铁水炉外脱磷操作条件研究 三亿文库
铁水炉外脱磷操作条件研究
铁水炉外脱磷操作条件研究 王庆祥 摘 要 近年来,世界各国钢铁企业都在力求节省能源和资源,提高钢材质量,降低生产成本, 以求获得最佳经济效益。为此,开发钢铁冶炼新工艺的热潮方兴未艾。铁水预处理技术已受到世界各国冶金专家们的高度重视,被认为是实现冶炼工艺最佳化的基础。铁水炉外预脱磷是铁水预处理的重要组成部分。而实现铁水的高效低耗预脱磷的基础是使用好的脱磷剂和控制适当的操作条件进行脱磷。展示了有关铁水炉外脱磷操作条件方面的研究结果。 关键词 铁水 炉外脱磷 操作条件 *STUDY ON OPERATING CONDITIONS FOR HOT METAL PREDEPHOSPHORIZATION Wang Qingxiang Wuhan Yiejing Science & Technology University Synopsis In recent years the iron and steel enterprises of the world have been making all efforts to save energy resources and raw material ,improve steel quality and reduce operating cost to maximize their economical returns. As a result, an upsurge for development of new metallurgical technologies is gaining its momentum in the contemporary world iron & steel sector. Technologies of hot metal pretreatment have drawn great attention of the wowld metallurgists and been considered the basis on which the optimization of metallurgical process can only be built. Predephosphorization of the hot metal constitutes a significant component of the hot metal pretreatment. The basic factors to realize predephosphorization with high efficiency and low consumption are assumed to be good use of dephosphorizing agent and proper control of operating conditions . The present paper described the results of research and development on operating conditions of hot metal dephosphorization.
Keywords hot metal dephosphorization operating condeitons 1 实验研究条件 1.1 实验装置
实验装置如图1所示。
