碩士論文雙渣脫磷在青鋼高碳鋼生產(chǎn)的應(yīng)用與優(yōu)化

1、摘 要 磷是有害元素，對于高級別鋼，除需要硫含量很低外，還需要磷含量控制在很低的水平。由于煉鐵和煉鋼脫氧過程為還原性氣氛，脫磷條件較差，脫磷是純凈鋼冶煉工藝的主要課題。本文從轉(zhuǎn)爐脫磷的熱力學(xué)分析入手，探討了冶煉過程中溫度、爐渣堿度、(feo)對磷含量的影響，回磷的原因、影響因素及防止措施等，指出應(yīng)控制爐渣堿度、終點(diǎn)溫度、(feo)在合理范圍內(nèi)，應(yīng)重視鋼水回磷問題。針對青鋼目前轉(zhuǎn)爐冶煉控制情況，并結(jié)合高碳鋼中碳含量高的問題，提出了轉(zhuǎn)爐雙渣脫磷操作與冶煉終點(diǎn)低拉增碳相結(jié)合的脫磷冶煉控制工藝，以提高鋼水的潔凈度和產(chǎn)品質(zhì)量。結(jié)果表明：通過良好的鐵水條件；合理配料；嚴(yán)格控制前期槍位和倒渣時間；確保鋼水終

2、點(diǎn)碳含量在規(guī)定范圍等技術(shù)措施，可有效降低鋼中磷含量，為提高鋼水潔凈度和鋼材質(zhì)量創(chuàng)造有利條件。關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)爐冶煉；脫磷；雙渣脫磷；熱力學(xué)abstractphosphorus is harmful elements, in addition to very low sulfur content, but also need to control phosphorus content in a very low level for high-level steel. dephosphorization clean steel smelting technology is the main topic

3、, dephosphorization disadvantaged because of ironmaking and steelmaking process for deoxy reducing atmosphere. dephosphorization converter from the thermodynamic analysis start of the smelting process of temperature, slag alkalinity, (feo) on the content of phosphorus, phosphorus back to the reasons

4、, factors and prevention measures that should be controlled slag alkalinity, temperature end , (feo) within reasonable limits, should pay attention to steel phosphorus problem in this article. to improve the cleanliness of molten steel and the quality of products, made double-converter operation and

5、 smelting slag dephosphorization low end of rafah by a combination of carbon dephosphorization smelting process control, against the current converter qinggang smelting and control of high-carbon steel in the carbon content high issue. the results showed that: favorable conditions to improve cleanli

6、ness of steel and steel quality can be created through technical measures, a good iron conditions, reasonable ingredients, strict gun-control early and inverted jardine time to ensure that the end of molten steel in the provisions of the carbon content, can effectively reduce steel phosphorus conten

7、t.key words： converter smelting； dephosphorization； double slag dephosphorization；thermodynamics目 錄摘 要iabstractii第一章 文獻(xiàn)綜述11.1 磷元素對鋼的影響11.2 影響脫磷的因素11.3 鋼鐵生產(chǎn)中脫磷的主要方法21.3.1鐵水預(yù)處理脫磷21.3.2轉(zhuǎn)爐吹煉中脫磷61.3.3爐外二次精煉脫磷71.4 國內(nèi)外脫磷發(fā)展概況91.4.1轉(zhuǎn)爐脫磷的背景與必要性91.4.2國內(nèi)外脫磷發(fā)展概況101.4.3雙聯(lián)法的發(fā)展131.4.3 本課題由來15第二章 脫磷的熱力學(xué)及動力學(xué)條件分析162.1

8、 脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)分析162.1.1磷在鋼液中和熔渣中的存在形式162.1.2氣化脫磷162.1.3爐渣堿度對lp的影響162.1.4爐渣的氧化能力對lp的影響172.1.5氣體與金屬間的反應(yīng)172.1.6 熔渣與鋼水之間的反應(yīng)172.1.7脫磷的基本反應(yīng)182.1.8 回磷222.1.9 還原脫磷232.2 脫磷反應(yīng)的動力學(xué)分析242.2.1脫磷動力學(xué)242.2.2動力學(xué)方程式的建立252.2.3 溫度對反應(yīng)速度的影響252.2.4 實(shí)際動力學(xué)措施26第三章 試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)273.1青鋼雙渣脫磷的現(xiàn)狀273.1.1雙渣操作的好處273.1.2青鋼雙渣脫磷情況273.1.3脫磷的效果及回磷問題

