用預(yù)熔渣對(duì)鐵水脫磷的試驗(yàn)

1、用預(yù)熔渣對(duì)鐵水脫磷的試驗(yàn)基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50374002）作者簡(jiǎn)介：周.云（1972-）,男（漢族）,安徽當(dāng)涂人，安徽工業(yè)大學(xué) 冶金工程與資源綜合利用省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，副教授，博士，從事冶金 新工藝與資源綜合利用的研究。用預(yù)熔渣對(duì)鐵水脫磷的試驗(yàn)研究周.云1 ,王.濤2 ,王世俊1 ,夏幸明2 ,王海川1 ,董兀篪1（1.安徽工業(yè)大學(xué)安徽馬鞍山243002; 2.寶山鋼鐵股份公司技術(shù)中 心，上海201900）摘.要：以鐵水和脫磷粉劑為研究體系，應(yīng)用CaO.Fe2O3.CaF2渣系的脫磷粉劑和其預(yù)熔渣對(duì)鐵水脫磷，研究結(jié)果表明，用A12O3和白云石部分替代螢瓦預(yù)熔后的脫磷 渣都比未預(yù)熔渣

2、的脫磷速度快，且二者的處理過(guò)程結(jié)果基本相似,脫磷粉劑經(jīng)過(guò)預(yù)熔處理，成渣迅速，預(yù) 處理時(shí)間縮短，溫降小，脫磷率高。關(guān)鍵詞：預(yù)熔渣；鐵水；脫磷中圖分類號(hào)：TF702 .文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A .文章編號(hào)：1002.1043（ 2005）Experimental Study on Hot Metal Dephosphorization with PremeltedSlagZHOU Yun1 , WANG T ao2 , WANG Shi.jun1 , XIA Xing.ming 2 ,WANG Hai.chuan1 , DONG Yuan.,chi1(1. Anhui U niv ersity o f Te

3、chnolog y, Maanshan 243002 China;2. Technolog y Center of Baoshan Iro n and Steel Co rp. , Shanghai 201900 China)Abstract: T he pr esent paper studies the ho t metal dephosphorizat io n using the CaO.Fe2O3.CaF2 slag series and it s pr emelted slag as depho spho rizer .Result s indicate that bysubst

4、itut ion of the f luor ite w ith Al2 O3 and do lomite the dephosphor izing rate of thepremelted slag is higher than the non.premelted one and the dephosphorizat ion processand r esult s are similar for bo th of them. It s concluded that the premelted dephosphori.zing pow der has the adv antag es of

5、quick slag fo rmat io n, short pret reatment t ime, low temperatur e dro p and hig h depho spho rizatio n rate.Key words: premelted slag; hot metal; dephosphorizat ion.鋼鐵冶金技術(shù)發(fā)展至今，鐵水預(yù)處理(脫硅、脫磷、脫硫）已是鋼鐵冶金整個(gè)工藝過(guò)程中的一個(gè) 重要環(huán)節(jié)。近20年來(lái)，近海石油開采、汽車工業(yè) 發(fā)展、大型高層建筑、航海、航天以及軍工，都對(duì)鋼 材的性能要求越來(lái)越高，美國(guó)、日本等一些冶金技 術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家，大力發(fā)展了鐵水預(yù)處理

6、。如 日本，許多鋼鐵廠已做到鐵水100 %預(yù)脫硫、 80 %以上預(yù)脫磷。鐵水三脫預(yù)處理促進(jìn)了煉鋼 技術(shù)的新發(fā)展，其作用主要在減少煉鋼渣量，使轉(zhuǎn) 爐冶煉合理化；增加超低磷超低硫鋼等高附加值 鋼材的生產(chǎn)，以滿足鋼材.質(zhì)重于量的需要；減輕 轉(zhuǎn)爐負(fù)荷，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的靈活性。鐵水預(yù)處理 系統(tǒng)對(duì)整個(gè)鋼鐵企業(yè)資源和能量的合理利用有一 定的戰(zhàn)略意義，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益較大1 4。寶山 鋼鐵股份公司（以下簡(jiǎn)稱寶鋼）目前正在使用的鐵水脫磷粉劑主要是CaO.Fe2O3.CaF2系脫磷劑, 其脫磷率比較高。但脫磷劑在使用中也暴露出一 些不足之處，如脫磷劑中的CaF2含量較高，對(duì)混 鐵車內(nèi)襯有不同程度的侵蝕作用，對(duì)環(huán)境也有