图1 实验装置示意图 1.轻质砖盖 2.炉壳 3.隔热保温材料 4.外炉管 5.硅碳棒 6.内炉管 7.电极石墨坩埚 8.渣剂 9.熔铁 10.托座 11.热电偶套管 12.隔热密封材料 13.双铂铑热电偶
实验在40kVA可控硅碳棒高温电炉中进行。用Pt.Rh6%-Pt.Rh30%热电偶配合UJ31电位计测量炉温。炉内等温带长300mm。实验温度按设定温度而定;温度精度≤±5℃。内炉管内呈严格密封状态。 1.2 实验原料
实验研究所用铁样由生产现场取得。
实验研究所用的脱磷剂各组成物均为化学纯试剂,并均经干燥,制粉,粒度≤100目。 1.3 实验过程
将装有400～500g铁样的电极石墨坩埚放入炉内(见图1),随炉升温、熔化、预脱硅、去渣。然后置炉温于设定脱磷反应温度并稳定10min,加入相应脱磷剂,搅拌,经设定反应时间后迅速将铁水出炉、制样、分析。 2 研究结果 2.1 铁水脱磷反应进行的热力学条件
铁水脱磷过程就是将铁水中磷转移到渣中的过程。实现这一过程的热力学条件至关重要。根据实验结果并结合热力学计算,得到图2。图2示出了磷可由金属向炉渣转移所需氧势同各相关冶金过程所需氧势的比较。
图2 磷可由金属向炉渣转移的氧势同各相关冶金过程氧势之比较
显然,铁液中的氧势决不会升高到图2中线2(即Fe-FeO线)之上,否则,铁就会自动燃烧起来;只要体系中有一氧化碳存在,铁液中的氧势也不会低到线6(即［C］饱和―CO线)之下,否则，一氧化碳就会自动离解,碳就会以石墨形态沉积起来。因此,铁液的氧势应在线2和线6所示的范围之内。
磷的氧化线的大致位置由虚线1和5画出。之所以用虚线,是因为随反应条件的不同,它们的相对位置是可以上下略有变动的。由于石灰同P2O5的结合,可以使P2O5的活度大大降低,从而使磷氧化线由产物为纯P2O5(aP2O5=1)时的线1位置降到产物为3CaO.P2O5(Ca3(PO4)2)时的线5的位置。实际上,线5是一组直线的代.表。当铁液中的磷比1%低以及炉渣中的磷不完全以3CaOP2O5存在时,此线的位置要向上一些;反之,则向下一些。
综合以上分析,体系实现铁水脱磷,即实现铁水中磷向渣中转移的氧势范围在线2和线5之间。铁水氧势越高,实现这种转移的动力越强,热力学条件越好。 2.2 脱磷剂用量对脱磷效果的影响
1350℃、用组成为40êO+45t2O3+15êF2的渣剂处理铁水20min,得到脱磷剂用量对脱磷效果ηp的影响示于图3。
图3 脱磷剂用量对脱磷效率ηp的影响
由图3可见,当单位脱磷剂用量由3g/kg(相当于铁水中含0.01%P而言，下同)增至4g/kg,脱磷率η随之增加;之后再增大单位脱磷剂用量到5.5g/kg,脱磷率基本没有增加。这说明,对于一般情况下的实际单位铁水,单位脱磷剂用量达到4g/kg左右就足够了。再继续提高脱磷剂用量,不仅增加成本,增加铁水温降,增加对铁水的污染,而且完全无此必要。剩下的提高脱磷效果的愿望应通过改进反应条件,尤其是增进铁水和脱磷剂的充分混合来实现。 2.3 脱磷反应时间对脱磷效果的影响
1350℃、用加入量为4g/kg、组成为40êO+45t2O3+15êF2的渣剂处理铁水以不同的时间,得脱磷反应时间对脱磷效率的影响示于图4。
图4 脱磷反应时间对脱磷率ηp的影响
由图4可见,当反应时间由10min增至20min时,脱磷效率ηp随之增大;且在反应时间为20min左右时,ηp获最大值。这一事实表明,在1350℃左右用本脱磷剂对一般铁水进行炉外脱磷,只要反应条件得当,脱磷反应进行20min左右可达到最佳脱磷效果。反应时间过短，脱磷反应进行不足,ηp不高;反应时间过长亦导至脱磷率ηp略为下降。反应时间过长引起ηp下降的原因是发生了回磷现象。为防止回磷发生,应在脱磷反应达到最佳效果时及时将脱磷渣扒除,这一点在实际生产的脱磷操作中尤其重要。 2.4 脱磷反应温度对脱磷效果的影响
