1、第 卷第期四 川 冶 金 年月 y ，文章编号：（）第一作者：李强刚（），男，本科，高级工程师，主要从事主要从事炼钢和连铸工艺研究，：。硅镇静钢非金属夹杂物去除策略李强刚，高海旺，曹振民（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西 汉中 ）摘要：研究了硅镇静钢的硅氧反应机理，钢渣界面脱硫机理。通过 回归方程分析现有工艺的脱硫能力限制性环节，得出现有工艺主要存在个突出问题并提出了改善方向：一是精炼渣流动性差，现有渣洗及工艺条件下石灰用量 降至 ，最终 组元由 降至 ；二是低耐材寿命，利用转炉出钢预熔渣渣洗和 渣面预脱氧，增加渣中 组元，取代了萤石，减少钢包炉衬化学侵蚀和机械冲刷，使渣中 组元含量由 提高
2、至 ，三是过程碱度低，组元由 降至 ，过程碱度不低于 ；四是应用不稳定，材料因断裂频次次批次降至。通过精炼渣系调整，曼内斯曼指数稳定在 ，去除非金属夹杂物能力突出；吨钢降本不低于元，成本优势显著。关键词：硅镇静钢；夹杂物；机理；精炼渣；指数中图分类号：文献标识码：o o o o o o ，（，）：y y y y ，：，y ，y ；，y ，y ，y ；y，y y ，y ；y ，o ：；世纪 年代，钢水用铝脱氧时，连铸中包水口堵塞严重，改为硅脱氧钢能一定程度消除水口堵塞，但硅脱氧钢的脱氧能力弱于铝脱氧钢。直至 世纪后期，由于 钢包精炼炉的推广，为降低钢材制造成本，一些用途较为广泛的钢种又改用硅脱氧
3、，即硅镇静钢。传统上认为，钢中酸溶铝含量大于 称 为 铝 镇 静 钢，而 钢 中 酸 溶 铝 含 量 小 于 则为硅镇静钢。对硅镇静钢而言，成品硫、酸溶铝含量很低，故如何保证在碳、硅合格的基础上，更有效地降低钢中硫含量和氧化物夹杂是一个首先必须要解决好的问题。对陕钢集团汉中钢铁公司（简称汉钢）冶炼硅镇静钢，采用 的脱氧方式，脱氧成本相对铝镇静钢较低但脱氧不彻底，导致非金属夹杂物数量多且尺寸偏大，严重影响产品的加工性能和应用领域拓展。硅镇静钢脱硫机理研究 钢中硅氧反应机理转炉出钢进行 、脱氧合金化，其中，硅与高氧化性钢水中氧易发生放热反应，见式（）、式（）。（）（）（）（）（）其中，为标准反应吉
4、布斯函数，为温度，。东北大学万雪峰提出，吹炼末期碳氧反应接近平衡，出钢温度为 ，。按照出钢温度为 时，对式（），反应向正向进行；对式（），此反应无法进行。即，对式（），铁水 ，石灰 吨，轻烧白云石 吨，合计总渣量 吨，假设完全脱氧，测算转炉渣中（）理论值 。转炉渣中（）实际均值 ，理 论 与 实 际 基 本 吻 合。转 炉 渣 中（）实际值见图。转炉渣S i O2%直方图正态8 07 06 05 04 03 02 01 00频率转炉渣S i O2%1 11 2均值1 4.0 8标准差 1.0 1 4N2 8 51 31 41 51 61 7图转炉渣中 正态分布 钢渣界面脱硫机理对铝镇静钢，铝参
5、与脱氧同时，也参与（）（），从而降低精炼渣中（），从而提高炉渣碱度。但对硅镇静钢而言，扩散脱氧反应如式（）式（）。（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）对式（）式（），添加的脱氧剂包括碳粉、电石、硅铁粉与渣中 进行钢渣界面反应，降低渣中 ，有利于式（）脱硫反应进行，其中式（）降低了炉渣 碱 度，脱 硫 反 应 速 率 降 低，应 减 少 硅 铁 粉用量。汉钢硅镇静钢工艺 现有工艺流程 吨转炉冶炼脱氧合金化 精炼炉软吹机流方坯连铸机。脱硫能力评价根据汉钢炼钢厂已知的工艺参数，对非金属夹杂物相关性因素分析，以成品硫为响应条件，以酸溶铝、成品钙、石灰、中包过热度、浇注周期、钙铝比、脱硫率等
