高爐中磷的行為規(guī)律探討

1、高爐中磷的行為規(guī)律探討高爐中磷的行為規(guī)律探討內(nèi)蒙古科技大學(xué)內(nèi)蒙古科技大學(xué)羅果萍（教授）羅果萍（教授）2015.03一一. 高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析二二. 影響鐵水磷含量的因素影響鐵水磷含量的因素三三. 降低鐵水磷含量的措施降低鐵水磷含量的措施四四. 煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律五五. 冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性 講講 座座 提提 綱綱一一.高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析nT 95010002（3FeO P2O5 8H2O）+16 CO = 3Fe2P + P +16 CO

2、2 +16H2 nT 95010002 （3FeO P2O5 8H2O）+16 C = 3Fe2P + P +16 CO2 +16H2OnT 1500 （3CaO P2O5）+ 5 C = 3(CaO) + 2P +5CO n當(dāng)有SiO2存在時，可促進3CaO P2O5 的還原： T 12002（3CaO P2O5）+3（SiO2）+10 C = 3（2CaO SiO2）+4P +10CO一一.高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析一一. .高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析高爐內(nèi)存在有利于P還原的條件： SiO2的存在，促進了P的還原。 從3CaO P

3、2O5中置換出的P2O5易于揮發(fā)（300升華），與C相遇而被還原。 P可與Fe結(jié)合成穩(wěn)定的化合物Fe2P、Fe3P。高爐內(nèi)的強還原氣氛，利于P的還原。一一. .高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析還原產(chǎn)物容易氣化揮發(fā)，形成P2(g)和P4(g)，循環(huán)富集，造成鐵水磷含量增加。長期冶煉實踐表明，低磷礦石冶煉爐料中的P幾乎全部還原進入生鐵，因此必須控制爐料的含P量，才能控制生鐵的含P量。只有采用磷含量較高的礦石冶煉中高磷生鐵時，才會有5%15%的磷進入爐渣。二二. 影響鐵水磷含量的因素影響鐵水磷含量的因素對于磷含量較低的普通礦石，高爐冶煉過程中磷幾乎全部還原進入生鐵，礦石磷含量

4、升高是鐵水磷含量升高的主要原因。但對于冶煉磷含量較高的礦石，其它因素也會對鐵水磷含量造成影響。高爐爐缸溫度對鐵水含磷量的影響：磷還原為吸熱反應(yīng)，爐缸溫度高，熱量充沛，有利于磷的還原。爐缸溫度對鐵水磷含量的影響爐缸溫度對鐵水磷含量的影響 COPCOP5 2 5)(52874開始TmolJTG/89.7356428320COPCOP5 2 5)(52/mol25.1601589700JTG719開始TCOFeCFeO)(COSiCSiO22)(2/mol16.3915915750JTGCOSiCSiO2 2)(2/mol16.3915915750JTG1239開始TmolJTG/07.8596 .

5、16264380COPCaOCOPCaO5 2)(3 5)3(521620開始T爐缸溫度對鐵水磷含量的影響爐缸溫度對鐵水磷含量的影響爐缸溫度對鐵水磷含量的影響爐缸溫度對鐵水磷含量的影響還原1kg鐵耗熱量為649Kcal，耗碳0.1kg；還原1kg硅耗熱量為5360Kcal，耗碳0.86kg；還原1kg磷耗熱量為6275Kcal，耗碳0.97kg；還原1kg硅耗熱量約相當(dāng)于還原8kg鐵；還原1kg磷耗熱量約相當(dāng)于還原10kg鐵；磷屬于難還原的元素，在高爐里主要以直接還原的方式進行還原；爐缸溫度的提高可促進磷的還原，使鐵水含磷量升高；在爐料磷含量較高的情況下，鐵水磷含量會隨著硅含量同步升高。SiO

6、2對鐵水磷含量的影響 高爐中有大量的SiO2存在，提高了P2O5的活度，促進了磷的還原。使得每還原出1kg磷耗熱量降低為5471Kcal，即降低了804Kcal，對 應(yīng)還原消耗碳量減少了0.12 kg。SiO2對鐵水磷含量的影響COPSiOCaOCSiOOPCaO10 4)2(310)(3)3(22252molJTG/2 .18637 .283572801249開始Tu當(dāng)高爐爐溫高時，焦比或燃料比也高，焦炭燃燒后灰分增多，渣中（SiO2）含量升高，爐渣堿度降低，鐵水Si升高，會使鐵水磷含量升高。u高爐排堿期，爐渣堿度降低，渣中（SiO2）含量升高，使鐵水硫、磷含量均升高。鐵水鐵水SiSi含量含