9、283.2目前存在的問題29第四章 實(shí)驗(yàn)過程304.1 工藝原料狀況的研究304.2 80t轉(zhuǎn)爐前期冶煉脫磷情況314.2.1 前期冶煉控制314.2.2 前期脫磷結(jié)果324.3 影響前期脫磷的主要因素324.3.1 鋼水中硅的氧化324.3.2 前期渣堿度的控制334.3.3 倒前期渣時間的控制334.4 80t轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)脫磷情況344.4.1 增碳劑加入量的控制344.4.2 冶煉終點(diǎn)脫磷情況344.5 80t轉(zhuǎn)爐冶煉工藝改進(jìn)方案354.5.1 冶煉前期控制354.5.2 冶煉終點(diǎn)控制364.5.3 工藝推廣應(yīng)用36結(jié)論39參考文獻(xiàn)40致 謝42附 錄43第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 磷元素對

10、鋼的影響磷是絕大多數(shù)鋼種中的有害元素。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,用戶對鋼質(zhì)量的要求不斷提高。磷在鋼中是以fe3p或fe2p形式存在，一般用p代表，磷含量要求小于0.03%或更低，含磷量高時，會使鋼的塑性和沖擊韌性降低，并使鋼的焊接性能與冷彎性能變差，即出現(xiàn)鋼的脆性現(xiàn)象，這種現(xiàn)象低溫時更加嚴(yán)重，通常把它稱為“冷脆”。而且這種影響常常隨著氧、氮含量的增高而加劇1。磷在連鑄坯（或鋼錠）中的偏析僅次于硫，同時它在鐵固溶體中擴(kuò)散速度又很小，不容易均勻化，因而磷的偏析很難消除2。而由于煉鐵過程為還原性氣氛，脫磷能力較差。因此，脫磷是煉鋼過程中的重要任務(wù)之一，人們進(jìn)行鋼水脫磷的研究，并加以廣泛的應(yīng)用于

11、工業(yè)生產(chǎn)中3。1.2 影響脫磷的因素根據(jù)平衡移動原理,從脫鱗反應(yīng)式可以看出,只有提高（feo）和（cao）的濃度，降低（4caop2o5）濃度，反應(yīng)才向正反應(yīng)方向進(jìn)行，終點(diǎn)p含量才會降低。因此，高堿度、高氧化鐵含量的熔渣，有利于脫磷，這兩著缺一不可。增加渣中的feo含量，可加速石灰的渣化和改善熔渣的流動性，有利于脫磷反應(yīng)。提高堿度可增加（cao）的有效濃度，有利于提高脫磷效率；但堿度并非越高越好，加入過多的石灰，渣化不好，影響熔渣的流動性，對脫磷反而不利。脫磷反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，因而爐溫過高，反而則向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，鋼中磷含量不僅不能降低，反而會產(chǎn)生回磷；爐溫過低，不利于石灰的渣化，并影響熔渣的

12、流動性，也阻礙了脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。若原料中磷含量高，最好是采用爐外脫磷處理；也可采用雙渣操作，或適當(dāng)?shù)募哟笤浚@樣就相對降低了4(caop2o5)濃度，利于反應(yīng)繼續(xù)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，對脫磷有利。脫磷是鋼-渣界面反應(yīng)，因此具有良好流動性的熔渣，進(jìn)行充分的熔池?cái)噭樱瑫铀倜摿追磻?yīng)，提高脫磷效率。當(dāng)前采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，渣中mgo含量較高，要注意調(diào)整好熔渣流動性，否則對脫磷也有影響?？傊?，脫磷的條件是：高堿度、高氧化鐵含量、良好流動性的熔渣：充分的熔池?cái)噭樱哼m當(dāng)?shù)臏囟群痛笤?。1.3 鋼鐵生產(chǎn)中脫磷的主要方法1.3.1鐵水預(yù)處理脫磷 鐵水預(yù)處理脫磷的基本原理：在鐵水溫度下，由于鐵水中的磷不能直接氧化

