炉前脱硅主要是为炼钢提供低硅铁水，冶炼高附加值精品钢。以往铁水预处理都是由炼钢“三脱”来进行的。由于其工艺复杂，处理时间长，铁水热损失大，渣量大，成本高，八十年代初以来，日本、韩国、台湾等国家和地区相继采用高炉炉前铁水脱硅技术。其目的在于缩短钢铁冶炼全流程生产时间，降低炼钢熔剂消耗量，为生产低磷低硫高级钢，提高产品竞争力以及改善企业的经济效益提供必要条件。 高炉炉前脱硅所用的方法主要有投撒法和喷吹法两种。脱硅剂靠自重撒落到铁水表面的称为投撒法，用载气将脱硅剂以一定速度喷入铁水中的称为喷吹法。这两种方法都有使用实例。比较而言，投撒法所用的脱硅剂在粒度和种类上可选范围较宽（如烧结矿粉和氧化铁皮等均可应用），其系统工艺流程及设备都比较简单，造价低，但脱硅剂消耗量大，脱硅剂与铁水搅拌不充分，脱硅产生泡沫渣多，脱硅效果欠佳。日本福山4BF、千叶6BF、君津3BF、4BF、韩国光阳4BF等高炉所用的脱硅系统均属于投撒法。 喷吹法脱硅工艺及设备相对要复杂些，所用的脱硅剂粒度、水分等要求也较高，但脱硅剂与铁水的混合较好，反应界面大，有利于脱硅反应进行，脱硅效果较好。所用的脱硅剂一般为烧结厂除尘灰和出铁厂除尘灰。喷吹法是目前采用较多的一种炉前脱硅工艺。日本的千叶5BF、水岛2BF、3BF、4BF、鹿岛2BF、3BF、福山2BF、神户3BF、加古川2BF以及台湾中钢1BF等均采用了喷吹法脱硅。宝钢采用铁水预处理技术，有利于调整公司产品结构，冶炼国内、外市场需求量不断增加的低磷、低硫、高纯度、高附加值的钢种，提高公司市场竞争力和经济效益。目前，宝钢1、2、3号高炉分别建有脱硅规模为165万吨/年、325万吨/年（大修后可达到370万吨/年）、345万吨/年的三套脱硅工艺系统。宝钢炉前脱硅由北京钢铁研究设计总院设计，宝钢上检公司等单位施工。工艺系统采用喷吹法，通过工艺参数的调整，解决了喷吹管线上的脱硅剂堵塞等工艺问题，产生了数项宝钢技术秘密。目前生产操作稳定，完全能够满足炼钢的低硅（0.20）铁水的需求，脱硅效率和效果良好，2001年，高炉炉前脱硅合格率（脱硅后铁水含SI0.20的罐数占全部脱硅罐数的比率）达到97.7%，有效地满足了炼钢工艺需求。同时，较大幅度地提高了炼钢的生产效率和降低了炼钢的生产成本，根据炼钢生产实绩计算，1吨铁水每脱SI0.01%，可降低炼钢成本0.71元，效益十分可观。2脱硅原理 高炉炉前脱硅是炼钢铁水预处理过程，宝钢高炉炉前脱硅采用的是喷吹法，即在高炉炉前建有脱硅喷吹站，脱硅剂经罐车输送至脱硅喷吹站，经喷吹罐加压、流化后，通过喷吹管线，从脱硅喷枪喷入出铁中的摆动流咀中，脱硅剂（主要是烧结矿粉和除尘粉，含较高的FeO）与铁水一起进入鱼雷罐中，脱硅剂与铁水中的SI发生剧烈反应，形成SiO2进入渣中，从而达到铁水脱SI的目的。 在反应过程中,Si的氧化反应，与C、Mn的氧化反应同时进行,其反应式为: SI + 2(FeO) = (SiO2) + 2Fe (1)Mn + (FeO) = (MnO) + Fe (2)C + (FeO) = CO + Fe (3)3SI + 2(Fe2O3) = 3(SiO2) + 4Fe (4)3Mn + (Fe2O3) = 3(MnO) + 2Fe (5)3C + (Fe2O3) = 3CO + 2Fe (6)3.宝钢高炉炉前铁水脱硅实践3.1炉前脱硅技术高炉炉前脱硅是一项新的生产工艺，根据公司要求，整个脱硅系统在高炉正常生产过程中以技改的形式逐步在宝钢三座高炉增建，到2001年底，宝钢三座高炉炉前脱硅系统全部建成并投入运行。根据宝钢高炉的实际生产状况和脱硅工艺特点，主要采取了以下的措施： 协调组织正常生产和技术改造施工、生产调试宝钢高炉炉前脱硅技改工程在施工改造过程中具有以下特点：l 资金投入量较大，工程改造施工量大，1、2号高炉分别增加了一台炉前脱硅除尘风机，2号高炉还兼顾到高炉大修后的出铁场部分平坦化工程。