高爐中磷的行為規(guī)律探討

關(guān)于高爐中磷的行為規(guī)律探討第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日一.高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析T＜950~1000℃2（3FeO·P2O5·8H2O）+16CO=3Fe2P+P+16CO2+16H2

T＞950~1000℃2（3FeO·P2O5·8H2O）+16C=3Fe2P+P+16CO2+16H2O第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日T＞1500℃

（3CaO·P2O5）+5[C]=3(CaO)+2[P]+5CO

當(dāng)有SiO2存在時，可促進(jìn)3CaO·P2O5的還原：

T＞1200℃2（3CaO·P2O5）+3（SiO2）+10C=3（2CaO·SiO2）+4[P]+10CO

一.高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

一.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：①SiO2的存在，促進(jìn)了P的還原。②從3CaO·P2O5中置換出的P2O5易于揮發(fā)（300℃升華），與C相遇而被還原。③[P]可與[Fe]結(jié)合成穩(wěn)定的化合物[Fe2P]、[Fe3P]。④高爐內(nèi)的強還原氣氛，利于P的還原。第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

一.高爐內(nèi)磷還原反應(yīng)的熱力學(xué)分析⑤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。⑥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(jìn)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(jìn)入爐渣。第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日二.影響鐵水磷含量的因素①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(jìn)入生鐵，礦石磷含量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。②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。第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日爐缸溫度對鐵水磷含量的影響

℃℃第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日爐缸溫度對鐵水磷含量的影響℃℃第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日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(jìn)行還原；爐缸溫度的提高可促進(jìn)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。第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日SiO2對鐵水磷含量的影響③高爐中有大量的SiO2存在，提高了P2O5的活度，促進(jìn)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0.12kg。第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日SiO2對鐵水磷含量的影響當(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。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?！娴?1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日鐵水[Si]含量對[P]含量的影響④鐵水[Si]含量升高，會促進(jìn)磷的還原和氣態(tài)磷的循環(huán)富集：2（3CaO·P2O5）+5[Si]=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。℃第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日氣態(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(fù)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(jìn)一步降低，開始溫度也進(jìn)一步降低，磷在高爐內(nèi)的循環(huán)富集加重。第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日形成不同形態(tài)還原產(chǎn)物的反應(yīng)開始溫度第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日三.降低鐵水磷含量的措施①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增大，鐵水磷含量也升高。②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（SiO2）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（SiO2）含量升高，促進(jìn)磷的還原及磷蒸氣的循環(huán)富集，使鐵水磷含量升高。③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。④保持鐵水成分的穩(wěn)定性，特別是[Si]含量的穩(wěn)定，是抑制磷蒸氣產(chǎn)生和循環(huán)富集的措施。第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日四.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(jìn)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)。

8M3煉磷高爐中磷的分配

第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日四.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：還原率R=（即氣化與入鐵均為還原）渣中磷=渣量×(P2O5)×62/142通過對0.77M3和8M3高爐實驗數(shù)據(jù)的分析整理發(fā)現(xiàn):磷的還原率只與渣中(P2O5)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)。第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日四.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：

磷還原率實驗與計算結(jié)果

第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日四.煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律磷的入鐵率定義為：實驗發(fā)現(xiàn)還原率一定時，磷入鐵率(RP)與冶煉強度(I)和鼓風(fēng)溫度(Tb)有關(guān)：對于0.77M3高爐：對于8M3高爐：

第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日四.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：

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：第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日四.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)果第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日四.煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律生產(chǎn)1mol磷進(jìn)入生鐵中磷的mol數(shù)：第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日

磷鐵礦高爐冶煉特征：①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(jìn)入爐渣的磷量也相應(yīng)增多，磷的還原率降低，磷進(jìn)入鐵水的比例減少，磷在高爐中的分配發(fā)生了顯著變化。②隨著渣中(P2O5)含量的升高，磷的還原率降低，進(jìn)入鐵水和氣化揮發(fā)的磷量均減少，但還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。③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.煉磷高爐中磷的走向統(tǒng)計規(guī)律第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日五.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：SiO2→SiOg→[Si]SiO2→SiOg→SiCs→[Si]在風(fēng)口平面以下的滴落帶：（SiO2）→[Si]在鐵滴穿過渣層：[Si]+2（FeO）=2[Fe]+（SiO2）在出鐵口：（SiO2）+2[C]=[Si]+2CO第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日五.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：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：（生鐵中[P]=1.18%）第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日五.冶煉含磷生鐵時高爐中硅的動態(tài)規(guī)律性

相關(guān)文獻(xiàn)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(dá)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[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。第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期日五.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_(dá)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附率，約為11mol/cm2。當(dāng)磷吸附在生鐵表層時,使相互作用的反應(yīng)表面被磷所覆蓋，對高爐內(nèi)硅的氧化轉(zhuǎn)移起到明顯的抑制作