大型轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷的研究

劉春濤

摘要：主要研究近年來(lái)脫磷的方法，一些防止回磷的措施，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐成渣過(guò)程對(duì)脫磷的影響，高磷鐵水脫磷效率影響因素，以及鋼渣在微波場(chǎng)中還原脫磷的工藝。

關(guān)鍵詞：脫磷；回磷；爐渣堿度；還原；預(yù)熔脫磷劑；高磷鐵水；煉鋼工藝

1. 前言

一般情況下， 磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。磷能溶于a-Fe中（可達(dá)1. 2%），固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒問(wèn)的強(qiáng)度大大增高，從而使鋼材的室溫強(qiáng)度提高而脆性增加，稱為冷脆。但含磷鐵水的流動(dòng)性好，充填性好，對(duì)制造畸形復(fù)雜鑄件有利。此外，磷可改善鋼的切削性能、易切削鋼中磷含量可達(dá)0.08%一0.15%。

2.轉(zhuǎn)爐的脫磷

2.1轉(zhuǎn)爐脫磷的基本原理

通常認(rèn)為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe_2P]的形式存在，為方便起見(jiàn)，均用[P]表示。煉鋼過(guò)程中的脫磷反應(yīng)是在金屬液與熔渣界面進(jìn)行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后與（CaO）結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)式可表示為：

2.2影響脫磷的因素

磷的氧化在鋼渣界面進(jìn)行，按爐渣分子理論的觀點(diǎn)，反應(yīng)式如下：

2.3回磷現(xiàn)象

所謂的回磷現(xiàn)象，就是磷從熔渣中又返回到鋼液中。成品鋼中磷含量高于終點(diǎn)鋼中的磷含量也屬于回磷現(xiàn)象。熔渣的堿度或氧化亞鐵含量降低，或石灰劃渣不好，或溫度過(guò)高等，均會(huì)引起回磷現(xiàn)象。出鋼過(guò)程中，由于脫氧合金加入不當(dāng)，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導(dǎo)致成品鋼中磷高于終點(diǎn)鋼[P]含量。通常采用避免鋼水回磷措施：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當(dāng)提高脫氧前堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼包脫氧，而不采取爐內(nèi)脫氧；加入鋼包改質(zhì)劑。

3 鋼渣在微波場(chǎng)中還原脫磷

微波技術(shù)在加熱高電介質(zhì)耗損原料方面是一種簡(jiǎn)單而有效的方法， 在冶金還原領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用

前景。相較于傳統(tǒng)加熱還原工藝需要較高的溫度和損耗， 具有體積性加熱、選擇性加熱、非接觸性加熱、

即時(shí)性等加熱特性的微波場(chǎng)在較低溫度下能夠提供更多的熱量。因?yàn)橥ㄟ^(guò)渣料表面點(diǎn)位與微波能的強(qiáng)烈作

用， 物料表面點(diǎn)位選擇性被很快加熱至很高溫度。鐵氧化物是一種高微波響應(yīng)材料， 而且如果Fe3+ /（ Fe2++ Fe3+ ）的比率在一個(gè)合適的范圍內(nèi)， 鋼渣能得到有效加熱， 碳質(zhì)微粒物質(zhì)具有良好的微波吸收特性， 有利于迅速加熱原料。

3.1結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)表明鋼渣為微波的良吸收體， 如圖3所示， 當(dāng)時(shí)間達(dá)到15～ 20min時(shí)， 純?cè)霞案髋涮剂織l件下的結(jié)構(gòu)示意圖

物料溫度均達(dá)到1000e 并呈線性穩(wěn)定增加。還原結(jié)果如圖表4所示， 溫度對(duì)還原反應(yīng)的影響很大， 隨著溫度的上升， 脫磷率穩(wěn)定增加。1400e 時(shí)脫磷率可達(dá)到87.15% 。當(dāng)溫度達(dá)到1200e 時(shí)， 渣料中出現(xiàn)大量直徑小于1mm的金屬顆粒， 并且呈均一彌散分布。由此證明微波體無(wú)溫度梯度的加熱方式使其中不同位置的物料獲得均一穩(wěn)定的加熱特性。當(dāng)溫度達(dá)到1300e 時(shí)， 渣料中即出現(xiàn)易從渣相分離出的直徑在10～ 20 mm的大顆粒金屬球.

4復(fù)吹轉(zhuǎn)爐成渣對(duì)脫磷

4.1合理的成渣過(guò)程

就脫磷而言， 轉(zhuǎn)爐冶煉可分為兩個(gè)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(dòng)力較大， 主要通過(guò)改善動(dòng)力學(xué)條件來(lái)加快脫磷， 應(yīng)采用動(dòng)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?？焖偬岣咴蠪eO 含量， 保證爐渣熔化速度和具有較好的氧化性。此時(shí)， 控制溫度在1 400 ℃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(dòng)性， 同時(shí)加強(qiáng)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(shí)， 脫磷任務(wù)已基本完成， 隨著脫碳的進(jìn)行帶來(lái)的高溫會(huì)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(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化脫磷，的目的?？刂平K點(diǎn)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(qiáng)度， 即可以控制爐內(nèi)溫度， 在促進(jìn)化渣的同時(shí)也可適當(dāng)延長(zhǎng)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(qiáng)度， 快速脫碳升溫來(lái)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。

4.2復(fù)吹轉(zhuǎn)爐成渣對(duì)脫磷結(jié)論

1） 成渣過(guò)程決定脫磷的效率， 冶煉的不同時(shí)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(dòng)力較大， 主要通過(guò)改善動(dòng)力學(xué)條件來(lái)加快脫磷， 采用鐵質(zhì)成渣。控制溫度在1 400 ℃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(dòng)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(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化脫磷?？刂平K點(diǎn)ΣFeO 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在15% ～20% ， 爐渣堿度在315～410。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)作為鋼材生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)， 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(lái)， 我國(guó)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(duì)差很多， 對(duì)鋼渣利用比較好的國(guó)家主要有美國(guó)、德國(guó)和日本， 利用率均達(dá)到95%以上。而我國(guó)在2002年調(diào)查中鋼渣利用率僅為36% ， 與國(guó)外先進(jìn)國(guó)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(kāi)發(fā)新技術(shù)如脫磷，做到如何在低成本下實(shí)現(xiàn)最大化的脫磷同時(shí)又不影響環(huán)境，從而做出高產(chǎn)出。新的技術(shù)還有待開(kāi)發(fā)。

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