高磷鐵水脫磷工藝研究

1、高磷鐵水脫磷工藝研究 分類號(hào)_ 密級(jí)_ UDC _ 學(xué)號(hào)_（鋼鐵）冶金實(shí)驗(yàn)與研究方法（論文）論文題目高磷鐵水脫磷工藝研究學(xué)生姓名王永超學(xué) 號(hào)2013000694所 在 院 系材料學(xué)院冶金工程系專 業(yè) 班 級(jí)冶金1302班導(dǎo)師姓名職稱王社斌教授完成日期2015.12.252015年12月25日 6 / 8 目錄一、引言3二、高磷鐵礦脫磷31.選礦法脫磷32.化學(xué)脫磷法4三、高磷鐵水脫磷41、還原脫磷42、氧化脫磷5四、脫磷渣劑中替代CaF2必要性5五、Na2O對(duì)脫磷的影響6六、研究高磷鐵水深度脫磷的意義:6七、實(shí)驗(yàn)材料及方法71.原材料72.實(shí)驗(yàn)設(shè)備73.試驗(yàn)方法7八、結(jié)論8高磷鐵水脫磷工藝研究

2、一、引言隨著冶金和材料工業(yè)的發(fā)展,對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的性能要求日趨嚴(yán)格,其中磷元素是鋼鐵內(nèi)主要的有害元素之一,進(jìn)而要求對(duì)鐵水中的磷元素進(jìn)行有效的脫除。我國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度高(需求量大、價(jià)格高),同時(shí)隨著長(zhǎng)期對(duì)低磷鐵礦的開發(fā)和利用,其儲(chǔ)量逐漸減少,而占全國(guó)鐵礦總儲(chǔ)量14.68%,總量達(dá)+4.5億噸的高磷鐵礦,特別是我國(guó)西南地區(qū)豐富的高磷釩鈦磁鐵礦及其它種類的高磷鐵礦卻沒有達(dá)到很好的應(yīng)用,究其原因是高爐內(nèi)幾乎所有的磷都進(jìn)入鐵水,而對(duì)高磷鐵水脫磷的經(jīng)濟(jì)實(shí)用技術(shù)也缺乏,因而對(duì)復(fù)雜鐵資源的高磷鐵水脫磷的技術(shù)研究就顯得迫在眉睫。本論文以提釩后的半鋼,含磷0.3%、碳3.9%的鐵水為待脫磷鐵水,以-200目的化學(xué)純

3、Si02、CaO、Fe203、Na2C03、CaF2和A1203為渣劑原料,主要研究了不同助熔劑下脫磷效果的比較、加渣不同對(duì)脫磷的影響(一次加渣和兩次加渣)和脫磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件。熱力學(xué)分析表明,高堿度、高氧化性和低溫有利于鐵水中磷的脫除;CaO是最合適的堿性氧化物。鐵水脫磷工藝中,渣劑分兩次加入的脫磷效果優(yōu)于一次加入的效果。目前世界上很多鐵礦石含磷都在0.08%以上,超過了鋼鐵冶煉的標(biāo)準(zhǔn)要求。鐵礦石中的磷元素有兩種存在狀態(tài),一是存在于脈石中,二是存在于鐵氧化物的晶格結(jié)構(gòu)中。二、高磷鐵礦脫磷1.選礦法脫磷選礦法脫磷的首要條件是把礦石粉碎細(xì)磨至鐵礦物與磷礦物完全解離,再通過濕式磁選或干式磁選進(jìn)行有

4、效分離。紀(jì)軍等人對(duì)寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦石進(jìn)行了分散-選擇性聚團(tuán)脫泥-反浮選脫磷工藝的試驗(yàn)研究,取得了相當(dāng)?shù)男Ч?。我?guó)高磷鐵礦石礦物的特點(diǎn)是礦石組成復(fù)雜,磷礦物嵌布粒度較細(xì),因此采用選礦方法脫磷存在諸多不足:一是磷脫出率低;二是較低的粒度要求,增加了球磨機(jī)的處理周期,大幅度的增加了磨礦成本;三是鐵元素?fù)p失大。因此,利用該傳統(tǒng)的方法來處理此類高磷鐵礦石具有明顯的弊端。2.化學(xué)脫磷法化學(xué)法脫磷主要是以硫酸、鹽酸或硝酸等對(duì)礦石進(jìn)行酸浸脫磷。該方法只要求礦石中的磷礦物暴露出來,能與浸出液接觸就好,而不要求其完全解離成單體,是一種較為經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。化學(xué)法脫磷的通病是耗酸量大,處理成本高,容易導(dǎo)致礦石中可

