近幾年來，由于對(duì)鋼材質(zhì)量的要求越來越高，特別是我國(guó)“十二五”期間要求鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)國(guó)內(nèi)短缺的高端鋼材品種，并延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，使得鐵水預(yù)處理顯得尤為重要。鐵水預(yù)處理脫硅也成為鋼鐵企業(yè)不可缺少的工序之一，特別在日本得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，鐵水預(yù)處理脫硅也在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展起來。本文主要介紹了國(guó)內(nèi)外鐵水預(yù)處理脫硅的發(fā)展歷史、鐵水預(yù)脫硅的優(yōu)越性、脫硅方法及特點(diǎn)、脫硅渣的起泡問題和新技術(shù)開發(fā)等方面的內(nèi)容。

　　爐外脫硅助推優(yōu)質(zhì)鋼材生產(chǎn)

　　鐵水預(yù)處理脫硅是伴隨脫磷工藝發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一種鐵水處理工藝，即在鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐鋼煉前將鐵水中的硅去除，使之達(dá)到規(guī)定含量的工藝方法。其優(yōu)越性表現(xiàn)在幾方面：一是減少熔劑消耗，實(shí)現(xiàn)少渣煉鋼。鐵水中硅含量降低，在轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)需要的溶劑量就會(huì)降低，渣量也會(huì)相應(yīng)減少。二是大大縮短冶煉時(shí)間，提高轉(zhuǎn)爐效率。結(jié)合預(yù)脫硫、磷后的脫硅鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐，只需脫碳工序，這樣最大限度地發(fā)揮了設(shè)備能力，且易于控制吹煉終點(diǎn)。三是為冶煉低磷鋼種提供必要條件。根據(jù)熱力學(xué)氧勢(shì)圖的選擇性氧化原理可知，Si較P優(yōu)先氧化生成SiO2，使得在脫磷時(shí)有充分的CaO與磷的氧化物反應(yīng)，為冶煉低磷鋼種提供了必要的條件。研究表明，要想更好的脫磷，鐵水中硅的含量必須在0.15%以下。四是穩(wěn)定了轉(zhuǎn)爐冶煉操作，延長(zhǎng)了爐襯的壽命，提高金屬收得率。脫硅后的鐵水在轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)用的石灰減少，相應(yīng)的渣量就會(huì)減少，因此減輕了對(duì)轉(zhuǎn)爐爐襯的侵蝕。同時(shí)，操作的過程中減少了噴濺的幾率，進(jìn)而提高了金屬的收得率。

　　鐵水脫硅技術(shù)的發(fā)展

　　脫硅工藝是基于鐵水脫磷和轉(zhuǎn)爐煉鋼的需要而開發(fā)的一種新工藝。鐵水預(yù)處理脫硅技術(shù)的試驗(yàn)和應(yīng)用可以追溯到19世紀(jì)末期，當(dāng)時(shí)該技術(shù)的工業(yè)化程度非常有限。而到20世紀(jì)30年代，為了改善平爐煉鋼的冶煉指標(biāo)而發(fā)展了鐵水預(yù)處理脫硅；20世紀(jì)70年代國(guó)際石油危機(jī)爆發(fā)，鐵水預(yù)處理脫磷技術(shù)越來越受到鋼鐵企業(yè)的重視（特別是在日本）。而想更好的脫磷必須先將硅含量降低到一定的范圍之內(nèi)，因此脫硅就顯得尤為重要。 

　　鐵水預(yù)處理脫硅技術(shù)在歐美和亞洲得到了迅速的發(fā)展并逐漸形成了成熟的工藝，特別是在亞洲的日本。日本的大型鋼鐵公司都在使用脫硅處理技術(shù)，韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵也在采用鐵水脫硅技術(shù)。表1為鐵水脫硅工藝在日本的應(yīng)用情況。