用加入量为4g/kg,组成为40êO+45t2O3+15êF2的渣剂处理同一组成铁水,处理时间全为20min,得脱磷反应温度对脱磷效率的影响于图5所示。
图5 脱磷反应温度对脱磷率ηp的影响
由图5可见,当脱磷反应温度位于1350℃附近时,在其它因素相同的条件下,效果最好。正如前文所述,铁水脱磷反应是放热反应,温度升高不利于脱磷反应进行。但温度过低也不好;一方面会降低反应速度,另一方面会增加熔体粘度从而降低反应质点的传递速度。所以脱磷反应存在一最佳反应温度,过多地高于或低于这一温度都会严重影响脱磷效果。 2.5 铁水初始磷含量同脱磷效果的关系
1350℃,用加入量为4g/kg,组成为40êO+45t2O3+15êF2的渣剂处理原始组成不同的铁水,处理时间20min,得铁水初始磷含量［P］0同脱磷效果ηp的关系示于图6。
图6 铁水初始磷含量［P］o同脱磷率ηp的关系
图6清楚地表明,当其它条件相同时,铁水脱磷率ηp是随着铁水初始磷含量［P］o的增大而增大,即［P］o越大,铁水中磷的脱除越容易;［P］o越小,磷的脱除越费力。正是基于这一点,在确定铁水脱磷剂用量时可以根据铁水初始磷含量灵活掌握。当脱磷率要求相同的情况下,对于［P］o偏高的铁水,铁水脱磷剂用量可适当减少;而对于［P］o偏低的铁水,脱磷剂用量可酌情增多。 3 结 论
本实验研究获得结论如下。
(1)只有当铁水的氧势位于一定范围内,铁水的脱磷反应才能进行。
(2)进行铁水炉外脱磷的合适温度为1350℃。
(3)一般情况下,单位脱磷剂加入量约为4kg/.t。在脱磷要求相同的情况下,铁水初始磷含量偏高时,可适当减少脱磷剂加入量;当铁水初始磷含量偏低时,可适当增大脱磷剂加入量。
(4)在1350℃左右进行铁水炉外脱磷,脱磷反应进行时间以20min为宜。反应时间偏短,反应进行不足;反应时间过长,会发生回磷现象。克服回磷的措施是反应完毕后及时扒渣。
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铁水预处理工艺模式的选择
铁水预处理工艺模式的选择1 CaO 作“三脱”剂 （1） 脱硅－脱硫－脱磷顺序 ――铁水沟处铁鳞脱硅 铁水脱硅是放热反应，铁水温度越低，脱硅的效果越好。考虑到铁水的脱硫温降和运输、等 待温降，若将脱硅置于脱硫之后，脱硅时的铁水温度将较铁水沟脱硅更低，铁水预脱硅工序应尽量置 于脱硫之后，而不是在脱硫之前。 ――脱硫 反应平衡时 [%S]达 10-4 数量级，可满足所有钢种的要求；温度的变化对铁水脱硫效果的影 响很小，因此脱硫可考虑提至脱硅之前，在确保脱硫效果的同时使脱硅也处于较好的热力学条件下。 ――转炉内脱硅、脱磷 有资料表明：铁水中[%Si]大于 0.15 时为脱硅期，[%Si]小于 0.15 时脱磷反应才会开始，脱 磷反应是放热反应，较低温度的脱磷炉内脱硅的热力学条件应是最佳的。因此应取消铁水沟处的高温 脱硅，将其移至脱硫之后的脱磷转炉内和脱磷一同进行。 （2） 脱硫－脱硅、磷顺序 “脱硫―脱硅、脱磷”顺序的情况下，脱硫反应平衡时量[%S]下降了一个数量级。将脱硅任务 放在脱硫之后完成，能明显改善 CaO 粉剂脱硫的热力学条件。 （3） 脱硅、脱磷－脱硫顺序 在“脱硅、脱磷―脱硫”顺序的情况下，脱硫反应平衡时 [%S]为 10-3 数量级，而在“脱硅―脱 硫―脱磷”顺序下，[%S]为 10-4 数量级，在“脱硫―脱硅、脱磷”顺序下，[%S]为 10-5 数量级。显然“脱 硫―脱硅、脱磷”顺序下 CaO 粉剂脱硫反应的热力学条件更好。 （4） 同时“三脱” 机理研究表明：用氮氧复合气体作载气喷吹 CaO 粉同时进行铁水预处理“三脱”反应时，脱 硅、脱磷主要是在喷枪附近的高氧势区进行的瞬时接触反应；脱硫则是还原性渣和铁水之间的持久接 触反应。 对铁水预处理脱硅来说，脱磷转炉顶吹氧加 CaO 粉剂脱硅的热力学条件是最优的。 CaO 的脱磷能力受铁水温度的影响很大，在其它操作条件允许的情况下，应该尽量在低温 下脱磷。 “脱硫－脱硅、脱磷”顺序下，专用脱磷转炉脱磷时铁水的温度较同时“三脱”时低。综合比较 认为：CaO 作三脱剂时，脱磷应在脱硫之后，并在专用转炉内进行最佳。喷吹 CaO 粉剂同时进行铁水“三脱”的脱硫能力相对最弱。 从热力学角度分析原因：同时“三脱”在同一个容器中既要实现氧化脱磷、脱硅，又要完成还 原脱硫，两者都要兼顾，在热力学上存在着矛盾，工艺上也不好实现。而将脱硅、脱磷和脱硫分阶段 处理，分别创造氧化和还原的气氛，显然比同时“三脱”的热力学条件更优化。 由以上计算与分析可知，CaO 作三脱剂时的最佳预处理顺序为：脱硫－脱硅、脱磷。 2 镁粉作脱硫剂，CaO 作脱硅、脱磷剂 从热力学角度看，理论上“脱硅、脱磷－脱硫”顺序下镁粉能将铁水中的[%S]降至 10-6～10-7 数量级，而“脱硫－脱硅、脱磷”顺序下镁粉只能将铁水中的[%S]降至 10-5～10-6 数量级。但由图 1 可知，温度对脱硫的影响较小，但对硅磷却有着很大的影响，高温不利于脱硅磷，1500℃时，硅、 磷含量在 0.01%以上，不能满足要求，此时硫含量为 20ppm，满足要求，因此综合考虑，镁粉作脱 硫剂，CaO 作脱硅、脱磷剂最佳顺序为：脱硫－脱硅、脱磷 。图 1 镁粉为脱硫剂时温度对“三脱”效果的影响 3 CaC2 作脱硫剂，CaO 作脱硅、磷剂 CaC2 脱硫的反应式为：CaC2+[S]＝CaS(S)+ 2[C]，计算结果见表 1、2。 表 1 脱硫－脱硅、磷顺序反应平衡时[%S]T1723K1673K1623K[ %S] 62.18×1061.02×1074.57×10-表 2 脱硅、磷－脱硫顺序反应平衡时[%S]T1673K1623K1573K[ %S] 61.29×1075.89×1072.53×10-表 3 专用转炉脱硅脱磷平衡时[%P]T1673K1623K1573K[% P] 41.35×1044.33×10-56.16×10比较表 1、2 可以看出，CaC2 作脱硫剂时，不同预处理顺序对脱硫效果影响不大，但由表 13 知，低温利于脱硅、磷，因此“脱硫－脱硅、脱磷”顺序能改善脱硅、脱磷反应的热力学条件。 4 苏打灰作脱硫剂，CaO 作脱硅、磷剂 苏打灰的主要成分为 Na2CO3，用苏打灰脱硫，工艺和设备简单，主要缺点是：铁水中加入 苏打时产生大量的氧化钠挥发物，操作环境恶劣。此外，渣中氧化钠侵蚀铁水包衬，并且因渣的流动 性过好 造成机械扒渣困难 Na2CO3 与铁水中[S]的作用 一般认为按下式进行 Na2CO3(l)+[S]+2[C] ， 。 ， ： ＝Na2S(l)+3CO(g)。经过热力学计算，不同预处理顺序下的结果如表 4、5 所示。 