淺談鋼鐵冶金中的高磷鐵水與復(fù)吹轉(zhuǎn)爐成渣脫磷研究

【摘要】我國作為鋼材生產(chǎn)和消費大國，煉鋼工序作為鋼鐵生產(chǎn)不可缺少的環(huán)節(jié)，鋼渣的產(chǎn)生不可避免。近年來，我國鋼渣和鐵渣的堆置達(dá)3億多噸，鋼渣占鋼鐵工業(yè)固體廢物的12109%。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，排放的主要固體廢棄物是高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣。其中高爐渣是利用技術(shù)最成熟的工業(yè)廢渣，而轉(zhuǎn)爐渣的回收利用相對差很多，對鋼渣利用比較好的國家主要有美國、德國和日本，利用率均達(dá)到95%以上。本文主要研究高磷鐵水脫磷效率影響因素等。

【關(guān)鍵詞】高磷鐵水；復(fù)吹轉(zhuǎn)爐成渣；脫磷

一、高磷鐵水脫磷效率影響因素

1.脫磷劑中m（CaO）/m（Fe2O3）比值對樣品ηP的影響

當(dāng)m（CaO）/m（Fe2O3）<1時，隨著m（CaO）/m（Fe2O3）比值的增加，15min后樣品的ηP增大，而m（CaO）/m（Fe2O3）>1時，隨著m（CaO）/m（Fe2O3）比值的增加，樣品的ηP減小。在m（CaO）/m（Fe2O3）=1時，15min后樣品的ηP達(dá)到峰值。已有研究表明鐵酸二鈣的脫磷效果比鐵酸一鈣要好，這與本研究的結(jié)果基本一致。為了弄清此試驗現(xiàn)象，對高磷鐵水脫磷熔渣進(jìn)行了微觀分析。鐵酸鈣有2CaO·Fe2O3、CaO·Fe2O3和CaO·2Fe2O3三種存在形式，其m（CaO）/m（Fe2O3）比值分別為0.70、0.35、0.175，其熔點溫度分別為1449、1216、1226℃，但它們的共熔點溫度比較低，一般為1200℃左右。

為了保證熔渣有較好的流動性，需要生成較多的鐵酸鈣；為了固定磷氧化生成的P2O5，需要生成磷酸鈣。因此，必須配加足量的CaO以保證有較高的脫磷率。由此可知，當(dāng)m（CaO）/m（Fe2O3）<1時，多加CaO可以同時滿足流動性和脫磷反應(yīng)對樣品氧化鈣的需求；而當(dāng)m（CaO）/m（Fe2O3）>1時，再多加CaO可能使渣的熔點溫度升高，流動性變差，惡化了脫磷的動力學(xué)條件，使脫磷率下降。

2.脫磷劑中w（CaCl2）對樣品ηP的影響

對于石灰基熔劑，因為石灰中CaO的熔點溫度高而不利于化渣，所以需要添加助熔劑，以降低成渣溫度，而CaCl2是常用助熔劑的一種。添加CaCl2可以防止CaO顆粒表面形成致密的2CaO·SiO2殼層，改善脫磷反應(yīng)的動力學(xué)條件。但CaCl2的比率過大，將減少熔劑中有效成分的含量。圖5為脫磷劑中w（CaCl2）對樣品ηP的影響。w（CaCl2）為20%左右時，樣品脫磷效果最好，也就是說，脫磷劑的比值在0.333～0.625范圍內(nèi)，即m（CaCl2）/m（CaO）=0.500時對樣品脫磷最有利。

3.脫磷劑光學(xué)堿度對樣品ηP的影響

采用光學(xué)堿度Λ比傳統(tǒng)的堿度可更好地理解爐渣的性能。脫磷熔劑Λ=0.7時，樣品脫磷率最高，其脫磷效果最好。在光學(xué)堿度為0.61～0.71范圍內(nèi)，提高熔渣的光學(xué)堿度可增加渣中氧離子的濃度，有利于脫磷，但影響脫磷的因素除了氧離子濃度外，還有渣的流動性。Λ=0.71時氯化鈣的配比為0.15，渣流動性較差；Λ=0.69時氯化鈣的配比為0.25渣流動性很好但氧離子濃度偏低，其脫磷率都比不上Λ=0.70的脫磷劑。

二、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐成渣對脫磷

1.合理的成渣過程

就脫磷而言，轉(zhuǎn)爐冶煉可分為兩個階段，化渣脫磷期和脫碳升溫期。兩階段成渣的合理匹配，溫度的合理控制，可以獲得理想的脫磷效果。從以上分析結(jié)果看，化渣脫磷期鐵水中磷含磷較高脫磷的驅(qū)動力較大，主要通過改善動力學(xué)條件來加快脫磷，應(yīng)采用動力學(xué)條件好的鐵質(zhì)成渣。主要任務(wù)是控制C-O反應(yīng)大量進(jìn)行，保證脫磷在低溫下進(jìn)行。快速提高渣中FeO含量，保證爐渣熔化速度和具有較好的氧化性。此時，控制溫度在1400℃以下，控制ΣFeO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在35%～40%，使?fàn)t渣具有較高的氧化性，爐渣堿度在210左右，這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性，同時加強爐內(nèi)攪拌，促進(jìn)渣-金反應(yīng)的快速進(jìn)行。脫碳升溫期的主要任務(wù)是脫碳升溫防止回磷。此時，脫磷任務(wù)已基本完成，隨著脫碳的進(jìn)行帶來的高溫會使脫磷反應(yīng)逆向進(jìn)行，使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學(xué)條件來進(jìn)一步強化脫磷，的目的。控制終點ΣFeO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在15%左右爐渣堿度在315～410。各廠的生產(chǎn)條件的差異應(yīng)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以滿足生產(chǎn)的穩(wěn)定。但需要指出的是，化渣脫磷期可采用高槍位軟吹或降低供氧強度，即可以控制爐內(nèi)溫度，在促進(jìn)化渣的同時也可適當(dāng)延長化渣脫磷期，使脫磷反應(yīng)充分進(jìn)行。脫碳升溫期，盡量提高供氧強度，快速脫碳升溫來降低回磷。在條件準(zhǔn)許的情況下，可以采用留鋼操作是獲得高質(zhì)量鋼的有效手段。

2.復(fù)吹轉(zhuǎn)爐成渣對脫磷結(jié)論

1）成渣過程決定脫磷的效率，冶煉的不同時期應(yīng)合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度，鐵水磷含量的不同應(yīng)選擇不同的成渣方式。

2）化渣脫磷期鐵水中磷含磷較高脫磷的驅(qū)動力較大，主要通過改善動力學(xué)條件來加快脫磷，采用鐵質(zhì)成渣?？刂茰囟仍?400℃以下，控制ΣFeO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在35%～40%，使?fàn)t渣具有較高的氧化性，爐渣堿度在210左右，這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性，促進(jìn)渣-金反應(yīng)的快速進(jìn)行。

3）脫碳升溫期鐵水溫度較高是脫磷的不利條件，因此改善熱力學(xué)條件來進(jìn)一步強化脫磷?？刂平K點ΣFeO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在15%～20%，爐渣堿度在315～410。

結(jié)語

我國在2002年調(diào)查中鋼渣利用率僅為36%，與國外先進(jìn)國家相比，在鋼鐵渣綜合利用方面還有較大差距。因而我們要多開發(fā)新技術(shù)如脫磷，做到如何在低成本下實現(xiàn)最大化的脫磷同時又不影響環(huán)境，從而做出高產(chǎn)出。

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