7、量 對P含量的影響 molJTG/5 .1874 .907020211開始T鐵水Si含量升高，會促進磷的還原和氣態(tài)磷的循環(huán)富集：2（3CaO P2O5）+ 5Si = 6（CaO）+5( SiO2）+2P2(g) 當(dāng)鐵水硅含量較高時，磷還原溫度呈現(xiàn)降低趨勢，并極易形成氣態(tài)磷揮發(fā)，造成磷在高爐內(nèi)的循環(huán)富集。氣態(tài)P2O5、P2和P4對鐵水磷含量的影響從3CaO P2O5中置換出的P2O5可在300發(fā)生氣化，在爐內(nèi)循環(huán)富集，也會使單位生鐵的磷負荷增大，鐵水磷含量升高。還原形成磷蒸氣時，即P2(g)和P4(g)，磷還原反應(yīng)的 進一步降低，開始溫度也進一步降低，磷在高爐內(nèi)的循環(huán)富集加重。0G形成不同形態(tài)

8、還原產(chǎn)物的反應(yīng)開始溫度形成不同形態(tài)還原產(chǎn)物的反應(yīng)開始溫度三三. . 降低鐵水磷含量的措施降低鐵水磷含量的措施使用低磷、低硅高品位礦石并保持礦石成分的穩(wěn)定性。礦石成分波使用低磷、低硅高品位礦石并保持礦石成分的穩(wěn)定性。礦石成分波動會造成磷在高爐內(nèi)的循環(huán)富集，導(dǎo)致隨著爐溫升高和鐵水硅含量的動會造成磷在高爐內(nèi)的循環(huán)富集，導(dǎo)致隨著爐溫升高和鐵水硅含量的增大，鐵水磷含量也升高。增大，鐵水磷含量也升高。保持高爐焦比、煤比和燃料比穩(wěn)定，以及燃料化學(xué)成分的穩(wěn)定，是保持高爐焦比、煤比和燃料比穩(wěn)定，以及燃料化學(xué)成分的穩(wěn)定，是確保爐渣堿度和（確保爐渣堿度和（SiOSiO2 2）含量穩(wěn)定的前提，否則隨著燃料比增大和燃）

9、含量穩(wěn)定的前提，否則隨著燃料比增大和燃料灰分的升高，爐渣（料灰分的升高，爐渣（SiOSiO2 2）含量升高，促進磷的還原及磷蒸氣的循）含量升高，促進磷的還原及磷蒸氣的循環(huán)富集，使鐵水磷含量升高。環(huán)富集，使鐵水磷含量升高。保持高爐溫度分布的穩(wěn)定性，特別是爐缸溫度的穩(wěn)定性，是減少磷保持高爐溫度分布的穩(wěn)定性，特別是爐缸溫度的穩(wěn)定性，是減少磷在爐內(nèi)循環(huán)富集和降低鐵水磷含量的有效措施。在爐內(nèi)循環(huán)富集和降低鐵水磷含量的有效措施。保持鐵水成分的穩(wěn)定性，特別是保持鐵水成分的穩(wěn)定性，特別是SiSi含量的穩(wěn)定，是抑制磷蒸氣產(chǎn)含量的穩(wěn)定，是抑制磷蒸氣產(chǎn)生和循環(huán)富集的措施。生和循環(huán)富集的措施。四四. . 煉磷高爐中磷

10、的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律高爐煉磷是利用高溫的碳從磷鐵礦中還原出元素磷的過程，其產(chǎn)品為磷蒸汽，進一步處理后得到黃磷，副產(chǎn)品是磷鐵。入爐磷除變成產(chǎn)品外 ，還可存在于渣中、磷鐵及揮發(fā)物中。隨著礦石磷含量的升高，70%以上的磷氣化揮發(fā)，入渣磷量升高，入渣和鐵的比例相當(dāng)。 8M8M3 3煉磷高爐中磷的分配煉磷高爐中磷的分配 四四. . 煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律入爐磷按氣化揮發(fā)、入渣和入鐵三個走向排出，則高爐 渣中P2O5含量和磷的還原率及揮發(fā)率具有某種規(guī)律。磷的還原率定義為：入爐磷渣中磷入爐磷渣中磷入爐磷1還原率R=（即氣化與入鐵均為還原）渣中磷=渣量( P

11、2O5) 6 2 /1 4 2通過對0.77M3和8M3高爐實驗數(shù)據(jù)的分析整理發(fā)現(xiàn):磷的還原率只與渣磷的還原率只與渣中中( P 2O5) 含量呈顯式函數(shù)關(guān)系，而與高爐形狀、原料成份和操作條件含量呈顯式函數(shù)關(guān)系，而與高爐形狀、原料成份和操作條件無直接關(guān)聯(lián)。無直接關(guān)聯(lián)。四四. . 煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律通過回歸分析，得到磷還原率的經(jīng)驗公式： )12. 8 ,18. 2(),04852. 0exp(8 .101XpXpR磷還原率實驗與計算結(jié)果磷還原率實驗與計算結(jié)果 四四. . 煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律磷的入鐵率定義為：入爐磷量入磷鐵的磷量入鐵