表 4 脱硫－脱硅脱磷顺序反应平衡时[%S]T1773K1723K1673K1623 K[% S] -44.89×10 -31.07×10 32.40×1035.7×10-表 5 脱硅、脱磷－脱硫顺序反应平衡时[%S]T1673K1623K1573K[%S]3.08×10-37.90×1031.86×10-2比较表 4、5 可知，“脱硫－脱硅、脱磷”顺序更具优势，分析其的有利条件包括：1)在相对较 高的温度下脱硫，Na2CO3 脱硫反应是吸热反应，高温更有利于 Na2CO3 脱硫反应的热力学要求； 2)脱硫时铁水中含有较高的[Si]、[C]、[P]，这三种溶质提高了铁水中硫的活度系数，从而提高铁水中 硫的活度，促进了 Na2CO3 脱硫反应的进行。 因此，使用 Na2CO3 做脱硫剂时，“脱硫－脱硅、脱磷”顺序下 Na2CO3 脱硫反应的热力学 条件更好，能明显改善脱硅、脱磷反应的热力学条件。 预处理容器及方法选择 1 预处理脱硫 有研究用 FLUENT 软件计算出 260t 鱼雷罐的速度分布图，如图 2 所示。图 2 喷头在中心点时的速度图图 3 铁水包 KR 法脱硫的流场示意图 由图 2 知：鱼雷罐内流场极不均匀，漩涡横向发展，造成的死角多，尤其是鱼雷罐两头、底 部、以及中间部分区域的铁水流动性较差，在很大程度上恶化了脱硫的动力学条件；由于喷吹的搅拌 对上述区域的铁水影响较小，粉剂不易到达，加之粉剂很快上浮，所以脱硫终了时这部分铁水的含硫 量仍相对较高，影响到整罐铁水的脱硫效果。 铁水包 KR 法流场如图 3 所示，KR 搅拌形成了铁水的循环流动，大大改善了脱硫的动力学 条件，减少了脱硫剂的消耗。武钢生产实践表明：搅拌时间只需要 5 分钟就可使脱硫剂得到充分的利 用，脱硫速度快、效果好，铁水原始硫含量为 300ppm 时，处理终点硫含量可达 10 个 ppm 以下。有 文献认为：较之喷吹法，搅拌法的出现使得脱硫过程中的动力学条件得到了根本性的改善。 铁水包喷吹法脱硫流场如图 4 所示：图 4 铁水包喷吹法脱硫的流场示意图 由图 4 可知，铁水罐底部及与喷吹口成 90°夹角的区域是喷吹的死区，由于喷吹角度的限制 及脱硫剂上浮的原因脱硫剂始终到不了这一区域，该区域内铁水流动不足，动力学条件较差，使得该 这部分铁水的脱硫效果基本上等于零。脱硫完毕，死区内铁水的硫就会渐渐扩散到整罐铁水中，使得 铁水硫量回升。 铁水包喷吹法脱硫的基本原理是靠一定压力和流量的载气，把脱硫剂喷入到铁水中脱硫。脱 硫剂在上浮的过程中与铁水的硫进行化学反应，同时载气和脱硫剂的冲击与上浮能够带动铁水流动起 到搅拌作用，但它们上浮造成的铁水对流运动是很弱的(动量平衡原理)，脱硫剂只有部分与硫反应， 导致脱硫剂耗量比 KR 法大，脱硫效率较低。 综合比较，在三种预处理脱硫工艺中，铁水包 KR 法脱硫的动力学条件是最优的。在实际生 产中的数据也表明， KR 法的脱硫效率更高，粉剂消耗更少。 2 预处理脱硅 为了提高脱硅反应速度、充分利用脱硅剂，动力学要求必须加强搅拌，以降低扩散层厚度和 增加反应界面面积。鱼雷罐和铁水包的容积小，容易产生喷溅，限制了喷吹的强度。特别是鱼雷罐车， 其形状是两头小中间大，反应空间决定了它的动力学条件较差。而转炉的熔池大，渣层较薄、渣铁接 触面积大于鱼雷罐和铁水包；炉容比大，几乎不存在喷溅问题，可以允许更高的喷吹强度，若加上底 吹，可进一步改善了其动力学条件，缩短了处理时间。 3 预处理脱磷 图 5、图 6 是两种脱磷方法的曲线图。图 5 鱼雷罐脱磷曲线图 6 转炉脱磷曲线 比较两图可知，专用转炉喷 CaO 粉脱磷只需要 10 分钟就能将磷脱至 50 个 ppm 以下，而鱼 雷罐则需要 40 分钟左右，说明转炉脱磷的动力学条件优于鱼雷罐，效率更高。 结论 （1）通过对不同“三脱”剂、不同处理顺序的热力学计算比较得出最佳铁水预处理顺序为：预 处理脱硫－预处理脱硅、脱磷。 （2）对不同处理容器、不同处理方法的动力学条件比较得出预处理容器应选定为：铁水包 KR 脱硫，专用转炉脱硅、脱磷。 （3）铁水预处理模式确定为：高炉铁水－铁水包 KR 法脱硫－专用转炉脱硅、脱磷。
