高炉铁水脱硅是实现铁水“三脱”(脱硅、脱磷、脱硫)的重要环节，铁水脱硅对实现提高转炉生产能力、降低成本、冶炼纯净钢、开发新钢种具有重要意义。目前宝山钢铁股份有限公司炼铁厂(以下简称宝钢)铁水脱硅采用单吹烧结矿返粉进行处理，每吨铁水脱硅剂单耗在25~27kg之间，脱硅率在60%~70%之间。本研究旨在利用宝钢转炉渣作为一种脱硅剂资源进行铁水脱硅，达到废物利用，降本增效，减轻环境污染的目的。
1 实验室研究
1.1 实验条件
实验用铁水模拟宝钢高炉生铁成分，实际铁水成分由实验前取样分析确定，实验铁水脱硅开始温度控制在1400℃。实验用脱硅剂原料成分见表1。
1.2 实验方法
每次实验用生铁100kg，置于中频感应炉中，生铁熔清后取样，一次性加入脱硅剂(脱硅剂按实验方案配制)，计时，间断取铁水样，间断测试炉渣发泡高度，结束后取铁水样、渣样，样品送往宝钢分析中心进行分析检验。预备实验表明(预备实验用烧结矿粉作脱硅剂，单耗10kg/t)，脱硅10min反应趋少平衡，以此作为脱硅实验时间，依次进行脱硅实验。
2 实验结果及分析
2.1 脱硅剂中转炉渣的配比研究
在本组实验中，用单种铁氧化物(烧结返矿、氧化铁皮、富矿粉)分别与转炉渣、石灰粉配制脱硅剂，在脱硅剂单耗为10kg/t，铁水成分在w(C)为3.7%~3.9%、w(Si)为0.39%~0.40%、w(Mn)为0.39%~0.40%的条件下，进行铁水脱硅实验。实验结果见图1、图2。
实验表明，脱硅剂中FeO、Fe2O3及CaO的含量是决定脱硅剂脱硅能力的主要因素，为了获得较高的脱硅率，应适当控制脱硅剂中CaO的含量，脱硅渣的碱度(R)控制在0.4~0.8之间较为适宜。脱硅渣碱度大于1.0时脱硅效率差，分析原因认为是脱硅剂中CaO质量分数超过一定值时(此值介于10%~20%之间)，脱硅渣熔点显著上升，脱硅渣粘度增加，渣液流动性变差，渣金界面反应困难所致。实验发现可以通过提高脱硅剂中CaO的含量来控制炉渣的泡沫化，甚至消除泡沫渣，见图3。综合考虑脱硅剂的脱硅效率，炉渣泡沫化程度，脱硅剂中w(CaO)控制在8%~16%之间较为适宜。
实验对比得出，转炉渣替代石灰作熔剂，不仅化渣快、脱硅率高，而且炉渣泡沫化反应程度较石灰平稳，泡沫渣高度适中，原料成本低。实验表明，脱硅剂中转炉渣(质量分数)控制在15%~30%之间较为适宜。
实验表明，氧化铁皮、富矿粉均可以替代烧结返矿作为氧化剂，在添加等量CaO作熔剂的条件下，其脱硅能力依次为：氧化铁皮大于富矿粉大于烧结返矿。
2.2 铁水初始w(Si)与脱硅率的关系
根据上一组实验结果，确定本组实验采用氧化铁皮作氧化剂、转炉渣作熔剂制备脱硅剂，脱硅剂中w(CaS)控制在12%左右，每吨铁水脱硅剂加入量为15kg，实验结果见图4。实验表明，铁水初始w(Si)越高，脱硅率越低。
2.3 脱硅剂单耗与脱硅率的关系
在本组实验中，采用氧化铁皮作氧化剂、转炉渣作熔剂制备脱硅剂，脱硅剂中w(Ca0)控制在12%左右，铁水初始w(Si)控制在0.39%~0.41%，实验结果见图5。实验表明脱硅剂单耗增加，脱硅率提高，但是加剧了脱碳反应、泡沫渣高度升高，增加了锰的损失。在实验条件下，铁水初始w(Si)≤0.40%、每吨铁水脱硅剂用量等于或大于25kg时，能获得处理后w(Si)≤0.15%的铁水。
2.4 脱硅时碳的氧化
实验时，加入脱硅剂1~2 min后，就观察到泡沫渣开始形成，表明脱碳跟脱硅几乎是同步进行的，预备实验铁水中(C)随时间的变化趋势见图6。实验结果发现泡沫渣高度与脱硅剂配比及脱硅剂用量有关，脱硅剂中CaO含量增加，泡沫渣高度降低；脱硅剂用量增加，泡沫渣高度升高。
2.5 脱硅时锰的氧化
预备实验表明，脱硅时锰随时间的变化趋势如图7所示，实验对比发现脱硅剂中过高的CaO配入量也能抑制锰的氧化。
3 工业大生产试验
在实验室研究的基础上，优化出用转炉渣作熔剂的脱硅剂配方，由上海盛宝钢铁冶金炉料有限公司进行加工生产，于2001年11月至2002年3月，在宝钢炼铁厂高炉脱硅场进行试验，在每吨铁水脱硅剂单耗为23~27kg；平均单耗为25.3kg/t；铁水初始w(Si)为0. 30%~0.41%的条件下，新型脱硅剂的平均脱硅率为67.7%，处理后的铁水w(Si)不大于0.15%，完全满足宝钢铁水“三脱”生产的需要，取得了满意的成效。
4 结 论
(1)转炉渣可以替代石灰作为熔剂应用到铁水脱硅领域。
(2)转炉渣替代石灰作熔剂不仅化渣快、脱硅率高，而且泡沫渣高度适中，成本低。
(3)脱硅剂中的转炉渣(质量分数)控制在15%~30%较为适宜，脱硅剂中的w(CaO)控制在8%~16%之间较为适宜。
(4)脱硅反应的同时伴随着脱碳及脱锰反应，脱硅反应可以通过调节脱硅剂配比及加入量进行控制，合适的脱硅终渣碱度范围控制在0.4~0.8之间较为适宜。
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