　　我國(guó)很早就開始了鐵水預(yù)處理脫硅技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，20世紀(jì)50年代鞍鋼曾實(shí)行過鐵水溝脫硅和精煉爐脫硅，但是發(fā)展比較慢。20世紀(jì)80年代日本的脫硅技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)候，我國(guó)開始從日本引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。如1987年，寶鋼與新日鐵簽訂了鐵水脫硅成套設(shè)備合同；1988年6月，太鋼二煉鋼從住友公司引進(jìn)的脫硅設(shè)備投產(chǎn)；1988年12月，包鋼通過冶金部的脫硅技術(shù)鑒定。表2為脫硅技術(shù)在我國(guó)鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用情況。

　　鐵水預(yù)處理脫硅技術(shù)在我國(guó)雖然只有僅僅幾家鋼鐵企業(yè)在使用，但是隨著對(duì)高質(zhì)量鋼材的需求增長(zhǎng)，我國(guó)很多鋼鐵企業(yè)已經(jīng)開始重視脫硅技術(shù)并做了一些研究。如酒鋼根據(jù)本廠鐵水條件和現(xiàn)場(chǎng)條件選擇了鐵水溝投撒法脫硅預(yù)處理方案，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；梅山鋼鐵也開始對(duì)脫硅進(jìn)行研究；上海一鋼在魚雷罐和鐵水溝投撒脫硅劑進(jìn)行了脫硅試驗(yàn)；北臺(tái)鋼鐵和山鋼萊鋼也對(duì)鐵水脫硅處理進(jìn)行了研究。

　　探究鐵水脫硅之法

　　從鐵水預(yù)處理脫硅歷史的發(fā)展來看，鐵水預(yù)處理脫硅主要是發(fā)生在高爐-轉(zhuǎn)爐中間過程中，分為高爐爐內(nèi)鐵水脫硅和高爐爐外鐵水預(yù)處理脫硅。但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和條件所限，高爐爐內(nèi)脫硅僅處于試驗(yàn)階段并沒有得到工業(yè)化推廣。因此目前高爐爐內(nèi)鐵水脫硅已經(jīng)被淘汰，而是采用高爐爐外鐵水預(yù)處理脫硅的方法。爐外脫硅方法分為高爐爐前連續(xù)脫硅法和鐵水預(yù)處理站脫硅法。

　　高爐爐前連續(xù)脫硅法。該方法是在高爐爐前將脫硅劑直接加入到鐵水溝進(jìn)行脫硅，根據(jù)脫硅劑的加入方式有上置法（或投撒法）和鐵水溝噴吹法兩種。

　　上置法用振動(dòng)給料器使脫硅劑自然落到鐵流液面上。脫硅劑的添加方法最早采用的是投入法，當(dāng)時(shí)日本新日鐵公司君津廠采用此方法在傾動(dòng)溜槽處連續(xù)投入脫硅劑，脫硅劑的粒度約為3mm，但當(dāng)時(shí)的脫硅效率不高。上置法的脫硅設(shè)備簡(jiǎn)單、脫硅劑的加入量調(diào)節(jié)方便、處理能力大，不需要另外的反應(yīng)時(shí)間。但是，鐵水的脫硅效率低，爐前工作條件惡劣，終點(diǎn)硅可控性低，溫降小（新日鐵君津廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試溫降為17℃）。

　　鐵水溝噴吹法是以壓縮空氣或氮?dú)鈱⒚摴鑴﹪姷借F水表面或?qū)�噴槍埋入鐵水內(nèi)部使脫硅劑噴入其中，利用噴吹動(dòng)能和脫硅劑上浮達(dá)到脫硅的目的。該工藝是繼投入法之后，于20世紀(jì)90年代隨著技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展起來的。當(dāng)時(shí)在日本川崎鋼鐵廠順利投產(chǎn)，使用的脫硅劑有燒結(jié)礦粉、軋鋼鐵皮和CaCO3，粒度小于1mm，脫硅效果好，脫硅率達(dá)到90%以上。鐵水溝噴吹法的處理能力大、脫硅效率高，且不需要另外的反應(yīng)時(shí)間。但是，該法噴吹設(shè)備比較復(fù)雜，噴槍壽命短，成本高，終點(diǎn)硅可控性低，同時(shí)溫降也小。