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含转炉渣预熔脱磷剂进行铁水脱磷实验
&&& 随着我国钢产业的迅猛发展，转炉渣作为炼钢工艺流程中的衍生物，其产量也大幅攀升。转炉渣量一般为粗钢产量的15%～20%，2007年中国的钢产量4.89亿t，转炉钢的比例按80％计算，那么转炉渣的年产量在6000万t以上，如此巨大的废渣若不能得到很好的处理与利用，其不仅造成资源的极大浪费，而且对环境保护造成极大的压力和危害。目前，中国转炉渣综合利用率较低（钢渣利用率仅为36%，利用水平比较落后，大多属于初级利用，通常用于筑路、生产水泥、回填工程材料、微晶玻璃及返回烧结等，剩余的仍然作为废物遗弃，继续堆积，且这些方面的应用没能充分发挥转炉渣价值，存在着严重弊端。然而，转炉渣的有效成分和铁水预处理脱剂的成分较为接近，可考虑用转炉渣代替脱磷剂中部分氧化钙和氧化铁，应用在铁水预处理脱磷，其不仅能较为理想的发挥转炉渣应用价值，减少对环境的污染，而且能大大降低脱磷剂成本，提高铁水预处理效果。同时考虑到转炉渣的熔化温度高，含有不等量的P2O5及SiO2等不利于铁水预处理脱磷的有害物质，因而，本文在实验室条件下，对含转炉渣的脱磷剂进行了预熔处理，并在此基础上对含转炉渣的预熔脱磷剂进行了转炉渣配加量，脱磷剂的加入量，处理温度等方面的详细研究。
&&& 一、实验
&&& （一）实验设备
&&& 用含转炉渣的预熔脱磷剂进行铁水预处理脱磷实验是在具有氮气保护的硅化电阻炉（最高温度为1600℃）中进行的，如图所示1，实验温度选择在℃进行。用容量为100mL的坩埚作为实验坩埚，外套坩埚（其内径为65mm，高为120mm）作为保护坩埚，用Φ6mm管取样和搅拌。
&&& （二）实验原料
&&& 实验用生铁料是将电工纯铁、高纯石墨粉以及磷铁按所列目标成分配制，在石墨坩埚中经中频感应炉熔炼而成。其目标铁水成分如下表1所示。
图1& 实验装置示意图
1－氮气；2－流量计；3－轻质盖砖；4－刚玉坩埚；5－熔铁；
6－MoSi2棒；7－内炉壁；8－热电偶；9－温度控制柜
表1& 生铁中主要化学元素质量分数&&& %
&&& 脱磷剂以氧化铁和转炉渣（转炉渣成分如表2所示）中的Fe2O3、MnO等为氧化剂，以分析纯CaO和转炉渣中的CaO、MgO为固定剂，以分析纯CaF2为助熔剂。各脱磷剂原料经研磨、筛分至粒径小于0.15mm，再按一定比例关系配制而成。
表2& 转炉渣各组分质量分数
w（Fe2O3）
w（Al2O3）
&&& （三）实验方法
&&& 1、含有转炉渣的预熔脱磷剂制备过程
&&& 将原料研磨至0.15mm以下的粉料，在按一定配比关系配制后充分混匀，称取100g装入100mL的刚玉坩埚，再在硅化钼电阻炉内进行预熔化处理，将炉温升到℃，待炉料熔化后用石英管搅拌，并短时间保温10min（为防止刚玉坩埚中的Al2O3进入脱磷剂中，影响预熔脱磷剂的脱磷效果）后，立即将坩埚从炉中取出，并迅速冷却液渣，再将冷却后的预熔脱磷剂粉碎至 0.15mm以下待用。