7、污 染；三脫處理粉劑消耗比較高，處理時(shí)間長(zhǎng)，鐵水 溫降過(guò)大。由于寶鋼鐵水預(yù)處理脫磷劑的主要組 成(wB )為 40 % CaO.52 % Fe2O3.8 % CaF2 ,在 鐵水預(yù)處理過(guò)程中，鐵水的溫降比較大，根據(jù) 2001年8月份寶鋼二煉鋼鐵水三脫預(yù)處理生產(chǎn) 數(shù)據(jù)，鐵水預(yù)處理前平均溫度1 375 ! ( 1 4151 315 !),預(yù)處理脫磷、脫硫以后平均溫度下降. 33 .2005 年.10 月第21卷第5期煉. 鋼Steelmaking.Oct . 2005Vol. 21 . No. 5至 1 264 ! ( 1 304 1 211 !),平均下降 110. 6 !,最大降溫153 !,

8、最小降溫也達(dá)到75 !。如此高的鐵水溫降帶走了大量的鐵水物 理熱，對(duì)煉鋼生產(chǎn)帶來(lái)了很大的影響，如何在鐵水 預(yù)處理過(guò)程中盡可能地減小預(yù)處理溫降，對(duì)優(yōu)化 鐵水預(yù)處理工藝具有重要作用。本工作研究使用 預(yù)熔渣進(jìn)行鐵水脫磷，旨在有效地降低鐵水預(yù)處 理過(guò)程的鐵水的溫降5, 6。1.實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)在功率為10 kW的硅鉬棒爐內(nèi)進(jìn)行，DWT - 702溫度控制儀控溫，溫度誤差# 2 !,實(shí) 驗(yàn)時(shí)爐內(nèi)通氮?dú)獗Ｗo(hù)，將生鐵放入外套石墨坩堝 保護(hù)的剛玉坩堝中熔化至實(shí)驗(yàn)溫度，用石英管取 金屬樣分析鐵水成分，實(shí)驗(yàn)溫度為1 350 !,實(shí)驗(yàn) 生鐵原料成分見表1。表1.脫硅預(yù)處理后鐵水中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)C Si Mn P S4

9、. 15 0. 05 0. 18 0. 073 0. 022.試驗(yàn)首先研究以石灰石、燒結(jié)礦、螢石為原料 的預(yù)熔渣的預(yù)熔工藝。第1種預(yù)熔渣的預(yù)熔步驟：將石灰石（粒度5 10mm）、燒結(jié)礦、螢石3種原料約250 g按不同 比例混合后，一起裝入.50 mm . 80 mm的剛玉 坩堝后放入電阻爐內(nèi)，將爐溫升到1 200 250 !,恒溫1 h,使石灰石完全分解，爐料熔 化。由于石灰石的分解速度慢于爐料的熔化速 度，在石灰石尚未完全分解前，爐料就已經(jīng)熔化， 石灰石分解產(chǎn)生的CO2氣體從熔化的渣料中逸 出過(guò)程中產(chǎn)生大量泡沫渣，使熔渣逸出。第2種預(yù)熔渣的預(yù)熔步驟：根據(jù)石灰石的分解溫度約為900- 950

10、!,首先將石灰石單獨(dú)裝進(jìn)坩堝 后放入爐內(nèi)，控制爐內(nèi)溫度在950 !下1 h,使石灰石 在該溫度下完全分解，直至沒(méi)有氣體逸出為止；然后 將其余兩種按比例混合好的渣料放入爐內(nèi)，再緩慢 升溫至1 200- 1 250 !,使渣料完全熔化。第2種預(yù)熔工藝的渣料熔化過(guò)程比較平穩(wěn)， 沒(méi)有大量熔渣逸出現(xiàn)象，所得到的預(yù)熔渣冷卻后 內(nèi)部組織均勻，沒(méi)有未分解的石灰石顆粒。因此，本試驗(yàn)預(yù)熔渣的預(yù)熔過(guò)程按第2種預(yù) 熔工藝進(jìn)行。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析2. 1 .預(yù)熔渣的脫磷效果預(yù)熔渣中氧化劑分別選擇w （燒結(jié)礦、軋鋼皮、精礦粉）,配入比例均為52 %, w （石灰）為40 %、w （螢石）為8 %,預(yù)熔工藝同前。鐵水初始w