　　鐵水預(yù)處理站脫硅法。該脫硅方法一般是由插入鐵水的噴槍把粉劑噴入鐵水中進(jìn)行脫硅，粉劑與鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)將鐵水中的硅元素氧化來完成脫硅。此方法處理鐵水的能力大，工作壞境優(yōu)于上置法。但同時(shí)，該方法的設(shè)備復(fù)雜，設(shè)備成本高，操作不太穩(wěn)定，反應(yīng)容器多為魚雷罐、鐵水罐和混鐵車。

　　在高爐-轉(zhuǎn)爐間設(shè)置鐵水預(yù)處理車間進(jìn)行鐵水脫硅具有以下特點(diǎn)：一是脫硅終點(diǎn)比較容易控制，工作條件好，處理鐵水的能力大。此方法在一個(gè)相對(duì)固定的空間中進(jìn)行，克服了高爐爐前出鐵鐵水硅含量的波動(dòng)，不像高爐爐前那樣在鐵水流動(dòng)的情況下對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理脫硅，處理后鐵水的硅含量比較穩(wěn)定，脫硅終點(diǎn)比較容易控制。該方法的動(dòng)力學(xué)條件較好，脫硅劑的利用率較高，處理鐵水的能力較大。二是預(yù)處理站吹氣脫硅鐵水溫降較大，鐵水罐或魚雷罐內(nèi)襯侵蝕也較大。該方法的脫硅反應(yīng)全部在鐵水容器(多為鐵水罐或魚雷罐)內(nèi)分批進(jìn)行，鐵水在高爐-轉(zhuǎn)爐間停留時(shí)間較長(zhǎng)，因此爐襯侵蝕較大。如果在處理站吹氣脫硅，由于氣體出去時(shí)是以高溫氣體釋放，一般溫降為30℃~40℃。日本鹿島鋼鐵廠的魚雷罐噴吹脫硅現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的溫降為40℃。過去寶鋼在魚雷罐脫硅時(shí)為了彌補(bǔ)溫度的損失，采取用套管頂吹粉劑和氧氣脫硅，其中中心管氧氣的壓力為0.95MPa，氣氧比約為30%。三是容器維護(hù)成本高。鐵水罐或魚雷罐本身和內(nèi)襯修砌設(shè)備造價(jià)較高，工作條件差，內(nèi)襯修砌所需時(shí)間長(zhǎng)，提高了物力和人力成本。四是操作不當(dāng)可能造成噴濺事故的發(fā)生。鐵水罐或魚雷罐的容積和預(yù)留空間較小，在脫硅過程中會(huì)產(chǎn)生泡沫渣，操作不當(dāng)易發(fā)生噴濺。泡沫渣的存在還會(huì)使鐵水罐裝載的鐵水容量減少。 

　　雖然現(xiàn)在鐵水預(yù)處理脫硅技術(shù)得到了迅速的發(fā)展并不斷完善，但仍存在很多問題，主要有脫硅處理后脫硅渣中的FeO含量較高、脫硅效率不高、脫硅過程的起泡現(xiàn)象和操作不當(dāng)可能造成的噴濺等。國(guó)內(nèi)外許多的冶金專家和人士對(duì)這些問題進(jìn)行了較為深入的研究，近幾年來，北京科技大學(xué)煉鐵室楊世山教授對(duì)新技術(shù)的開發(fā)做了很多的工作，其主張用KR機(jī)械攪拌法進(jìn)行脫硅。由于魚雷罐和鐵水罐噴吹脫硅都會(huì)在罐內(nèi)造成死區(qū)，脫硅不均勻、動(dòng)力學(xué)條件變差，而KR攪拌法避免了上述的問題。