6、七项做连续预测变量。夹杂物相关性因素分析见图。S 残差图正态概率图与拟合值残差预测值顺序9 99 05 01 01百分比正态概率图与拟合值残差拟合值-0.0 0 5 0-0.0 0 2 5 0.0 0 0 00.0 0 2 50.0 0 5 00.0 0 5 00.0 0 2 50.0 0 0 0-0.0 0 2 5-0.0 0 5残差0.0 0 5 00.0 0 7 50.0 1 0 00.0 1 2 50.0 1 5 086420频率-0.0 0 4-0.0 0 20.0 0 00.0 0 20.0 0 40.0 0 5 00.0 0 2 50.0 0 0 0-0.0 0 2 5-0.0
7、0 5残差151 01 52 02 53 03 5图夹杂物的相关性因素分析回归 方 程：成 品 石灰（）过热度 浇注周期 脱硫率（）由图和式（）可判断，与非金属夹杂物相关性因素主要为脱硫率和石灰用量，改善方向为增加石灰用量、提高脱硫率。其中石灰量多少取决于精炼渣各组分间对动力学条件的影响，因而通过精炼渣控制水平来进行进一步说明。如 图所 示，氩 站集 中 在 ，成品集中在 ，脱硫效第期 y率仅为 ，远 低 于 其 他 钢 企 脱 硫 效 率 。严重影响非金属夹杂物的去除效果。如图所示，在现有条件下，随着石灰量逐步增加，终点有降低趋势，进而能提高精炼脱硫效率，与公式（）吻合。氩站S,成品S 直方
8、图正态1 2 01 0 08 06 04 02 00密度数据0.0 0 5均值0.0 1 8 2 30.0 0 9 7 1 4变量氩站S成品S标准差0.0 0 5 6 3 10.0 0 3 6 6 7N3 53 50.0 1 0 0.0 1 5 0.0 2 0 0.0 2 5 0.0 3 0图氩站、成品控制情况S 的经验累积分布函数正态1 0 08 06 04 02 00百分比S0.0 0 0均值*0.0 1 4 6 7*石灰(k g)-14 5 05 0 05 5 05 8 06 2 06 5 06 8 07 0 07 2 07 5 08 0 08 2 08 5 0 z标准差*0.0 0 0
9、 5 7 7 4*N131110.0 1 00.0 1 50.0 2 00.0 0 5图成品与石灰对应关系 现有工艺缺陷 渣流动性差汉钢采用 精炼渣系，转炉出钢渣洗与精炼石灰投入吨钢 ，炉渣碱度随之增加，使用萤石（组元）能短时间缓解炉渣流动性以降低炉渣熔点，通过增加钢包底吹氩流量提升动力学条件；随着时间推移，炉渣流动性进一步变差，增加萤石（组元）能进一步缓解炉渣流动性，无法调整炉渣碱度（）。因此，现有渣洗及工艺条件下应控制或减少石灰用量。低耐材寿命 精炼渣系，萤石（）组元用量不断增加至吨钢 ，不仅对炉衬有化学侵蚀，埋弧效果不良也会对钢包渣线砖产生热冲击和机械冲刷，缩短钢包寿命；埋弧作用下，组元
10、与 组元反应生成 气体，污染工作环境。因此，要达到同等炉渣流动性，利用预熔渣提高（组元）替代萤石，减少钢包炉衬化学侵蚀和机械冲刷。过程碱度低转炉下渣量较大，加之 精炼炉使用硅铁粉脱氧，造成 组元 偏高，造成炉渣碱度（）为 偏低，反应式见 式（）。现有硅镇静钢生产工艺，严禁向钢或渣中投入铝系合金，导致 含量 ，即低于偏低，曼内斯曼指数（）为 偏高，造成炉渣流动性不良，导致炉渣的脱氧能力和吸附夹杂能力弱化。应用不稳定现有工艺采用硅铁粉、电石复合脱氧，易产生硅酸盐非金属夹杂物，进而导致终端客户加工过程中材料断裂频次次批次，造成终端客户生产效率降低，成本增加，也增大了钢铁企业的经济损失。非金属夹杂物去
11、除策略针对现有工艺缺陷，对 、四个品种分别进行精炼渣系调整，从而得出所有硅镇静钢非金属夹杂物去除策略。降低石灰用量石灰投入阶段分为转炉出钢和精炼过程，吨钢石灰合计由 降至 ，最终 组元由 降至 。通过转炉出钢渣洗和精炼石灰详细说明。出钢渣洗转炉出钢过程使用石灰和预熔渣渣洗，吨钢石灰投入量稳定在 ，吨钢预熔渣投入量 代替吨钢萤石 。石灰渣洗的作用：（）前期投入的造渣料，提前成渣；（）增加炉渣 组元，提高炉渣碱度；预熔渣的作用：（）替代萤石以提高化渣速率；（）增加炉渣中 组元，改善炉渣流动性。本步骤中出钢过程渣洗，能提前化渣、成渣，从而改善炉渣流动性。精炼石灰吨钢石灰投入量 ，通过底吹氩气流量 的