13、成p2o5氣體而去除，而是首先氧化成p2o5然后與強(qiáng)堿性氧化物結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鹽而從鐵水中去除。因此，在實(shí)際鐵水預(yù)處理脫磷過程中，要有效地脫去鐵水中的有害雜質(zhì)磷，首先要有適當(dāng)?shù)难趸瘎⑷芙庥阼F水中的磷氧化，然后采用強(qiáng)有力的固定劑，使被氧化的磷牢固地結(jié)合在爐渣中。鐵水脫磷具有低溫的有利條件,常用鐵水脫磷劑具有高堿度、高氧化性。采用鐵水預(yù)處理脫磷技術(shù)(包括脫硅、脫磷、脫硫的三脫技術(shù)),既可減輕轉(zhuǎn)爐脫硅、脫磷任務(wù),實(shí)現(xiàn)少渣或無渣煉鋼,大大改善轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),又為經(jīng)濟(jì)地冶煉低磷硫優(yōu)質(zhì)鋼、實(shí)現(xiàn)全連鑄、連鑄連軋、熱裝熱送提供了技術(shù)保障。根據(jù)鋼種的需要,鐵水預(yù)處理可將w(p)脫至0.01 %0.03

14、 %。鐵水脫磷的方法主要包括如下幾種： (1) 在鐵水罐中噴射脫磷劑并吹氧脫磷。 (2) 在魚雷罐中噴射脫磷劑并吹氧脫磷。 (3) 在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行鐵水脫磷。這三種方法在工業(yè)上均得到了實(shí)際應(yīng)用。但由于在魚雷罐車和鐵水包中存在一些問題，許多廠家紛紛研究在轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行脫磷的預(yù)處理方法。目前最廣泛使用的脫磷劑為蘇打系脫磷劑或石灰系脫磷劑。石灰系脫磷劑主要成分為cao并配加一定量的燒結(jié)礦粉和瑩石粉。1、噴吹蘇打粉處理5-7 蘇打(na2co3)是最早用于鐵水脫磷的材料，20世紀(jì)70年代，日本的冶金工作者在用蘇打脫硫的同時,發(fā)現(xiàn)蘇打配以適量的氧化劑(o2)，不僅具有很強(qiáng)的脫硫能力，而且具有很強(qiáng)的脫磷能力。na

15、2co3的脫磷能力很強(qiáng)，有比石灰系渣系大得多的磷容量，且可以同時取得高脫硫率。na2co3熔點(diǎn)低,熔化后流動性好，單獨(dú)使用就能有效地脫磷，脫磷過程幾乎不損失鐵水中的錳,鐵的損失也很少。但是蘇打處理鐵水時會產(chǎn)生大量的鈉蒸汽，不僅使鈉損失高,而且還造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和耐材、設(shè)備的腐蝕。處理過程中鐵水溫降較大,蘇打價格相對較高，因此7080年代,以尋求高效,廉價熔劑為目的開始了石灰系熔劑脫磷脫硫的研究。日本住友公司鹿島廠開發(fā)的“住友堿精煉法”- sarp法是成功用于工業(yè)生產(chǎn)的蘇打精煉法。工藝流程示意圖如圖1.1所示。從高爐流出的鐵水先經(jīng)脫硅處理，即將高爐鐵水注入混鐵車內(nèi)，用氮?dú)廨斔秃蛧姶禑Y(jié)礦粉，噴

16、入量為40kg/t鐵水，最大供粉速度為400kg/min，最大吹氧量為50m3/min，脫硅量約為0.4%，脫硅處理后鐵水硅含量可降到0.1%以下。然后用真空吸渣器吸出脫硅渣，進(jìn)行脫磷處理，以氮?dú)鉃檩d氣向鐵水中噴入蘇打粉，蘇打粉用量為18kg/t鐵水，最大供粉量為250kg/min，最大吹氧量為50m3/min，處理后鐵水中磷，硫含量分別為p0.01%, s0.05%)或者鐵水中的硅(0.6%)含量比較高時，為提高轉(zhuǎn)爐的脫磷率，在冶煉時往往采用雙渣法，即在轉(zhuǎn)爐的冶煉初期，高槍位，快速造好渣，在低溫、高堿度的情況下，快速脫磷，然后倒?fàn)t放渣，再加入一部分白灰，保持熔渣的高堿度，一直吹煉到拉碳，此時

