為了給煉鋼提供成分穩(wěn)定的低硅鐵水，必須根據(jù)出鐵時的硅含量和出鐵速度確定和控制脫硅劑的輸送速度和添加量。典型的控制系統(tǒng)包括高爐熱控制模型預(yù)報鐵水含硅量，出鐵期間硅含量在線快速分析，再根據(jù)煉鋼要求的含硅量控制脫硅劑加入量。硅含量的快速分析已開發(fā)多種，生產(chǎn)已采用的有兩種：一種為將圓片狀試樣夾在兩電極間，其間溫差200℃，電極間熱電勢隨硅含量增加而上升。測量范圍是0～1.5%Si，精度σ=0.02%。插入試樣至顯示結(jié)果需50s。另一種為固體電解質(zhì)定硅探頭，其結(jié)構(gòu)為Cr·Cr₂O₃//ZrO₂—MoO//SiO₂/Si(鐵中)，用鉬絲作

高溫導(dǎo)線。當(dāng)固體電解質(zhì)外套石英管SiO₂與鐵水中硅平衡時，有如下關(guān)系：

[Si] 2[O]=(SiO₂)

從測定固體電解質(zhì)/鐵水/石英套管間氧的活度得出相應(yīng)的硅含量，即硅含量與輸出電勢(毫伏值)的關(guān)系。用此方法控制調(diào)節(jié)脫硅劑加入量的效果是：目標(biāo)硅為0.05%～0.12%時，命中率由46%提高至77%，脫硅劑消耗減少30%。

脫硅用耐火材料

脫硅渣與高爐渣比較，前者FeO含量高。原來用Al₂O₃-SiC-C系的鐵溝耐火材料在渣線部分侵蝕嚴(yán)重。因此在渣線部分改變材質(zhì)，在脫硅劑加入處擴(kuò)大鐵水溝尺寸，鐵溝側(cè)壁埋設(shè)強(qiáng)制風(fēng)冷管等。對高FeO的脫硅渣，由于SiC、C被氧化而受到侵蝕，可用Al₂O₃-MgO系耐火材料代替，耐侵蝕性主要在于成渣反應(yīng)生成液相量的大小。試驗證實，當(dāng)MgO/A1₂O3大于1.0時，液相的生成受到抑制，原因在于脫硅渣中FeO與MgO-Al₂O₃反應(yīng)生成高熔點礦物。

影響脫硅的因素

主要有脫硅劑單耗、處理前含硅量、反應(yīng)界面積(即鐵水與脫硅劑混合狀況)、脫硅劑的種類和粒度等。根據(jù)爐前脫硅和鐵水罐脫硅的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，溫度在1250～1450℃范圍內(nèi)，溫度變化對脫硅沒有明顯影響。

脫硅劑單耗和原始硅含量 鐵水含硅量大于0.5%時，一般每噸生鐵加入脫硅劑10～30kg、脫硅量約0.1%～0.4%，脫硅劑單耗增加，脫硅量增加，但其增加幅度減小。這與鐵水含硅量逐漸降低后脫硅氧效率降低有關(guān)。與硅以外的其他元素(C、Mn等)的氧化有關(guān)。

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按處理場所不同分為在高爐出鐵過程中連續(xù)脫硅和在鐵水罐(或魚雷車)中間歇處理兩種;按加入方法有自然落下的上置法，噴槍在鐵水面上的頂噴法和噴槍插入鐵水的噴吹法等;按攪拌方法有吹氣攪拌、鐵水落下流攪拌、噴吹的氣粉流攪拌和葉輪攪拌。脫硅方式的選擇主要根據(jù)鐵水含硅量、要求處理后的含硅量和已有設(shè)備限制等條件來確定。若鐵水含硅量大于0.45%～0.50%，應(yīng)設(shè)置高爐爐前脫硅。若鐵水需預(yù)處理脫磷、脫硫，需先在鐵水罐中脫硅，將含硅量降至0.10%～0.15%以下。