11、 （ P） = 0. 073 %, w （ S ） = 0. 022 % , m（渣）%m（鐵）=1%10。試驗(yàn)結(jié)果見表2。從上述試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,3種氧化劑的脫磷率都很高，最高脫磷率達(dá)到95. 89 %,終點(diǎn)w ( P) 最低達(dá)0. 003 %,最高為0. 011 %。采用組成相同的燒結(jié)礦作氧化劑的未預(yù)熔脫 磷渣的脫磷效果(見表3)與預(yù)熔渣的效果基本一 致，說(shuō)明預(yù)熔渣可以達(dá)到噴吹脫磷粉劑相同的脫 磷效果。預(yù)熔渣同時(shí)也具有一定的脫硫能力。2. 2 .預(yù)熔渣脫磷處理速度試驗(yàn)根據(jù)前面試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)熔渣的脫磷效果與未預(yù)熔渣處理效果接近，為了進(jìn)一步考察預(yù)熔渣在 鐵水預(yù)處理過(guò)程中的成渣速度與未預(yù)熔渣成渣速 度

12、的快慢，試驗(yàn)研究了 40 %石灰.52 %燒結(jié)礦.8 %螢石渣系以A12O3或白云石分別替代3 %螢 石(以上為質(zhì)量分?jǐn)?shù)),并按預(yù)熔渣和未預(yù)熔渣進(jìn) 行脫磷處理的效果。表2.不同氧化劑預(yù)熔渣脫磷試驗(yàn)結(jié)果(T= 1 623 K) 序號(hào)氧化劑w( S ) /%處理前處理后.p/ %w ( S ) / %處理前處理后.s / % TOC o 1-5 h z 精礦粉0.073 0.011 84.9 0. 0220. 01531. 8燒結(jié)礦0.073 0.006 91.8 0. 0220. 01627. 3軋鋼皮0.073 0.003 95.9 0. 0220. 01536. 4表3.石灰.燒結(jié)礦.螢石渣

13、系的脫磷試驗(yàn)結(jié)果(1 623 K, m(渣)m(鐵)=8%100)w (螢石)/% w (燒結(jié)礦)/% w ( P o ) /% w ( P f ) / % .p /% w( S o ) / % w( S f ) /% .s / %8 52 0. 073 0. 007 90. 4 0. 024 0. 013 45. 8.34煉.鋼第21卷.試驗(yàn)過(guò)程中為了取樣，將脫磷渣分3批加入， 第1批脫磷渣加入鐵水中以后進(jìn)行攪拌，并根據(jù) 脫磷渣的起泡、熔化情況決定第1次取樣時(shí)間,2 min之后取第2次試樣，然后加入第2批和第3 批脫磷渣。根據(jù)試驗(yàn)觀察，未預(yù)熔渣脫磷渣加入 后一般在3 min以后熔化穩(wěn)定，而預(yù)

14、熔脫磷渣一 般在2. 5 min熔化就達(dá)到穩(wěn)定，因此未預(yù)熔渣脫磷 的第2次取樣時(shí)間為加渣后3 min,預(yù)熔渣脫磷 的第1次取樣時(shí)間為加渣后2. 5 min。不同預(yù)熔渣脫磷處理的試驗(yàn)結(jié)果見圖1。試驗(yàn)鐵水初始 w （ P ） = 0. 054 % , m（渣）%m（鐵）= 8%100。圖1 . A12O3或白云石部分替代螢石的預(yù)熔與未預(yù)熔渣的脫磷效果.從上述2種試驗(yàn)結(jié)果可以看出，無(wú)論是A12O3還是白云石部分替代螢石，預(yù)熔后的脫磷 渣都比未預(yù)熔渣的脫磷速度快，且二者的處理結(jié) 果基本相似，試驗(yàn)的脫磷率為77. 8 % 87. 0 %, 比未改變螢石配方脫磷劑的脫磷率84. 9 % 95. 9 %稍低

15、。經(jīng)過(guò)非線性擬合,4條脫磷曲線方 程如下。對(duì)Al2O3部分替代螢石的未預(yù)熔渣脫磷,%P=0. 053- 40.10- 4 t+ 40.10- 6 t 2。脫磷速度方程為：-d% Pdt =40.10- 4 - 80.10- 6 t對(duì)A12O3部分替代螢石的預(yù)熔渣脫磷,% P=0. 054- 66.10- 4 t+ 240.10- 6 t2 脫磷速度方程為：-d% Pdt=66.10- 4 - 480.10- 6 t對(duì)白云石部分替代螢石的未預(yù)熔渣脫磷,%P=0. 054- 34.10- 4 t+ 50.10- 6 t2 脫磷速度方程為：-d% Pdt=34.10- 4 - 10- 4 t對(duì)白云石