17、鋼水中的p含量一般在0.010%以下，取樣，測溫，根據(jù)判斷結(jié)果及熔渣情況，再加入一部分白灰，保持熔渣的高堿度，很好的流動性，然后確定補(bǔ)吹的時間，取樣、測溫、出鋼。當(dāng)鐵水中硅含量在0.4%-0.6%，鐵水磷含量在0.050%以下時，轉(zhuǎn)爐冶煉過程可以采用單渣法，但吹煉過程中，必須造好轉(zhuǎn)爐熔煉過程的熔渣，調(diào)整好槍位，保持較高的熔渣堿度，很好的流動性，一直到拉碳，此時鋼水中的p含量一般在0.010%以下，然后取樣、測溫、出鋼。轉(zhuǎn)爐冶煉過程中低碳低磷鋼水轉(zhuǎn)爐內(nèi)去磷率能夠達(dá)到85%以上，冶煉低磷鐵水，出鋼時p0.008%的占13.7%。2. 出鋼過程中鋼渣的控制在出鋼的過程中，一定要控制好擋渣，出鋼前放好

18、擋渣塞，擋好出鋼前期渣，出鋼后期放好擋渣球或擋渣鏢，擋住出鋼后期渣，其次為減少鋼水回磷可采取留鋼操作，減少轉(zhuǎn)爐帶渣量，出鋼至lf爐的回磷量一般在0.002%。1.3.3爐外二次精煉脫磷隨著轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)的進(jìn)步，轉(zhuǎn)爐出鋼時磷含量可以降到很低的水平，有些鋼廠某些鋼種可以以w(p)為2010-6的磷含量出鋼，在出鋼時鋼水達(dá)到了超低磷水平。但冶煉超低磷鋼完全在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行脫磷，會增加轉(zhuǎn)爐的渣量，增大轉(zhuǎn)爐負(fù)荷，提高成本，甚至達(dá)不到某些鋼種對磷含量的要求。而現(xiàn)在對低磷鋼和超低磷鋼需求量日益增大，有些廠家轉(zhuǎn)爐脫磷還滿足不了生產(chǎn)低磷鋼和超低磷鋼的需求，這樣就有必要在爐后鋼包中進(jìn)行鋼水的脫磷處理，尋求合適的鋼水爐外

19、脫磷劑和脫磷工藝就顯得非常重要了，這方面日本和歐洲國家在20世紀(jì)80年代就開始了大量的研究,我國20世紀(jì)90年代以后也開始了這方面的工作。1、cao基熔劑對鋼液二次精煉脫磷10-12(1) 冶煉超低磷鋼時，鋼包中鋼水的二次精煉脫磷是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，選擇合適的脫磷劑是極其重要的。 cao-feto-caf2渣系是1個高堿度的脫磷渣系，脫磷能力強(qiáng)，價格低廉，原料易于獲得。據(jù)文獻(xiàn)8報(bào)道，對于成分：w(p)為0.045 %0.055 %，w(c)為0.29 %0.51 %，si很低的鋼水，采用m(cao)m(caf2)=41的脫磷劑，1 5601 575，o2噴吹，脫磷劑用量為30 kg/t，可獲得8

20、0%的脫磷率，而采用脫磷劑為m(cao)m(fe2o3)m(caf2) =751510或602020,用量為30 kg/t時，可獲得93 %95 %的脫磷率。對于深沖鋼，鋼水w(p)為0.005 % 0.015 %，采用脫磷劑配方w(cao)為50 %60 %,w(caf2)為15 %20 %，w(fe2o3)為15 %25 %，加入量為金屬量的10 %,在碳管爐中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),脫磷率可達(dá)59.3 %87.8 %。英國鋼鐵公司teeside廠采用w(cao)=55 %65 %，w(caf2)=20 %27 %，feo=15 %23 %的脫磷劑配方，粉劑加入量為1020 kg/t，進(jìn)行鋼水脫磷實(shí)驗(yàn)研