出鐵場脫硅 有的脫硅劑以皮帶或溜槽自然落下加入鐵水溝，經(jīng)鐵水落下流將脫硅劑卷入進(jìn)行反應(yīng)。有的鐵水溝有落差，脫硅劑高點加入，過落差點有一段反應(yīng)距離，再設(shè)置撇渣器將脫硅渣分離。硅含量可由0.50%降至0.20%，錳也有下降。有的脫硅劑以加速添加方式進(jìn)行。一種為插入鐵水的噴槍，以高速氣粉流噴入，噴槍處鐵水溝改造為圓形反應(yīng)坑。噴槍為橫吹4孔;另一種噴槍在鐵水面上，以高速氣粉流向鐵水投射。有的投射點在鐵水溝，該處改造為較寬較深的反應(yīng)室。有的投射點在擺動流嘴處。這些加速添加方式都改善了反應(yīng)的動力學(xué)條件。同時還需克服噴濺過大、耐火材料侵蝕等問題。

鐵水罐脫硅 這種脫硅在專門預(yù)處理站進(jìn)行。采用插入鐵水的噴槍脫硅。脫硅劑粒度為—40～—100目，處理溫度低(約1320℃左右)，需加氧槍面吹(距鐵水面200mm左右)，防止溫度下降。當(dāng)氣體氧/固體氧在0.3～0.5范圍時，平均脫硅量0.59%，鐵水處理后溫度基本不變，氣體氧用量相當(dāng)于1.4～2.0m3/t。若上述比值增至0.6～1.0，平均脫硅量0.48%，則處理后平均升溫50℃左右。與高爐爐前脫硅相比，高爐前脫硅不需增加脫硅時間和工序，熱損失少，鐵水溫降不大。處理溫度較鐵水罐脫硅高100℃左右，但鐵水罐裝入量減少10%～30%，出鐵中的硅含量，鐵流大小和溫度較難控制，影響了脫硅效率的穩(wěn)定性。從設(shè)備上看，爐前脫硅隨出鐵溝的設(shè)置需多點處理，設(shè)備費(fèi)用高。但不需新建廠房。

硅一直作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)熱元素。但隨著轉(zhuǎn)爐容量增加和冶煉技術(shù)的進(jìn)步，需要由硅提供的熱量逐漸減少。又由于減少渣量對煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改善十分有利，所以對鐵水含硅量的要求逐漸降低，尤其是需要預(yù)處理脫磷脫硫的鐵水。

根據(jù)不同的冶煉工藝和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，大致可分為以下兩種情況：(1)對需要脫磷脫硫預(yù)處理的鐵水，其硅含量分成兩種，如果使用蘇打系熔劑，則硅含量要求小于0.10%;如果使用石灰系熔劑，則硅含量要求小于0.15%。因為高于此值時熔劑首先用于脫硅，不能脫磷，不利于提高脫磷渣堿度和脫磷劑利用率。(2)對直接供給轉(zhuǎn)爐煉鋼的鐵水，按不同對象鋼種，以[Si]0.5%為基準(zhǔn)，改變硅含量對煉鋼時鐵礦石加入量、爐渣堿度、渣中TFe量和鐵收得率、錳鐵合金消耗、渣量和噴濺損失等對冶煉成本的影響，得出低溫(1610℃±10℃)出鋼要求的鐵水含硅量以0.20%時成本最低，大于或小于0.2%時都引起成本升高。高溫(1700℃±10℃)出鋼要求的鐵水含硅量小于0.40%，高于0.40%時則引起成本上升。

硅是易氧化元素。脫硅反應(yīng)可表示如下：

式中LS_i為硅在渣鐵間分配率;Cs為硅容量(K′S_i/γ(S_iO₂));a[O]為氧在鐵水中活度;f[S_i]為硅在鐵水中活度系數(shù);γS_iO2為氧化硅在渣相中的活度系數(shù);K′S_i為反應(yīng)式(1)的平衡常數(shù)。在碳飽和鐵水中硅的活度系數(shù)根據(jù)各元素相互作用系數(shù)按下式計算：

按一般煉鋼生鐵計算，f_Si約在7～8之間。硅容量CS_i表示了渣相的溶硅能力。它與渣中二氧化硅的活度系數(shù)γ(S_iO2)成反比。硅容量和渣成分有密切關(guān)系。從以上熱力學(xué)性質(zhì)可以看出：(1)在一定溫度和生鐵成分條件下，脫硅能力決定于渣相的硅容量和供氧強(qiáng)度。(2)脫硅過程中隨著生鐵成分的變化(硅錳等含量下降)f_Si下降。