12、动力学条件提高钢渣界面反应速率。此时精炼石灰的作用：（）造渣料，增加炉渣 组元，提高炉渣碱度；（）使炉渣有一定厚度，防止氧化及冶炼过程钢水吸气。该步骤中投入石灰进行造渣，必须有较大的吹氩流量提高钢渣界面反应速率。四川冶金 第 卷 铝粒预脱氧钢包开至 精炼炉处理位，渣面均匀投入铝粒预脱氧，吨钢投入量 ，待 后，底吹氩气流量 搅拌 ，使渣中 组元含量由 提高至 。铝粒的作用：（）预脱炉渣中的氧；（）待铝粒完全氧化，进一步增加炉渣中 组元。该步骤中投入铝粒，预脱炉渣中的氧，进一步增加 组元，为黄白渣提供有利条件。深度脱氧电石遵循少批量多批次投入方式，吨钢电石投入量 ，确保 为 ，过程碱度不低于 ，曼
13、内斯曼指数 稳定在 为宜，使炉渣具有极强的脱氧能力和夹杂物吸附能力。电石的作用：（）发泡剂，炉渣泡沫化；（）主要成分为 ，还原炉渣 的 生成 气体，气体使炉渣进一步泡沫化。该步骤使投入电石进行炉渣脱氧，能造出极强脱氧能力和夹杂物吸附能力的白渣，为钢水深脱硫奠定坚实基础。良好的热力学、动力学条件在电极加热以满足液相线（）的热力学条件基础上，底吹氩气流量 的动力学条件进行强搅 ，去除 硅酸盐非 金 属 夹 杂，确 保 终 点 硫 含 量 为 。该步骤中利用良好的热力学条件和动力学条件，进行钢水深脱硫及去除大尺寸硅酸盐非金属夹杂物。渣面蠕动的软吹模式，去除 硅酸盐非金属夹杂，底吹氩气流量 。该步骤中
14、，渣面蠕动，一方面使减少钢水二次氧化；另一方面，底吹氩气流量越小，携带小尺寸硅酸盐非金属夹杂物能力越强。改善后渣系评价 精炼渣控制能力评价精炼渣的氧化程度取决于 和 含量，精炼渣中 和 含量多少决定了脱硫能力强弱。北京科技大学吴铿等人认为，精炼渣中（）含量大于以后，脱硫效率将明显下降，为达到较高的脱硫效率，应严格控制渣中（）。由表可知，通过精炼渣组分对比，工艺改良后的终渣（），终渣的还原性、流动性、脱氧能力均优于现有工艺；工艺改良后的终渣碱度（）在 之间，终渣（），脱氧能力良好；曼内斯曼指数（）指出渣指数 为宜。表改善前后精炼渣组分单位：精炼渣钢种 现有工艺全品种 改良后 改良后 改良后 改良
15、后 由表可知，通过精炼渣组分对比，工艺改良后的终渣（），终渣的还原性、流动性、脱氧能力均优于现有工艺；工艺改良后的终渣碱度（）在 之间，终渣（），脱氧能力良好；曼内斯曼指数（）指出渣指数 为宜。工序成本对比针对现有工艺和改良后进行工序成本核算，尤其对 、四个品种在现有工艺基础上分别进行精炼渣系调整，见表。由表，可明显看出，较现有工艺，工艺改良后的吨钢成本降低 元，降本效果显著。小结（）转炉出钢使用石灰和预熔渣渣洗，预熔渣替代萤石；吨钢石灰合计由 降至 ，最终 组元由 降至 。（）精炼炉渣面均匀投入铝粒预脱氧，使渣中 组元含量 。（）吨钢电石投入量 ，确保 为 。第期 y表工序成本对比项目钢种类
16、别单耗 合计成本元单位降本元石灰 萤石 现有工艺全品种电石 硅铁粉 电耗 电极消耗 石灰 电石 改良后 铝粒 电耗 电极消耗 石灰 电石 改良后 铝粒 电耗 电极消耗 石灰 电石 改良后 铝粒 电耗 电极消耗 石灰电石 改良后 铝粒 电耗 电极消耗 （）在电极加热以满足液相线（）的热力学条件基础上，底吹氩气流量 的动力学条件进行强搅 ，去除 硅酸盐 非 金 属 夹 杂，确 保 终 点 硫 含 量 为 。（）工艺改良后的终渣碱度（）在 之间，终渣（），脱氧能力良好；曼 内 斯 曼 指 数（）指 出 渣 指 数 为宜。（）较现有工艺，工艺改良后的吨钢成本降低 元，降本效果显著。参考文献：卢盛意用硅代替铝脱氧来消除连铸水口堵塞炼钢，（）：廖明固体合成渣钢包脱硫的应用研究炼钢，（）：，万雪峰炼钢过程铁碳氧平衡热力学解析鞍钢技术，（）：，贾黎杰，杜亚伟，王二林 精炼炉脱硫效率的生产实践研究甘肃冶金，（）：吴铿，梁志刚包钢 精炼过程脱硫工业实验研究钢铁，（）：，信息中冶赛迪一成果在“中国仿真学会大赛”上获佳绩近日，由中冶赛迪报送的“基于 y 和深度强化学习的行车调度研究”以组内最高分获得“中国仿真