21、究，脫磷率達(dá)到76.8 %。意大利的c.s.m研究所也進(jìn)行了同樣的工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究，鋼水初始w(p)為0.002 % 0.01 %。脫磷劑配方為：w(cao)為60 % 80 %，w(caf2)為15 %30 %，w(feo)為10 %15 %，粉劑加入量為1023 kg/t，對于3種脫磷方式(出鋼脫磷、噴粉、vod中脫磷)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明3種脫磷方式都獲得w(p)低于2010-6的磷含量，脫磷率達(dá)50 %80 %，值得注意的是必須盡量減少鋼水的帶渣量，帶渣量大時會影響脫磷效果。3種方法中出鋼脫磷法簡單易行，操作方便，成本低，利用該方法及脫磷劑在dalmine廠90 t爐子上,加入1015 k

22、g/t的熔劑，可獲得60 %的脫磷率，處理后，鋼水w(p)低于2010-6，考慮回磷后，最終產(chǎn)品的w(p)為(3050)10-6?？傊?該渣系由于成本低，來源廣，具有較好的脫磷效果，是冶金工作者研究最多,應(yīng)用最廣的渣系。2、 na2o基熔劑對鋼液二次精煉脫磷14(1) na2co3渣系na2co3的脫磷能力很強(qiáng)，有比石灰系渣大得多的磷容量，且可同時提高脫硫率，熔點(diǎn)低、熔化后流動性好，單獨(dú)使用就能有效的脫磷。但是它的沸點(diǎn)低，易蒸發(fā)形成煙霧，利用率低、成本高，對耐火材料侵蝕嚴(yán)重，而且在脫磷過程中易出現(xiàn)回磷，c、si含量高時，會加重這一趨勢，用量少時，回磷早且明顯，故它常與其它渣料配合使用。采用na

23、2co3-na2so4渣具有與na2co3相同的脫磷能力，向蘇打粉中加入cao、fe2o3等可以減少na2co3蒸發(fā)，而不影響脫磷能力，cao-na2co3熔劑的脫磷率15。3、bao基熔劑對鋼液二次精煉脫磷bao是提高渣系堿度的有效堿性氧化物,而高堿度是脫磷的有利條件,bao可以大大降低渣中p2o5的活度,提高渣的磷容量。在cao系渣中添加適量bao可以使脫磷率提高。bao渣系在低氧化性氣氛下有很好的脫磷效果，所以可以降低配比中(feo)的含量，但反應(yīng)過程中渣子較粘，流動性差，bao的熔點(diǎn)為1918，在煉鋼溫度下很難熔化，所以必須添加助熔劑。助熔劑主要有caf2，bac12和baf2。bao

24、渣系脫磷過程中，起主要作用的是強(qiáng)堿性氧化物bao，隨著bao量的增加，脫磷率也在增大，bao增量有一定的限度，過多用量會影響熔劑的流動性，實(shí)際生產(chǎn)中使用廉價的baco3(毒重石)代替價格較高的bao是可行的。因?yàn)閎aco3很容易完全分解成bao和co2(分解溫度1297)，是弱氧化劑，可為鋼液中磷氧化提供氧，而且分解的co2氣體在溢出過程中加強(qiáng)了熔渣的攪拌而有利于活躍熔池，促進(jìn)冶金反應(yīng)。bao基溶劑對鋼液進(jìn)行二次精煉脫磷時，能將鋼液中磷含量從0.05%降低至0.005%以下，達(dá)到超低磷鋼的磷含量水平，但bao基溶劑成本較高，限制其廣泛應(yīng)用。由于渣中含有(feo),對包襯侵蝕嚴(yán)重,國內(nèi)外正在開展

25、不含或少含(feo)的ba系渣。由于ba系渣的高磷容量及脫磷率,已被用于脫磷條件較高的不銹鋼以及錳鐵、鉻鐵合金的脫磷。1.4 國內(nèi)外脫磷發(fā)展概況1.4.1轉(zhuǎn)爐脫磷的背景與必要性石油、天然氣、汽車和電子等工業(yè)的發(fā)展，對鋼材的質(zhì)量要求越來越高，因此，純凈鋼、超純凈鋼的生產(chǎn)技術(shù)獲得迅速發(fā)展。從20世紀(jì)70年代后期，鐵水預(yù)處理轉(zhuǎn)爐爐外精煉已成為轉(zhuǎn)爐煉鋼的優(yōu)化工藝線路。 對轉(zhuǎn)爐煉鋼車間，全量鐵水脫硫已被鋼鐵界普遍接受，而對鐵水脫磷技術(shù)的采用，目前國內(nèi)外鋼鐵界尚存在一定的分歧16-17。早于20世紀(jì)70年代末期至80年代初期，為了生產(chǎn)低磷，超低磷車鋼種，日本各大鋼鐵公司相繼開發(fā)了鐵水罐或混鐵車鐵水三脫技術(shù)