用氧化鐵脫硅發(fā)生以下反應(yīng)： [Si] 2(FeO)=(Si_O2) 2Fe

此反應(yīng)可認(rèn)為分成以下步驟：硅自鐵水向渣鐵界面轉(zhuǎn)移;渣鐵界面的化學(xué)反應(yīng);二氧化硅從渣鐵界面向渣中轉(zhuǎn)移;渣中氧化鐵向渣鐵界面轉(zhuǎn)移。

鐵水預(yù)處理脫硅開始較早，1897年曾有人用平爐進(jìn)行了脫硅脫磷的預(yù)備精煉工業(yè)試驗，20世紀(jì)初進(jìn)行了混鐵爐脫硅，到40年代試驗了高爐出鐵時的脫硅，中國于50年代曾在鞍山鋼鐵公司實施過預(yù)備精煉爐脫硅和高爐鐵水溝脫硅，這些都對改善平爐煉鋼的冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和提高生產(chǎn)率起了良好的作用。到了90年代，基于對優(yōu)質(zhì)鋼材的需求，以及鋼鐵生產(chǎn)工藝本身節(jié)省資源和能量、減少渣量等公害的需要，日本發(fā)展了以脫硅、脫磷為目的的鐵水預(yù)處理。此后發(fā)展成兩類預(yù)脫硅工藝，一類是作為鐵水同時脫磷、脫硫的前工序，以提高其效率，這種鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐只需完成脫碳和提高溫度，爐渣減少到微量保護(hù)渣層的程度，主要生產(chǎn)高純鋼種;另一類是作為降低轉(zhuǎn)爐渣量的措施。1985年前后日本各大廠曾廣泛采用，主要在高爐爐前進(jìn)行。后來，由于高爐冶煉低硅鐵技術(shù)的發(fā)展，這類預(yù)脫硅方法已較少使用。

在預(yù)處理站將脫硅劑噴吹到鐵水罐中進(jìn)行脫硅的方法。

在各工藝中，脫磷的操作條件因鐵水的處理目標(biāo)和初始條件而異，但主要應(yīng)控制的操作條件有鐵水初始硅含量、溫度、氧化劑、渣堿度和脫磷劑用量等因素。

鐵水預(yù)脫磷硅含量

脫磷前鐵水含硅量應(yīng)控制在0.15%以下，以確保以小量脫磷劑實現(xiàn)高效脫磷。根據(jù)轉(zhuǎn)爐吹煉經(jīng)驗，硅降至0.2%以下時開始脫碳，為防止脫硅時碳的氧化，脫磷前鐵水含硅量也可控制在0.2%左右。由于高爐冶煉低硅生鐵已成為可能，許多鋼鐵企業(yè)正在開展同時脫硅、脫磷研究，如日本日新制鋼進(jìn)行了5t規(guī)模的同時脫硅、脫磷研究，結(jié)果表明，通過控制CaO/∑O₂(∑O₂=O₂ 固體氧化劑含氧量)比值，即使硅含量為0.5%的鐵水也可有效地脫磷，而脫磷劑用量增加不大。這是因為有效脫磷的條件一是增大氧勢，二是提高堿度，即降低CaO/∑O₂值，在高氧勢條件下脫磷和提高CaO/∑O₂以及在高堿度條件下脫磷都是可能的，而前者的脫硅效率比后者大。關(guān)鍵是根據(jù)具體條件選擇合適的CaO/∑O₂值。日新制鋼選擇的是1.5kg/m。

鐵水預(yù)脫磷處理溫度

鐵水脫磷溫度不宜過高。合適的處理溫度是1380～1480℃。這是考慮到鐵水脫磷過程中產(chǎn)生溫降和轉(zhuǎn)爐煉鋼對入爐鐵水溫度要求確定的。從脫磷的熱力學(xué)條件和使用蘇打灰為脫磷劑時防止或減少其揮發(fā)的角度考慮，低溫有利，但低溫不利于石灰系脫磷劑的渣化和保證不了煉鋼對鐵水溫度的要求。而溫度過高，從脫磷熱力學(xué)條件和蘇打灰揮發(fā)損失考慮都不利于脫磷。脫磷處理后的鐵水顯熱和潛熱都降低，前者是因為脫硅、脫磷使用了大量的冷態(tài)脫磷劑，后者是因為作為煉鋼熱源的硅、錳，磷和碳在處理過程中被除去或降低。