12、率RP實驗發(fā)現(xiàn)還原率一定時，磷入鐵率實驗發(fā)現(xiàn)還原率一定時，磷入鐵率 ( R P )與冶煉強度與冶煉強度 ( I )和鼓風(fēng)溫度和鼓風(fēng)溫度 ( T b)有關(guān)：有關(guān)：1000210bTAIAARP)1086,370()56. 4 ,41. 1 (bTI對于0.77M3高爐： 80.130449. 024.15210AAA對于8M3高爐： 128. 40151. 036.16210AAA四四. . 煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律將隨氣體從爐頂排出爐外的磷定義為揮發(fā)磷： RPRRV磷入鐵率磷還原率入爐磷量入煤氣的磷量磷揮發(fā)率將還原率R與入鐵率RP的計算式代入可得揮發(fā)率RV的計算式：

13、)04852. 0exp(8 .101XpRV)1000(210bTAIAA四四. . 煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律磷揮發(fā)率實驗與計算結(jié)果磷揮發(fā)率實驗與計算結(jié)果四四. . 煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律RVRVRnP生產(chǎn)1mol磷進入生鐵中磷的mol數(shù)：RVRVRnP 磷鐵礦高爐冶煉特征：隨著礦石磷含量的升高，磷在高爐中的氣化揮發(fā)率顯著增大，其揮發(fā)率一般在60%以上，進入爐渣的磷量也相應(yīng)增多，磷的還原率降低，磷進入鐵水的比例減少，磷在高爐中的分配發(fā)生了顯著變化。隨著渣中( P2O5) 含量的升高，磷的還原率降低，進入鐵水和氣化揮發(fā)的磷量均減少，但還

14、原率對磷的入鐵率影響更大，即通過提高爐渣堿度、增大渣量以增加爐渣吸收磷的能力，可有效降低鐵水磷含量。隨著礦石磷含量的升高，磷在高爐內(nèi)的循環(huán)富集加重，穩(wěn)定原料、操作和爐況對于抑制磷的循環(huán)富集、降低鐵水磷含量具有重要意義。四四. . 煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律五五. .冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性 高爐中硅的還原是一個由固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)組成的復(fù)合過程。在滴落帶中渣鐵穿過焦炭層時發(fā)生了下列化學(xué)反應(yīng)：在風(fēng)口平面：SiO2SiOgSi SiO2SiOgSiCsSi在風(fēng)口平面以下的滴落帶：（SiO2）Si在鐵滴穿過渣層：Si+2（FeO）=

15、2Fe+（SiO2）在出鐵口：（SiO2）+2C= Si+2CO 五五. .冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性冶煉普通生鐵時，可以看到硅在鐵中含量與風(fēng)口區(qū)理論 燃燒溫度之間密切的線性關(guān)系。根據(jù)耶那基耶沃冶金廠 的情況，得出下列回歸方程式： TSi/107 . 98911. 4lg3風(fēng)口區(qū)焦炭的理論燃燒溫度對含磷鐵中硅含量的影響 特征： TSi/10232. 31826. 1lg3（生鐵中P=1.18% ）五五. .冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性 相關(guān)文獻研究表明：硅在含磷生鐵中的含量與風(fēng)口區(qū)理論燃燒溫度之間的相互關(guān)系，在

16、統(tǒng)計上并不十分顯著。鐵水中的磷使風(fēng)口區(qū)理論燃燒溫度對鐵水Si含量的影響減小。對于某冶煉含磷生鐵的高爐，理論燃燒溫度T=2000時，鐵水含硅 量的統(tǒng)計分析結(jié)果為0.34%，但該高爐冶煉普通生鐵時，理論燃燒溫 度相同的情況下其鐵水Si含量可達1%以上。在風(fēng)口區(qū)焦炭的理論燃燒溫度變化相等時，普通生鐵中Si含量變化 要比含磷生鐵的Si含量變化大一倍。含磷生鐵含磷生鐵Si含量的較小變化代表了高爐溫度及熱狀態(tài)的較大變化。含量的較小變化代表了高爐溫度及熱狀態(tài)的較大變化。五五. .冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性磷是表面活性元素，容易被吸附在液態(tài)金屬的表面上?？ɡ蛇_冶金 廠生產(chǎn)含磷生鐵，當(dāng)鐵水磷含量為0.4%時在鐵水表面具有最大吸