26、(脫硅，脫硫，脫磷)，并均己投入了工業(yè)化生產(chǎn)，稱之為orp工藝(optimizing refining process)。此工藝旨在把過去傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行脫硅，脫硫，脫磷，脫碳的工序分三段進(jìn)行，以使各工序在熱力學(xué)最佳條件下進(jìn)行冶煉。所謂的三段工序是在高爐出鐵槽中進(jìn)行脫硅；在鐵水罐或混鐵車內(nèi)進(jìn)行脫磷，脫硫；在轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行脫碳。當(dāng)高爐鐵水含硅量高時，尚需在鐵水罐或混鐵車中進(jìn)行二次脫硅，其脫硅目標(biāo)值w(si)0.15%，以滿足鐵水脫磷的要求。由于鐵水罐或混鐵車脫磷尚存在一些問題，在20世紀(jì)90年代后期，日本一些鋼鐵企業(yè)根據(jù)本廠的具體條件，又相繼開發(fā)了轉(zhuǎn)爐脫磷工藝，并在日本鋼管福山廠一、二煉鋼車間，新日鐵君

27、津冶煉，住友金屬和歌山廠獲得采用，稱之為srp工藝(simple refining process)。此工藝與傳統(tǒng)工藝路線相比，工藝路線復(fù)雜，采用2座轉(zhuǎn)爐分別在爐役前半期進(jìn)行脫碳煉鋼(大約4000爐)，爐役后半期作為脫磷爐，2座轉(zhuǎn)爐交替使用，爐襯壽命約為8000爐。由于采用低磷鐵水使轉(zhuǎn)爐吹煉時間縮短3min。此外，通過少渣冶煉，使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制得到改善，幾乎可以實(shí)現(xiàn)無取樣直接出鋼。從而提高了單座轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)能力、金屬收得率、轉(zhuǎn)爐爐襯壽命均有所提高、降低了生產(chǎn)成本。但是，鐵水脫磷、脫硅工藝尚存在下面一些問題，需在今后進(jìn)一步改進(jìn)完善。問題如下：(1)鐵水溫降比較大；(2)脫硅、脫硫劑消耗量大；(3)

28、鐵水供送系統(tǒng)流程復(fù)雜；(4)鐵水罐、混鐵車裝鐵水量減少；(5)鐵水罐或混鐵車內(nèi)襯更換頻繁，耐火材料消耗量大。鑒于鐵水罐，混鐵車脫硅、脫磷工藝存在諸多缺點(diǎn)，為了生產(chǎn)純凈鋼、超純凈鋼和提高鋼的質(zhì)量，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。經(jīng)過多年的摸索與實(shí)踐，利用轉(zhuǎn)爐脫磷已成為可能。國內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)踐(尤其是日本)也表明了利用轉(zhuǎn)爐脫磷的種種優(yōu)點(diǎn):縮短了流程線路，一定程度上減小了溫降；提高了工作效率，脫磷效果好；提高了轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力和鋼的質(zhì)量；轉(zhuǎn)爐冶煉采用少渣操作，脫硫、脫磷劑耗量大幅度降低；降低了生產(chǎn)成本。1.4.2國內(nèi)外脫磷發(fā)展概況 二十世紀(jì)八十年代日本幾大鋼鐵公司開發(fā)應(yīng)用了混鐵車、鐵水罐脫磷技術(shù),九十