5、溶性鐵礦物溶解,造成鐵的無謂損失。3.微生物法脫磷磷酸鹽類物質(zhì)在一定的環(huán)境下,能被許多微生物高效利用和消耗。因此可利用該原理,對(duì)一定的含磷鐵礦物進(jìn)行類似處理,達(dá)到脫磷的目的。可以很好的去除鐵礦石中的磷與化學(xué)法相比,生物法是一種無污染、成本低且高效的脫磷技術(shù)。三、高磷鐵水脫磷1.還原脫磷鋼液中的P除在氧化條件下能形成溶解于堿性澄中的磷酸鹽外,也能在高度還原條件下,還原形成溶解于澄中的磷化物。常用的還原脫磷劑主要是Ca,作為鈣合金的常是CaC2、CaSi。CaC2反應(yīng)產(chǎn)生的C能影響CaO2的分解速率。wC低時(shí)(<0.5%),CaCs的分解很快,Ca的揮發(fā)損失比例大,但WC高時(shí)(>1.0

6、%), CaC2的分解又較慢。分解出的碳對(duì)金屬也有增碳的作用,對(duì)不銹鋼的冶煉也有些不利。CaSi反應(yīng)分解出的Si達(dá)到最高值后,基本保持不變,它能提高p,所以有利于還原脫磷。但分解出的Ca也可與C結(jié)合,消耗用于脫憐的Ca.脫憐劑內(nèi)均加入有CaF2,起著重要的脫磷作用。它能溶解Ca及CaC2,降低鈣的蒸汽壓,減少鈣的損失;能降低使反應(yīng)更易向右進(jìn)行;促進(jìn)CaC2的分解。目前還原脫磷在生產(chǎn)上尚未得到推廣,主要是技術(shù)上還存在著不少問題,而爐渣的處理也是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)。因?yàn)闋t渣中的Ca3P2與空氣中的水汽作用后,會(huì)放出有劇毒的PH3氣體。2.氧化脫磷氧化法脫磷首先是利用氧化劑使鐵水中的P氧化生成P2O5,

7、隨后與加入的能降低P2O5活度系數(shù)的脫磷劑,結(jié)合造渣形成穩(wěn)定的復(fù)合化合物,從而存在于融熔爐渣中。在電弧爐煉鋼工藝中,磷元素被氧化的同時(shí),金屬溶體中的易氧化的有價(jià)元素也會(huì)受到氧化而損失,因此,在處理這類金屬溶體時(shí),存在著去磷及保護(hù)合金元素不被氧化的問題。在鐵水脫磷的過程工藝中個(gè),對(duì)脫磷效果的影響因素很多,一是脫磷渣劑的氧化性,二是脫磷渣劑的堿度,三是鐵水中各雜質(zhì)的成分。四、脫磷渣劑中替代CaF2必要性對(duì)于中高磷鐵水脫磷研究,當(dāng)磷含量大于0.15%時(shí),其冶煉后的脫磷爐渣含有P2O5的量遠(yuǎn)高于普通脫磷爐渣。根據(jù)脫磷渣中磷元素含量高的特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)鋼渣的合理利用,部分鋼鐵企業(yè)將其處理后作為磷肥使用,從而

8、實(shí)現(xiàn)高磷爐渣的資源化利用。高磷鐵水脫磷時(shí)為有更高的脫磷率,必須保證具有良好的動(dòng)力學(xué)條件,熱力學(xué)分析出鐵水脫磷的最適宜溫度為135度左右,所以選用的渣系必須能在135度左右較好地熔化。對(duì)磷含量達(dá)到0.30%0.50%或含磷量更高的鐵水,為減少鐵水溫度下降帶來的影響和節(jié)約預(yù)處理成本,對(duì)所選擇的脫磷渣系的溶化性能提出了更高的要求。鐵水脫磷處理工藝中的鈣基脫磷劑,一般采用CaF2和CaCl2作助溶劑。單獨(dú)使用CaCl2時(shí)的脫磷效果比單獨(dú)使用CaF2的效果要好。CaClz與CaFz聯(lián)合使用時(shí),助溶效果極好。但是CaF2或CaCl2添加在熱力學(xué)上對(duì)脫磷是不利的,因?yàn)镃aF2或CaCl2提高了渣中P2O5的