l 施工工作复杂，难度大，技改工程在高炉生产过程中进行，既要确保技改工程的顺利进行，又不能影响高炉的正常生产，而且有些改造的关键部位与高炉的正常生产直接相关。为此，炼铁厂根据各高炉的状况，专门成立以项目负责人为主的脱硅改造推进小组，负责协调和推进脱硅技改工程的工作。通过采用区域负责管理、三方签字确认、一事一票等形式，生产方与设计单位和施工单位的密切合作，协调和推进，既保证了生产的正常进行，又按时圆满地完成了脱硅技改工程。同时，针对新的工艺技术特点，及时组织编写了岗位操作规程和安全规程并组织职工进行学习，确保了三座高炉的脱硅系统顺利投产。 脱硅系统设备创新 稳定高炉生产，实施低硅冶炼根据宝钢炉前脱硅工艺设计要求，为了使铁水脱硅后的含硅满足炼钢需求（SI0.20%），脱硅前的铁水温度须稳定，控制铁水SI0.42%。近年来，宝钢炼铁技术在不断保持世界一流水平的同时，继续进行高炉低硅冶炼操作，通过对高炉渣铁性能的控制、风口前理论燃烧温度控制、高煤气利用率控制、高喷煤比的控制和原燃料质量控制等技术研究和进步，高炉低硅冶炼技术取得了显著的进步和提高，近两年来，高炉炉况顺行、炉温稳定，铁水含SI在0.30%左右。不仅提高了宝钢的高炉冶炼技术，降低了高炉生铁成本，同时也为高炉炉前脱硅奠定了良好的基础。 调整工艺参数，稳定脱硅操作控制高炉炉前脱硅是宝钢高炉新的操作工艺技术，其操作方式采用喷吹法，即脱硅剂经罐车输送至脱硅喷吹站，由喷吹罐加压、流化后，通过脱硅喷吹管线输送至出铁场摆动流咀平台，采用脱硅专用喷枪喷入出铁中的摆动流咀中，脱硅剂与铁水一起进入鱼雷罐进行铁水脱硅。由于脱硅喷吹管线较长，而且脱硅剂的比重较大，在脱硅操作过程中容易发生管线堵塞，影响脱硅操作和脱硅效率。脱硅操作人员根据新的工艺特点，逐步调整和优化工艺参数，自主开发出了“防止管线堵塞控制系统”，确保了脱硅喷吹系统的稳定控制。 研究开发脱硅使用的消泡剂 根据宝钢高炉炉前脱硅工艺技术特点，铁水的脱硅反应在鱼雷罐中剧烈进行，同时，由于脱硅过程也是铁水脱碳的过程，碳的氧化和脱硅过程中渣的粘度等物化性能的变化，造成大量的泡沫渣产生，不仅影响脱硅效率，也对实际操作生产带来极不利的影响。通过对脱硅反应机理、脱硅过程中渣的粘度、碱度和表面张力等物性的研究，相应研究开发出适合宝钢高炉炉前脱硅工艺要求的消泡剂，实际使用过程中在保持脱硅效率的条件下有效地抑制了泡沫渣的产生，效果良好。3.3.2脱硅操作技术管理1).脱硅剂输送 脱硅剂由吸引压送罐车送到喷吹站附近，通过罐车上的气泵及喷吹站的补气气源将脱硅剂压送到储粉仓中。每一个储粉仓和喷吹罐均设有称量装置，监视料位、装料及喷吹过程。 喷吹站内脱硅剂的输送是用压缩空气输送的。输送气体的流量通过调节阀进行控制。脱硅剂的投放速度通过改变料流调节阀的开度和罐压等参数加以控制。2).脱硅操作 脱硅操作时喷枪头处于摆动流嘴铁水面上一定的高度。脱硅剂与空气混合物在喷枪头处以扁平大流股冲入铁水中，以加大脱硅剂于铁水接触面，提高脱硅效率。 喷枪的操作及其位置控制由喷枪传动设备实现。操作该设备能完成喷枪升降、摆动、横向移动三个动作。生产中操作人员通过该设备控制喷枪头与摆动流嘴中的铁水面保持最佳的位置状态。 脱硅剂投入量随出铁速度变化，通过调挡位控制脱硅剂单耗。当脱硅过程中有泡沫渣产生时，可适当加入消泡剂。4.影响脱硅效果的因素分析4.1脱硅剂单耗脱硅剂单耗是指吨铁消耗的脱硅剂量。它是影响脱硅效果的主要因素之一。下面是脱硅剂单耗与脱硅效率和脱后硅的关系。图1.脱硅剂单耗与脱硅效率和脱后硅的关系Fig.1 The relation between agent consumption and desilication efficence由上图可以看出，脱硅效率随脱硅剂单耗的升高而升高，脱后硅随脱硅剂单耗的升高而下降。