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大型转炉炼钢脱磷的研究

范文

刘春涛

摘要：主要研究近年來脱磷的方法，一些防止回磷的措施，复吹转炉成渣过程对脱磷的影响，高磷铁水脱磷效率影响因素，以及钢渣在微波场中还原脱磷的工艺。

关键词：脱磷；回磷；炉渣碱度；还原；预熔脱磷剂；高磷铁水；炼钢工艺

1. 前言

一般情况下，磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。磷能溶于a-Fe中（可达1. 2%），固溶并富集在晶粒边界的磷原子使铁素体在晶粒问的强度大大增高，从而使钢材的室温强度提高而脆性增加，称为冷脆。但含磷铁水的流动性好，充填性好，对制造畸形复杂铸件有利。此外，磷可改善钢的切削性能、易切削钢中磷含量可达0.08%一0.15%。

2.转炉的脱磷

2.1转炉脱磷的基本原理

通常认为，磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe_2P]的形式存在，为方便起见，均用[P]表示。炼钢过程中的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为：

2.2影响脱磷的因素

磷的氧化在钢渣界面进行，按炉渣分子理论的观点，反应式如下：

2.3回磷现象

所谓的回磷现象，就是磷从熔渣中又返回到钢液中。成品钢中磷含量高于终点钢中的磷含量也属于回磷现象。熔渣的碱度或氧化亚铁含量降低，或石灰划渣不好，或温度过高等，均会引起回磷现象。出钢过程中，由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，也有导致成品钢中磷高于终点钢[P]含量。通常采用避免钢水回磷措施：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。

3 钢渣在微波场中还原脱磷

微波技术在加热高电介质耗损原料方面是一种简单而有效的方法，在冶金还原领域有着广阔的应用

前景。相较于传统加热还原工艺需要较高的温度和损耗，具有体积性加热、选择性加热、非接触性加热、

即时性等加热特性的微波场在较低温度下能够提供更多的热量。因为通过渣料表面点位与微波能的强烈作

用，物料表面点位选择性被很快加热至很高温度。铁氧化物是一种高微波响应材料，而且如果Fe3+ /（ Fe2++ Fe3+ ）的比率在一个合适的范围内，钢渣能得到有效加热，碳质微粒物质具有良好的微波吸收特性，有利于迅速加热原料。

3.1结果与讨论

实验表明钢渣为微波的良吸收体，如图3所示，当时间达到15～ 20min时，纯渣料及各配碳量条件下的结构示意图

物料温度均达到1000e 并呈线性稳定增加。还原结果如图表4所示，温度对还原反应的影响很大，随着温度的上升，脱磷率稳定增加。1400e 时脱磷率可达到87.15% 。当温度达到1200e 时，渣料中出现大量直径小于1mm的金属颗粒，并且呈均一弥散分布。由此证明微波体无温度梯度的加热方式使其中不同位置的物料获得均一稳定的加热特性。当温度达到1300e 时，渣料中即出现易从渣相分离出的直径在10～ 20 mm的大颗粒金属球.

4复吹转炉成渣对脱磷

4.1合理的成渣过程

就脱磷而言，转炉冶炼可分为两个阶段，化渣脱磷期和脱碳升温期。两阶段成渣的合理匹配，温度的合理控制，可以获得理想的脱磷效果。从以上分析结果看，化渣脱磷期铁水中磷含磷较高脱磷的驱动力较大，主要通过改善动力学条件来加快脱磷，应采用动力学条件好的铁质成渣。主要任务是控制C - O 反应大量进行，保证脱磷在低温下进行。快速提高渣中FeO 含量，保证炉渣熔化速度和具有较好的氧化性。此时，控制温度在1 400 ℃以下，控制ΣFeO 质量百分数在35% ～40% ，使炉渣具有较高的氧化性，炉渣碱度在210左右，这样在保证炉渣有良好的氧化性前提下有很好的流动性，同时加强炉内搅拌，促进渣- 金反应的快速进行。脱碳升温期的主要任务是脱碳升温防止回磷。此时，脱磷任务已基本完成，随着脱碳的进行带来的高温会使脱磷反应逆向进行，使渣中的磷又回到钢中。因此改善炉渣热力学条件来进一步强化脱磷，的目的。控制终点ΣFeO质量百分数在15%左右炉渣碱度在315 ～410。各厂的生产条件的差异应做适当的调整，以满足生产的稳定。但需要指出的是，化渣脱磷期可采用高枪位软吹或降低供氧强度，即可以控制炉内温度，在促进化渣的同时也可适当延长化渣脱磷期，使脱磷反应充分进行。脱碳升温期，尽量提高供氧强度，快速脱碳升温来降低回磷。在条件准许的情况下，可以采用留钢操作是获得高质量钢的有效手段。

4.2复吹转炉成渣对脱磷结论

1）成渣过程决定脱磷的效率，冶炼的不同时期应合理控制炉渣碱度、氧化性和温度，铁水磷含量的不同应选择不同的成渣方式。

2）化渣脱磷期铁水中磷含磷较高脱磷的驱动力较大，主要通过改善动力学条件来加快脱磷，采用铁质成渣。控制温度在1 400 ℃以下，控制ΣFeO质量百分数在35% ～40% ，使炉渣具有较高的氧化性，炉渣碱度在210左右，这样在保证炉渣有良好的氧化性前提下有很好的流动性，促进渣-金反应的快速进行。

3）脱碳升温期铁水温度较高是脱磷的不利条件，因此改善热力学条件来进一步强化脱磷。控制终点ΣFeO 质量百分数在15% ～20% ，炉渣碱度在315～410。

5 结语

我国作为钢材生产和消费大国，炼钢工序作为钢铁生产不可缺少的环节，钢渣的产生不可避免。近年来，我国钢渣和铁渣的堆置达3亿多吨，钢渣占钢铁工业固体废物的12109% 。在冶金工业生产中，排放的主要固体废弃物是高炉渣和转炉渣。其中高炉渣是利用技术最成熟的工业废渣，而转炉渣的回收利用相对差很多，对钢渣利用比较好的国家主要有美国、德国和日本，利用率均达到95%以上。而我国在2002年调查中钢渣利用率仅为36% ，与国外先进国家相比，在钢铁渣综合利用方面还有较大差距。因而我们要多开发新技术如脱磷，做到如何在低成本下实现最大化的脱磷同时又不影响环境，从而做出高产出。新的技术还有待开发。

参考文献

【1】朱苗勇。《现代冶金学》（钢铁冶金卷）冶金工业出版社.2008

【2】吕岩，张猛，陈津，艾立群，周朝刚。《钢渣在微波场中还原脱磷的工艺》。《河北理工大学学报》（自然科学版） 2010年8月，第32卷第3期

【3】魏颖娟，袁守谦，张西锋，王伟，梁德安，张启业。《预熔脱磷剂进行铁水脱磷的实验研究》。《钢铁》2008年10月第43卷第10 期

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