9、活度,進(jìn)而降低了渣系的脫磷能力。但CaCl2容易潮解,潮解后其不僅失去助溶能力,還釋放出有毒的氯氣,從而限制了 CaCl在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。而對(duì)于CaF2原料,雖然用途比較廣泛,脫磷效果優(yōu)良,但過度的開發(fā)利用致使CaF2資源越來越貧乏,價(jià)格變得昂貴。同時(shí)氟元素在高溫下容易與Si02和H2O反應(yīng)生成SiF4或HF揮發(fā)性氣體,危害人體健康。另外,用CaFa進(jìn)行脫磷產(chǎn)生的爐渣會(huì)對(duì)爐襯產(chǎn)生一定的腐燭性,長(zhǎng)期使用會(huì)破壞爐子的壽命,且爐渣中的氟化物對(duì)水資源和土壤資源均有污染。磷元素也極易與氟元素結(jié)合生成氟磷灰石Ca5(P04)3F,且爐渣中CaF2含量較大時(shí),脫磷渣的枸溶率會(huì)降低,當(dāng)CaFz的含量大于1%

10、時(shí),脫磷渣的枸溶率即會(huì)降到50%以下所以,近年來,很多冶金工作者開始致力于釆用低氟或者無氟脫磷澄進(jìn)行脫磷的研究。用Na20、AI2O3、Li2O、K2O、BaO、MnO、MgO、B2O3等各種氧化物作助溶劑替代CaF2的研究均有報(bào)道。五、Na2O對(duì)脫磷的影響用Na20和AI2O3作無氟脫磷助熔劑時(shí),均可使溶劑熔點(diǎn)降至120度以下,從而達(dá)到高磷鐵水轉(zhuǎn)爐脫磷溫度的要求。從脫磷動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)兩方面來分析,加入助溶劑渣Na2O都有利于鐵水中磷的除去,提高了脫磷率。一是因?yàn)镹a2O比CaO堿性強(qiáng),本身具有極強(qiáng)的脫磷能力(用模擬計(jì)算出,該類渣系能將原始磷含量1.3%的鐵水磷含量降到0.1%以下);二是Na

11、2O能生成溶點(diǎn)低的物相,改善爐渣流動(dòng)性。對(duì)于蘇打系脫磷熔劑,Na2C03在脫磷反應(yīng)中起到氧化劑和造渣劑的雙重作用,溶渣不僅溶點(diǎn)低,且形成的脫磷渣流動(dòng)性好,單獨(dú)使用能有效的提高脫磷率。把Na2C03加入鐵水中,還可同時(shí)脫硫,是鐵水脫磷最適合的助溶劑。六、研究高磷鐵水深度脫磷的意義:1.經(jīng)濟(jì)地開發(fā)利用高磷鐵礦石,使高磷鐵礦石資源得到充分利用;2.冶煉各類超低磷鋼鐵,突破高端鋼材的生產(chǎn)瓶頸;3.降低國(guó)內(nèi)對(duì)進(jìn)口鐵礦石的依賴,緩減鐵礦石進(jìn)口的緊張局面;4.減輕對(duì)鐵礦石預(yù)脫磷的負(fù)荷和成本;5.降低鐵水預(yù)處理所帶來的環(huán)境負(fù)荷,有利于生態(tài)環(huán)境良好運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處,并可考慮爐渣作為基礎(chǔ)磷肥綜合使用；6

12、.為后續(xù)處理更高磷含量鐵水作指導(dǎo),并對(duì)企業(yè)處理高磷鐵水起到借鑒的意義。研究了不同助溶劑下脫磷效果的比較、加渣不同對(duì)脫磷的影響(一次加渣和兩次加渣)和脫磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件。七、實(shí)驗(yàn)材料及方法1.原材料高磷鐵水：某鋼廠高磷鐵水渣系配料：Si02、CaO、FezOs、NazCC、CaFz 和 AI2O3 均為化學(xué)純,-200目。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備管式電阻爐，分析天平，磨球機(jī)，MgO坩堝3.試驗(yàn)方法本課題先依次研究密系堿度、Fe203含量和溫度與鐵水脫憐效率的關(guān)系,再研究不同配方助溶劑與脫憐效果的關(guān)系,確定出較佳的高磷鐵水脫憐漁劑組分,最后對(duì)該工藝過程的動(dòng)力學(xué)條件進(jìn)行分析。鐵水脫磷質(zhì)量指標(biāo):終點(diǎn)%Pt含量,脫憐率T1P,終點(diǎn)C含量。同時(shí)測(cè)定了鐵水中Si、Mn、S。Np=(%P0-%Pt)/ %P0式中%Po是鐵水脫憐前憐濃度,%Pt是鐵水脫憐終點(diǎn)憐濃度。鐵水中各元素的測(cè)定方法:1、P: 二氯化錫還原一憐鉬藍(lán)光度法。2、C、S:紅外碳硫分析儀。3、Si:亞鐵還原一桂鉬藍(lán)光度法。