&&& 2、用转炉渣进行铁水预处理脱磷的实验过程
&&& 铁水脱磷实验是在硅化钥炉内进行。实验时将装有300g生铁料的外套石墨坩埚的刚玉坩埚置于硅化钼炉中进行加热，当炉温升到800℃打开氮气阀从炉底通入氮气，氮气流量为5L/min。炉温升至预定温度后，保温30min待生铁料完全熔化后用Φ6mm石英管吸取铁水初始样，并迅速将配好的脱磷剂加到铁液表面，同时开始记录反应时间，在脱磷反应进行10min时用石英管吸取铁样供化学分析用，同时每隔3min用石英棒搅拌铁液以改善铁－渣反应的动力学条件。
&&& 二、实验结果及分析
&&& （一）转炉渣用于铁水预处理的可行性分析
&&& 对于铁水预处理氧化脱磷，其主要靠配加在脱磷剂中的氧化剂Fe2O3在铁水中的溶解氧[O]将铁水中的[P]氧化为P2O5，但P2O5不稳定，必须和碱性氧化物CaO反应生成高温下能稳定存在于渣中的磷酸盐渣（4CaO·P2O5或3CaO·P2O5），使铁水中的磷脱除掉，其分子理论反应式如（1）式所示。同时为适应铁水预处理温度（铁水预处理温度一般在℃）的要求，降低碱性氧化物的熔点，加快化渣速度，提高脱磷速率，在脱磷剂中加入一定量的助熔剂CaF2。
2[P]＋5（FeO）＋4（CaO）=（4CaO·P2O5）＋5[Fe]&&& （1）
&&& 对于普通铁水预处理脱磷剂w（Fe2O3）一般选择在40%～60％，w（CaO）选择在35％～55％，w（CaF2 )在5%～15％。而转炉渣主要由氧化钙（38.4％～48.5%）、氧化铁（24.6％～28.7％）、氧化硅（8%～15%）等组成。可以看出，转炉渣和铁水预处理脱磷剂的成分及含量比较相近，因此，可通过给转炉渣中配加部分氧化钙和氧化铁及来实现铁水预处理脱磷闭。对含转炉渣的脱磷剂采取预熔处理，使含转炉渣的脱磷剂化学成分更加均匀，熔点和粘度低，流动性好，成渣速度快，有效处理时间短，脱磷效率高，更容易适合铁水预处理的要求。同时，转炉渣资源丰富，价格便宜，加工简单，能有效地降低脱磷生产成本，减少环境污染。因此，转炉渣完全有可能替代部分脱磷剂实现铁水预处理脱磷的目的。
&&& （二）转炉渣配比对铁水脱磷效果的影响
&&& 在纯化学试剂确定的最佳预熔脱磷剂配比关系基础上，分别选用18.11％、33.11％、45.73％、56.49％的转炉渣部分代替预熔脱磷剂中的Fe2O3和CaO等配制脱磷剂。含转炉渣的预熔脱磷剂在1350℃，加入量为铁水量的10％的条件下进行脱磷实验。脱磷处理10min的结果如图2所示，可以看出，用转炉渣代替部分预熔脱磷剂能实现较好的脱磷效果，当转炉渣质量分数在18.11％～45.73％时脱磷率基本保持不变，均大于91.43％，使铁水中的磷由0.21％降低到0.018％以下，其中含转炉渣为45.73％的脱磷率稍高一些，为94.76％，而用纯化学试剂配制的预熔脱磷剂在相同条件下具有同样的脱磷效果（纯化学试剂配制的预熔脱磷剂能将铁水中的磷降到0.0079％，脱磷率为96.24%）；当脱磷剂中转炉渣质量分数进一步增加到56.49%时，脱磷率反而大幅度下降到73.33％，使铁水磷质量分数由0.21％降低到0.056％，这可能是由于在脱磷剂成分一定的情况下，随着转炉渣加入量的增加，带入不利于脱磷反应进行的P2O5含量也相应增加，使磷在渣一铁间分配比（Lp）降低，脱磷效果较差。所以，用45％左右的转炉渣代替纯化学试剂中的Fe2O3和CaO配制脱磷剂，能取得与纯化学试剂配制的预熔脱磷剂相同脱磷率，实现了较好的脱磷效果。
