大型轉爐煉鋼脫磷的研究

劉春濤

摘要：主要研究近年來脫磷的方法，一些防止回磷的措施，復吹轉爐成渣過程對脫磷的影響，高磷鐵水脫磷效率影響因素，以及鋼渣在微波場中還原脫磷的工藝。

關鍵詞：脫磷；回磷；爐渣堿度；還原；預熔脫磷劑；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1. 2%），固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒問的強度大大增高，從而使鋼材的室溫強度提高而脆性增加，稱為冷脆。但含磷鐵水的流動性好，充填性好，對制造畸形復雜鑄件有利。此外，磷可改善鋼的切削性能、易切削鋼中磷含量可達0.08%一0.15%。

2.轉爐的脫磷

2.1轉爐脫磷的基本原理

通常認為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe_2P]的形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程中的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后與（CaO）結合成穩定的磷酸鈣，其反應式可表示為：

2.2影響脫磷的因素

磷的氧化在鋼渣界面進行，按爐渣分子理論的觀點，反應式如下：

2.3回磷現象

所謂的回磷現象，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鋼中的磷含量也屬于回磷現象。熔渣的堿度或氧化亞鐵含量降低，或石灰劃渣不好，或溫度過高等，均會引起回磷現象。出鋼過程中，由于脫氧合金加入不當，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導致成品鋼中磷高于終點鋼[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，而不采取爐內脫氧；加入鋼包改質劑。

3 鋼渣在微波場中還原脫磷

微波技術在加熱高電介質耗損原料方面是一種簡單而有效的方法， 在冶金還原領域有著廣闊的應用

前景。相較于傳統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、

即時性等加熱特性的微波場在較低溫度下能夠提供更多的熱量。因為通過渣料表面點位與微波能的強烈作

用， 物料表面點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材料， 而且如果Fe3+ /（ Fe2++ Fe3+ ）的比率在一個合適的范圍內， 鋼渣能得到有效加熱， 碳質微粒物質具有良好的微波吸收特性， 有利于迅速加熱原料。

3.1結果與討論

實驗表明鋼渣為微波的良吸收體， 如圖3所示， 當時間達到15～ 20min時， 純渣料及各配碳量條件下的結構示意圖

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

4復吹轉爐成渣對脫磷

4.1合理的成渣過程

就脫磷而言， 轉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。從以上分析結果看， 化渣脫磷期鐵水中磷含磷較高脫磷的驅動力較大， 主要通過改善動力學條件來加快脫磷， 應采用動力學條件好的鐵質成渣。主要任務是控制C - O 反應大量進行， 保證脫磷在低溫下進行。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1 400 ℃以下， 控制ΣFeO 質量百分數在35% ～40% ， 使爐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， 同時加強爐內攪拌， 促進渣- 金反應的快速進行。脫碳升溫期的主要任務是脫碳升溫防止回磷。此時， 脫磷任務已基本完成， 隨著脫碳的進行帶來的高溫會使脫磷反應逆向進行， 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學條件來進一步強化脫磷，的目的。控制終點ΣFeO質量百分數在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產條件的差異應做適當的調整， 以滿足生產的穩定。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， 即可以控制爐內溫度， 在促進化渣的同時也可適當延長化渣脫磷期， 使脫磷反應充分進行。脫碳升溫期， 盡量提高供氧強度， 快速脫碳升溫來降低回磷。在條件準許的情況下， 可以采用留鋼操作是獲得高質量鋼的有效手段。

4.2復吹轉爐成渣對脫磷結論

1） 成渣過程決定脫磷的效率， 冶煉的不同時期應合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度， 鐵水磷含量的不同應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動力較大， 主要通過改善動力學條件來加快脫磷， 采用鐵質成渣。控制溫度在1 400 ℃以下， 控制ΣFeO質量百分數在35% ～40% ， 使爐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， 促進渣-金反應的快速進行。

3） 脫碳升溫期鐵水溫度較高是脫磷的不利條件， 因此改善熱力學條件來進一步強化脫磷。控制終點ΣFeO 質量百分數在15% ～20% ， 爐渣堿度在315～410。

5 結語

我國作為鋼材生產和消費大國， 煉鋼工序作為鋼鐵生產不可缺少的環節， 鋼渣的產生不可避免。近年來， 我國鋼渣和鐵渣的堆置達3億多噸， 鋼渣占鋼鐵工業固體廢物的12109% 。在冶金工業生產中， 排放的主要固體廢棄物是高爐渣和轉爐渣。其中高爐渣是利用技術最成熟的工業廢渣， 而轉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， 利用率均達到95%以上。而我國在2002年調查中鋼渣利用率僅為36% ， 與國外先進國家相比， 在鋼鐵渣綜合利用方面還有較大差距。因而我們要多開發新技術如脫磷，做到如何在低成本下實現最大化的脫磷同時又不影響環境，從而做出高產出。新的技術還有待開發。

參考文獻

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【2】呂 巖， 張 猛， 陳 津， 艾立群， 周朝剛。《鋼渣在微波場中還原脫磷的工藝》。《河北理工大學學報》（自然科學版） 2010年8月，第32卷 第3期

【3】魏穎娟，袁守謙，張西鋒，王偉，梁德安，張啟業。《預熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗研究》。《鋼鐵》2008年10月第43卷第10 期