16、部分替代螢石的預(yù)熔渣脫磷,% P=0. 055- 74.10- 4 t+ 290.10- 6 t2 脫磷速度方程為：-d% Pdt =74.10- 4 - 580.10- 6 t因此，未預(yù)熔渣的脫磷速度基本穩(wěn)定，且兩種 替代劑的脫磷速度方程基本一致，但脫磷曲線始 終在預(yù)熔渣之上，而預(yù)熔渣的脫磷速度一開始比 較快，當(dāng)鐵水中w （ P） 15 . 10-6以后，脫磷速度變慢。預(yù)熔渣的脫磷速度較未預(yù)熔渣的脫磷速度 快的原因可能與預(yù)熔渣在預(yù)熔過(guò)程中已經(jīng)形成了 CaO與Fe2O3的化合物，這既加快了化渣速度， 又減少了成渣過(guò)程的熱損失，從而加快了脫磷速 度；而未經(jīng)過(guò)預(yù)熔的脫磷渣加入鐵水以后有一個(gè) 成渣過(guò)

17、程。圖2為預(yù)熔脫磷的粉末衍射圖譜，該預(yù)熔渣 中形成了鈣鐵石及少量鈣鐵氧化物，由于事先經(jīng) 過(guò)比較充分的熔化及化學(xué)反應(yīng)，形成熔點(diǎn)比較低 的化合物，因此使用該渣系進(jìn)行鐵水脫磷處理時(shí) 脫磷速度較未預(yù)熔渣的脫磷速度快，而脫磷能力 也比未預(yù)熔脫磷渣的脫磷能力強(qiáng)。根據(jù)上述3種不同氧化劑與石灰和螢石預(yù)熔的脫磷渣脫磷效果以及3種氧化劑的特點(diǎn)，推薦 使用燒結(jié)礦或軋鋼皮作預(yù)熔渣氧化劑，粉劑組成 為40 %石灰.52 %氧化劑（燒結(jié)礦或軋鋼皮）.5 %螢石.3 %替代劑（Al2 O3或白云石）（以上為 質(zhì)量分?jǐn)?shù)）,工業(yè)應(yīng)用時(shí)，可用高鋁磯士代替。3.結(jié).論預(yù)熔渣具有成渣速度快，脫磷率高，有效處理時(shí)間短等優(yōu)良特性；用白云

18、石和鋁磯土代替部分螢石，在處理效果和工藝上是行之有效的；脫磷劑預(yù)熔渣粉劑合理組成為:40 %石灰.52 %氧化劑(燒結(jié)礦或軋鋼皮).5 %螢石.3 %.35 .第5期周.云，等：用預(yù)熔渣對(duì)鐵水脫磷的試驗(yàn)研究.圖2 .預(yù)熔脫磷渣樣的粉末衍射圖譜替代劑(A 12 O3或白云石)(以上為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。參考文獻(xiàn).郭上型，董元篪，陳二保，等.CaO.SiO2.Fe2O3.MnO2.MgO.P2 O5系熔劑對(duì)鋼液脫磷、回磷的實(shí)驗(yàn)研究J.鋼鐵,2000,: 19.21.佟溥翹，劉.瀏，鄧開文，等.包鋼中磷鐵水預(yù)處理100 k g級(jí)熱模擬試驗(yàn)結(jié)果J.煉鋼,2000, ( 4) : 26. 29.王海川，張友平，

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20、4.結(jié).論所試驗(yàn)的中碳鋼合適的電磁攪拌電流為200 A;攪拌電流強(qiáng)度從200 A提高到500 A,白亮帶中最大負(fù)偏析度從0. 95增強(qiáng)到0. 85,白亮帶的寬度從6 mm增寬到9 mm,出現(xiàn)的位置離鑄坯表面15 mm 處基本不變；正偏析程度隨電磁攪拌強(qiáng)度的加大而增加，鑄坯中正偏析最嚴(yán)重的區(qū)域在柱狀晶與等軸晶交界處。電流強(qiáng)度過(guò)大，會(huì)在鑄坯中心出現(xiàn)負(fù)偏析的現(xiàn)象；(4)鑄坯對(duì)角線部位的碳偏析程度較橫向部 位小。參考文獻(xiàn).毛.斌.結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)是一系統(tǒng)工程A.現(xiàn)在連鑄 技術(shù)進(jìn)展第七屆全國(guó)連鑄學(xué)術(shù)年會(huì)論文集C , 2003. 271.276.陳紹勇，謝茂恩，沈.旭，等.結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)在特鋼上 的應(yīng)用A.現(xiàn)在連鑄技術(shù)進(jìn)展第七屆全國(guó)連鑄學(xué)術(shù)年會(huì)論文集C , 2003, 12: 291. 296.佐佐木寬太郎，杉谷泰夫，小林純夫，等.鰭墟.偏析帶形 成.及！.溶流勤.影警J .鐵#鋼,1979, 65 ( 1 ):65.67. Bridge M R, Rog