图2& 转炉渣的配加量对脱磷效果的影响
&&& （三）含转炉渣的脱磷剂加入量对脱磷效果的影响
&&& 为了研究不同加入量含转炉渣的预熔脱磷剂对铁水预处理脱磷效果的影响，在1350℃下，用含转炉渣45％的预熔脱磷剂分别在加入量为铁水量的4％、7％、10％的情况下进行脱磷实验。如图3是处理10min时不同加入量的脱磷率变化曲线，可见随加入量的增加脱磷率明显升高，在加入量为4％时铁水中的磷由0.21％降低到0.095％，脱磷率仅为54.76％，脱磷效果差的原因主要是脱磷反应未能充分进行，脱磷剂中的氧化铁和CaO未将铁水中的磷充分氧化和固定，使脱磷率降低；加入量为7％时，脱磷率得到明显的提高，使铁水中的磷降低为0.047％，脱磷率为70.95％；而在加入量为10％时的脱磷率最大，铁水中的磷可降低为0.011％，脱磷率达94.76％。由此确定出在实验室条件下的最佳加入量为10％。但在实际工业生产中，脱磷剂的加入量不能过多，过多不仅会加大生产成本，增加铁水温降，易引起铁水中碳等元素的氧化损失，而且会加大对包衬的侵蚀和后续工序的负担，从而失去其实用价值。然而由于实验室铁水量较少（一次仅为300g左右），渣－的接触面积相对较小，动力学条件较差，且在脱磷剂加入过程的损耗以及搅拌棒、石英取样管和坩埚壁的粘渣，使得所加入的脱磷剂未能有效利用，为了实现较好的脱磷效果，脱磷剂加入量选择的比较高。但在实际工业生产中，其仅作为一种理论指导和实际参考，对于工业化生产脱磷剂用量则需要进一步工业化的实验研究来确定。
图3& 含转炉渣的预熔脱磷剂加入量对脱磷效果的影响
&&& （四）处理温度对转炉渣脱磷剂脱磷效果的影响
&&& 由热力学分析可知，脱磷反应是强放热反应（AH=－1033450 J/mol），温度越低越有利于脱磷反应向正方向进行，但温度过低，使脱磷反应的动力学条件恶化，反而不利于脱磷反应的进行。为此，用含转炉渣45％的预熔脱磷剂分别在、1400℃下进行铁水预处理脱磷实验，实验结果如图4所示。当处理温度为1300℃时，脱磷率仅为19.05％，且在该温度下进行实验时，明显发现脱磷渣变粘，局部区域出现渣层结块和渣铁不分，这是由于温度过低，加入脱磷剂后，使铁水温降明显增加，导致铁水脱磷的动力学条件恶化，脱磷反应不能充分进行，脱磷率较低。而1350℃和1400℃下进行脱磷处理时，脱磷率基本相同，均为95％左右，可使铁水中的磷由0.21％降低到0.010％左右。由此可得，对于含有转炉渣45％的预熔脱磷剂在1350℃进行脱磷预处理时能实现较好的脱磷效果。
图4& 处理温度对脱磷效果的影响
&&& 三、结论
&&& （一）转炉渣含有大量的CaO和MgO等固定剂及Fe2O3和FeO氧化剂，因而，可以通过用转炉渣替代部分预熔脱磷剂中的CaO和Fe2O3来配制铁水预处理脱磷剂。
&&& &&& （二）含转护渣的预熔脱磷剂脱磷效果与常规脱磷剂相当，在转炉渣配加量为45%左右时，含转护渣的预熔脱磷剂脱磷效果最为理想，使铁水磷的质量分数由0.21%降低到0.011%，脱磷率为94.76％。
&&& （三）温度对铁水预处理脱磷效果有一定的影响，温度大低，动力学条件恶化，不利于脱磷；温度太高，又不利于热力学条件的改善。经过实验，含转炉渣的预熔脱磷剂进行铁水预处理的最佳温度为1350℃。
&&& （四）在实验室条件下，含转炉渣的预熔脱磷剂加入量为10%时，能实现较好的脱磷效果。
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