这主要是因为吨铁脱硅剂消耗量增加，脱硅反应更加充分所致。4.2铁水温度合适的铁水温度对脱硅效果也有一定的影响。温度低，铁水中硅含量也低，硅的浓度梯度小，反应动力小，脱硅剂主要和碳反应，脱硅效果差，并且容易起泡；温度高，硅含量高，铁水比较粘，反应不易充分进行，脱硅效率要受到一定影响，硅也不容易脱下来。如图所示为铁水温度与脱硅效率和脱后硅的关系。可以看出，铁水温度在1505度左右平均脱硅效率最高。图2.铁水温度与脱硅效率和脱后硅的关系Fig.2 The relation between PT and desilication efficence4.3原始硅高低原始硅的高低对脱硅效率和脱后硅的影响也是主要因素。由图可以看出，原始硅和脱后硅基本成线性关系，原始硅越低脱后硅也越低，这很容易理解。但原始硅高低与脱硅效率成一个抛物线关系，也就是原始硅在0.35左右时脱硅效率最高，这也和铁水温度与脱硅效率的关系相对应。图3. 原始硅与脱硅效率和脱后硅的关系Fig.3 The relation between Sii and desilication efficence4.4脱硅剂成分、粒度 脱硅剂的成分特别是含氧量对脱硅效率的影响较大，因为脱硅过程就是脱硅剂中的氧与铁水中的硅反应的过程，脱硅剂含氧量越高，脱硅效果越好。脱硅剂的其它成分，如氧化钙等对脱硅渣的碱度有调节作用，对脱硅反应也很重要。脱硅剂的粒度对脱硅效果的影响主要表现在：粒度太粗，喷吹易堵，影响脱硅操作，脱硅剂难以达到有效喷吹量；粒度太细，大部分脱硅剂被集尘吸走，进入铁水的脱硅剂量减少，影响脱硅效果。4.5渣子翻泡 渣子起泡是脱硅反应中不可避免的现象，翻泡剧烈，影响受铁量，受铁末期易使铁水翻出下地，必须适当投入消泡剂，甚至不得不提前停止脱硅。这样脱硅剂很难达到合适的喷吹量，并且最后的受铁没有脱硅，很难保证脱硅合格。4.6操作方法恰当的操作方法对提高脱硅效果和降低渣子起泡也非常重要。喷枪的位置、喷吹速度、喷吹时机等都是重要的影响因素。喷枪位置过高或喷吹速度过小，脱硅剂被除尘吸走的多，并且冲击铁水的搅拌力弱，反应不充分，浮在铁水表面的脱硅剂多，还会造成渣子粘度增加，容易起泡；喷枪位置过低或喷吹速度过大，对铁水的冲击力大，反应太剧烈，也容易起泡，并且溅出的铁水容易烧坏喷枪头。恰当的喷吹时机不仅可以提高脱硅效率，还可以降低脱硅剂单耗，降低渣子起泡。开始受铁时没有必要喷吹，当受铁100吨时开始喷吹，这时借助铁水的冲击搅拌，先前的铁水也能和脱硅剂反应，并且起到缓冲作用，不至于反应太剧烈而造成翻泡。这时要控制好喷吹速度，当受铁即将完毕时，要达到合适的喷吹量。如果渣子翻泡，及时投入消泡剂，并适当降低喷吹速度，必要时可向另一侧受铁几分钟。最好能控制在受铁结束前23分钟结束脱硅，这时鱼雷罐车里的铁水液面由于良好的反应呈鱼鳞状波纹。5脱硅泡沫渣的产生及抑制由于脱硅过程是一种剧烈的氧化反应过程，脱硅的过程又是脱碳的过程，铁水中的C被氧化生成CO气体，造成脱硅过程中产生大量的泡沫渣，泡沫渣的产生不但影响脱硅效率，而且泡沫渣极易造成鱼雷罐罐口熔渣满溢，影响鱼雷罐的铁水装载量，且容易引发不安全的事故发生。针对这种情况，研究开发出了高炉炉前脱硅消泡剂，有效地抑制了泡沫渣的产生，确保了脱硅的正常进行。6宝钢高炉炉前脱硅技术进步 自从喷吹法脱硅系统投入生产以来，通过实践不断摸索经验，不断调整操作参数，脱硅效率和合格率逐渐提高，脱硅后的硅含量逐渐降低。目前脱硅合格率能达到95%以上，脱硅效率在60%以上，脱硅后平均硅含量在0.100.15%左右。脱硅剂单耗保持在1825kg/t铁之间。7结束语 宝钢采用铁水预处理技术，有利于调整公司产品结构，冶炼国内、外市场需求量不断增加的低磷、低硫、高纯度、高附加值的钢种，提高公司市场竞争力