29、年代初又開始開發(fā)轉(zhuǎn)爐脫磷技術(shù),當(dāng)時稱為專用爐脫磷、h爐脫磷等,如新日鐵在名古屋廠試驗(yàn),住友在鹿島廠、川崎制鐵在水島廠試驗(yàn)等。到九十年代末,轉(zhuǎn)爐脫磷技術(shù)日趨成熟,各大公司全面推廣應(yīng)用,紛紛取代混鐵車和鐵水罐脫磷技術(shù),尤其是新日鐵君津廠,它原是混鐵車脫磷o(hù)rp技術(shù)的開發(fā)者,在九十年代末短時間內(nèi)把兩個煉鋼廠的混鐵車脫磷都改為轉(zhuǎn)爐脫磷。1999年投產(chǎn)的住友和歌山新煉鋼廠專門建了一個轉(zhuǎn)爐脫磷車間,由脫磷轉(zhuǎn)爐專向脫碳轉(zhuǎn)爐提供脫磷鐵水。 1.在魚雷車或鐵水包中進(jìn)行鐵水脫磷預(yù)處理，1982年9月,日本新日鐵君津廠開發(fā)和使用了石灰系熔劑精煉的最佳精煉工藝(orp),其工藝過程簡述如下:在高爐出鐵溝加入鐵鱗進(jìn)行脫

30、硅處理后,鐵水流入魚雷車內(nèi)并與其中的脫磷渣混合,在渣與鐵分離后進(jìn)行扒渣,然后向魚雷車中噴入石灰系熔劑進(jìn)行脫磷脫硫處理,最后鐵水加入轉(zhuǎn)爐后進(jìn)行脫碳升溫。采用這種工藝,處理前鐵水溫度為1350,處理時間為25 min。 國內(nèi)某廠引進(jìn)了在魚雷車中進(jìn)行脫硅、脫磷、脫硫處理的工藝,試生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問題比較多,主要有溫降較大、吹氧補(bǔ)償溫降時噴濺又特別嚴(yán)重、魚雷車的鐵水裝入量少、處理時間長而影響生產(chǎn)順行等,應(yīng)用情況不理想。 鐵水吹氧的特點(diǎn)，頂吹有泡沫，插入吹沒有，但耐火元件損耗大，一半周圍有其它氣體，進(jìn)行冷卻。 2.日本住友金屬鹿島廠開發(fā)了“住友堿精煉法”(sarp),其工藝過程為:鐵水流入魚雷車后,先噴吹燒

31、結(jié)礦粉進(jìn)行脫硅處理,用吸渣法排除渣后,噴入蘇打粉脫磷脫硫,處理后鐵水p0 01%,s0 003%。這種方法的效率高,生產(chǎn)低磷鋼時精煉成本較低,但缺點(diǎn)是在處理過程中產(chǎn)生大量煙霧,鈉的損失大且會污染環(huán)境,沒有得到大規(guī)模推廣使用。 3.h爐法。首先在高爐出鐵溝用噴吹法對鐵水進(jìn)行脫硅處理,產(chǎn)生的脫硅渣用撇渣器去除;隨后,脫硅的鐵水被裝入h爐內(nèi)進(jìn)行脫磷、脫硫處理。脫磷時要噴吹石灰系渣料、同時頂吹氧氣,脫磷后再用噴入蘇打灰系渣料的辦法進(jìn)行脫硫處理。經(jīng)預(yù)處理的鐵水再裝入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行脫碳。4. 住友金屬的srp(simple refining process)工藝：在這種工藝中,兩臺復(fù)吹轉(zhuǎn)爐中的一臺作為脫磷爐,

32、另一臺作為脫碳爐。脫碳爐產(chǎn)生的爐渣可作為脫磷爐的脫磷劑,從而減少石灰消耗,達(dá)到穩(wěn)定而快速的精煉效果。脫碳爐和脫磷爐的操作條件如表1.3所示。 表1.3 脫碳爐和脫磷爐的操作條件 脫磷爐 脫碳爐 爐容量250 t stb 250 t stb 頂吹氣體 o2 ( 11.3 n m3 / t min.) o2 ( 22.7 n m3 / t min.) 底吹氣體co2( 0.050.2 n m3 / t min.)co2 ( 0.050.2n m3 / t min.) 渣料 bof( fe礦)caocaf2 3060 kg /tcaomgo1020 kg / t 處理時間 8 1 0 min13 1

