水钢转炉炼钢应用锰硅合金的生产实践

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 钢铁作为一种重要的基础原材料，在世界各国的经济发展中发挥着举足轻重的作用。自18世纪50年代以来，随着贝塞麦转炉的出现以及大规模的钢铁制造业的兴起，人类社会的文明进步明显加快。尤其是20世纪以来，钢铁工业的蓬勃发展，成为全球经济和社会文明进步的重要物质基础。在可以预见的时间范围内，钢铁仍然是世界上非常重要的材料，钢铁材料的综合优异性能使其在主要基础工业和基础设施中仍然是不可替代的材料。钢铁以其成本的竞争力和原料的高储备量、易开采、易加工以及良好的再生利用性，仍将作为全球性的主要基础原材料。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 在钢铁工业的发展进程中，其基本原理并没有出现根本性的变化，但钢铁生产工艺流程中各工序的技术形式以及工程的组成内涵则发生了巨大的变化，从而使钢厂结构模式及制造流程发生了深刻变化。20世纪50年代氧气转炉的出现，使炼钢工业面貌迅速改观。70年代石油危机以后，由于能源价格上涨，连铸技术迅猛发展，连铸坯热送热装和直接轧制的实现，使钢厂的生产愈益专业化和系统化。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 在绝大部分钢种的生产中，锰和硅都是必须元素。在炼钢过程中作为添加剂，它们是应用最广泛的脱氧剂，它们互相作用能共同提高脱氧能力。同时，又分别以合金元素的形式对钢的性能起着重要的作用。此外，元素锰还是常规的主要脱硫元素，防止钢的热脆，改善钢的加工性能和力学性能。

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normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char">    1  工艺设备概况

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 水钢炼钢厂主体设计为三座公称容量15吨的氧气顶吹转炉，始建于20世纪70年代。1997年对主体设备和辅助设施进行技术改造，实现了全连铸生产，实际出钢量达到25t.2001年又完成了对转炉的扩容改造，公称容量增为25t，实际出钢量达到了35t.钢包容量也相应增大，为满足炉外精炼的需要，液面自由高度约为350value="500" HasSpace="False" Negative="True" NumberType="1" TCSC="0">-500mm.

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 水钢转炉炼钢工艺的脱氧和合金化操作全部在钢包中完成。采用的铁合金种类主要有：高碳锰铁、硅铁、以及少量的硅钙钡或硅铝钡。加入顺序根据铁合金中主要元素的脱氧能力大小，先弱后强，依次为：高碳锰铁、硅铁、硅钙钡或硅铝钡。铁合金在钢包中的加入时间控制在转炉出钢量约30％-60％的范围内。此外，转炉出钢量约30％时，通过钢包底部的吹氩透气砖吹氩搅拌，加速钢液成分和温度的均匀化。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 与国内同行业先进指标相比，存在的主要差距是铁合金消耗量较高，合金收得率较低。2000年的平均消耗量为：锰铁value="14.59" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">14.59kg/t，硅铁value="6.79" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">6.79kg/t.

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normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char">   2  生产试验

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char">   2.1  试验依据

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 模拟实验研究表明，密度低于液体的固体颗粒在不同高度加入到液面静止的流体时，密度愈大，透入深度愈大。加入位置愈高，透入深度愈大。按照物理学的基本理论可归纳为：动量愈大，透入深度愈大。基本符合热力学第一定律。如果注入流体引起包内液体形成循环流场，固体颗粒的透入深度愈大，愈有利于进入循环流场。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 根据冶金热力学理论分析，应用锰硅合金代替部分锰铁和部分硅铁在钢包中进行脱氧和合金化，有助于提高硅的有效溶解，同时也有助于锰和硅同时参与脱氧并提高硅的脱氧能力。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char">   2.2  试验方案

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0">  主要生产品种为低合金钢20MnSi和普通碳素钢。冶炼普通碳素钢时，使用相对密度较高的锰硅合金取代部分75硅铁和全部高碳锰铁，另外补加少量硅铝钡合金；铁合金的加入顺序为：锰硅合金、硅铁、硅铝钡合金；出钢温度控制在1650value="1670" HasSpace="False" Negative="True" NumberType="1" TCSC="0">-1670℃，生产低合金钢20MnSi时，每炉钢使用value="200" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">200kg硅锰合金代替部分高碳锰铁和部分硅铁，另外补加少量硅钙钡合金；铁合金的加入顺序为：高碳锰铁、锰硅合金、硅钙钡合金；出钢温度控制在1660value="1680" HasSpace="False" Negative="True" NumberType="1" TCSC="0">-1680℃.出钢过程采用双挡渣操作，出钢前采用挡渣帽防止出钢初期一次下渣，出钢末期使用挡渣球防止出钢终了二次下渣。出钢时间控制在1分30秒至2分30秒。[next]

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char">   2.3  结果和讨论

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 对400多炉生产试验的炉前跟踪统计和结果分析表明：冶炼低合金钢20MnSi时，硅系铁合金的元素硅收得率由原来的82.86％提高到88.25％，净增加率为5.39%，锰的收得率由90.05％提高到92.50％，净增加率为2.45%；冶炼普通碳素镇静钢时，硅系铁合金中硅的收得率由68.38％提高到74.78％，净增加率为6.40%，锰的收得率由86.7％提高到91.2％，净增加率为4.5%.

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0"> 以冶炼普通碳素镇静钢为例，对部分统计结果比较如下。由表1可以看出，炉号为13－13778至13－13807的13炉普通碳素镇静钢（17炉其他钢号未列入）的冶炼操作和产品成分均较为稳定。平均出钢量为每炉35.5±0.3 t，锰硅合金的加入量为每炉195±value="15" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">15kg，75硅铁的加入量为每炉75±value="5" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">5kg，硅铝钡复合铁合金的加入量为平均每炉27.5±value="2.5" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">2.5kg.产品的平均碳含量为0.136%，平均硅含量为0.218%，平均锰含量为0.475%.硅的平均收得率为74.97%，这与200炉普通碳素镇静钢的统计结果74.78％基本一致。

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