鐵水預(yù)脫磷氧化劑

氧化劑有氣體氧(O₂)和固體氧(鐵礦石或氧化鐵)兩種，二者的作用有3點不同：(1)氣體氧使鐵水溫度升高，而固體氧降低鐵水溫度;原因是氣體氧與鐵水中[C]的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而氧化鐵與[C]的反應(yīng)是吸熱反應(yīng);另外氣體氧的存在促進(jìn)CO的二次燃燒也使鐵水溫度升高。(2)頂加氧化鐵與面吹氧相比，脫磷終渣中全鐵高;但也有的研究指出，增加氣氧比會使渣中全鐵增加，氣氧比為60%時，渣中全鐵高達(dá)15%，如在脫磷后期停止吹氧，可使渣中全鐵保持在5%左右。(3)氧形態(tài)不同脫磷效果也不同。氧化劑的加入方式有向鐵水中噴吹氧氣和氧化鐵、頂加氧化鐵和面吹氧氣，其中頂加固體氧對脫磷效率很重要，因只噴吹氧化劑使渣中氧化鐵降低，不能確保脫磷效果。

鐵水預(yù)脫磷渣堿度

渣堿度高，有利于脫磷。蘇打系脫磷劑熔點低，可根據(jù)脫磷要求選擇合適的堿度。使用石灰系脫磷劑時，堿度CaO/SiO₂為3～4時磷容最高。 2100433B

1877年，洛杉·貝爾(Lowthian Bell)根據(jù)在預(yù)精煉爐內(nèi)用氧化鐵在脫碳前能脫磷的經(jīng)驗開發(fā)了鐵水預(yù)脫磷技術(shù)，即向裝有鐵水的擺動槽內(nèi)投入氧化鐵皮、精煉渣和鐵礦石等，邊加熱邊以60～80次/min的頻率振動，然后扒去含P₂O₅的渣，鐵水送至精煉爐，鐵水中磷自1.5%降至0.22%。與此同時進(jìn)行的另一種脫磷法是在金屬爐殼內(nèi)附有爐襯的旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)裝入鐵水，邊旋轉(zhuǎn)邊投入氧化鐵進(jìn)行脫磷，然后將脫磷鐵水與高硅鐵水混合，在貝塞麥(Bessemer)爐或西門子一馬丁(Siemens-Martin)爐內(nèi)精煉。該法工業(yè)化后僅兩年，在德國即被托馬斯(Thomas)爐取代，北美引進(jìn)該工藝后改造成為克虜伯(Krupp)精煉爐，脫磷率為70%～80%，磷從0.1%～0.5%降至0.02%。其后，由于托馬斯轉(zhuǎn)爐、堿性平爐及LD(Linz-Donawitz)轉(zhuǎn)爐均能實現(xiàn)脫磷，因而鐵水預(yù)脫磷一度受到冷落。20世紀(jì)70年代，隨著鋼鐵生產(chǎn)進(jìn)入高速度發(fā)展期，含磷轉(zhuǎn)爐渣的存放變得困難，需要盡可能地減少轉(zhuǎn)爐渣量，加之連鑄比和爐外精煉比的增加需要提高出鋼溫度而使轉(zhuǎn)爐吹煉過程脫磷負(fù)荷增大，低磷鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼、不銹鋼和高級合金鋼需求量也日益增加，世界各國對鐵水預(yù)脫磷的研究日趨興盛，并取得了重大發(fā)展，特別是日本已實現(xiàn)了工業(yè)化。中國的寶山鋼鐵(集團(tuán))公司在1990年也設(shè)置了鐵水預(yù)處理站并開發(fā)了預(yù)脫磷技術(shù)。隨著對鋼材品種、質(zhì)量的要求日益苛刻和鋼鐵冶金工藝的日趨合理化，鐵水預(yù)脫磷將為冶金工作者重視。