33、8 minsrp工藝具有如下特點(diǎn): (1)復(fù)吹的脫磷爐可用廉價的脫磷劑進(jìn)行快速處理,在10min的處理時間內(nèi),可得到磷含量0。因此在煉鋼溫度下，上述反應(yīng)不可能進(jìn)行若選用實(shí)際數(shù)據(jù)%p= 0.02，%o = 0.1，pp2o5 = 101325x10-4pa，假定fp=fo=1，則： g = -632620十697.75 t可以溫度高于950時，go。因此，在選定的條件下，氣化脫磷是不能進(jìn)行的。2.1.3爐渣堿度對lp的影響能使磷成為穩(wěn)定磷酸鹽的各種堿性氧化物對lp的影響程度不同。下面的半經(jīng)驗(yàn)公式，定量地指出各種堿性氧化物對p205的影響 (2.1) 可見，提高渣中cao的濃度，使p205值減少最

34、大。而feo的影響只有cao的二分之一。以熱力學(xué)分析，從堿度對p205的影響出發(fā)，堿度越高，對脫磷越有利。但在實(shí)際生產(chǎn)中，若cao加得過多，則爐渣粘度增加，導(dǎo)致渣子的流動性減弱，勢必影響鋼一渣界面進(jìn)行的脫磷反應(yīng)。使脫磷效率降低。2.1.4爐渣的氧化能力對lp的影響磷的分配系數(shù)lp和鋼中含氧量%o有關(guān)。由于脫磷反應(yīng)是在鋼一渣界面進(jìn)行，鋼水中的%o取決于爐渣的afeo，因此要提高lp，必須提高渣中afeo。，即提高爐渣的氧化能力。當(dāng)堿度不變時，渣中feo的濃度越高，渣的氧化能力越強(qiáng)，則金屬含氧量也越高因幣，lp值就越大，脫磷能力亦越強(qiáng)。但是，lp不能無止境地隨著渣中feo含量的增加而增大。2.1.

35、5氣體與金屬間的反應(yīng)磷的氣體與鋼水的反應(yīng)可用下式表示20-21： (2.2) (2.3) (2.4) (2.5)式中，鋼水中磷的濃度用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，磷的活度基準(zhǔn)取亨利定律，由此可知鋼水中的磷對于亨利定律呈正偏差。2.1.6 熔渣與鋼水之間的反應(yīng)高爐冶煉過程是不能脫磷的，礦石中的磷幾乎全部進(jìn)入生鐵，致使生鐵的含磷量有時高達(dá)0.1-2.0%。生鐵中的磷主要是在煉鋼時氧化作用下去除22-24。磷和氧的親和力雖比鐵和氧的親和力大，但在煉鋼溫度下，鐵液的磷不能僅依靠氧化的作用除去，因?yàn)檠趸傻膒2o5氣態(tài)（2p+5o=p2o5(g)）g0可是，當(dāng)有堿性氧化物出現(xiàn)時，磷氧化形成的p2o5能與之結(jié)合，成為

36、穩(wěn)定的磷酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)生成焙(2p+5o+3(mo)=m3p2o8(s)，可以大致估計(jì)它們的穩(wěn)定性。表2.1 磷酸鹽的-h磷酸鹽h磷酸鹽h磷酸鹽h3feop2o53184603mnop2o53243srop2o58283mgop2o54813caop2o56783baop2o5975在煉鋼的熔渣制度下，feo和cao是生成穩(wěn)定磷酸鹽的最主要的氧化物。氧化鐵的脫磷反應(yīng)為: 2p+8(feo)= 3feop2o5(s)+5fe25 或 2p+8o+3fe=3 feop2o5(s) 但是，磷酸鐵只能在較低的溫度(14001500)下才能穩(wěn)定存在。在溫度升高時，熔渣堿度提高，3feop2o5可轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3caop2o5(或4caop2o5)。所以脫磷主要是依靠磷酸鈣的形成。2.1.7脫磷的基本反應(yīng)(1) 分子理論的脫磷反應(yīng) 脫磷反應(yīng)是在鋼渣界面進(jìn)行的,按爐渣分子理論的觀點(diǎn),由下列反應(yīng)組成: 5(feo)=5o+5fe 2p+5o=(p2o5) (p2o5)+4(cao)=(4cao.p2o5) 2p+5(feo)+4(cao)=(4cao.p