鐵水預(yù)處理熔劑的factsage分析

1、鐵水預(yù)處理熔劑的相圖分析金焱，畢學(xué)工（武漢科技大學(xué)，鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室）摘要：用FactSage軟件對鐵水預(yù)處理熔劑在1350下的相圖進行了繪制，并分析了液態(tài)渣相的生成條件。關(guān)鍵詞：FactSage軟件；熔劑；相圖；鐵水預(yù)處理1. 前言隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，用戶對鋼質(zhì)量的要求不斷提高。例如，對于低溫用鋼、海洋用鋼、抗氫致裂紋鋼和部分厚板用鋼，除了要求極低的硫含量以外，也要求鋼中的磷含量<0.01或0.005。在鋼鐵冶金工藝中，一般采用鐵水預(yù)處理的方法得到純凈鋼。有關(guān)鐵水預(yù)處理的研究是冶金領(lǐng)域的重要課題之一1，多年來進行了大量研究，但鐵水預(yù)處理所用熔劑的相圖分析還

2、存在大量空白，值得進一步深入探討。本文采用計算相圖的方法研究了鐵水預(yù)處理所涉及的熔劑的熔化行為及析出相。2. 相圖計算的原理及途徑計算機輔助研究相圖在最近30多年得到迅猛發(fā)展，逐漸形成了CALPHAD技術(shù)(Calculation of Phase Diagram)，成為一門邊緣學(xué)科分支相圖計算；即把計算機技術(shù)與熱力學(xué)理論結(jié)合起來，分析和評估體系的熱力學(xué)性質(zhì)，從而計算多元相圖。FactSageTM熱力學(xué)計算軟件是加拿大蒙特利爾市的Thermfact/CRCT公司和德國Aachen市的GTT-Technologies公司經(jīng)過20年努力開發(fā)的熱力學(xué)計算軟件和數(shù)據(jù)庫。該軟件可查詢化合物和化學(xué)反應(yīng)的熱力

3、學(xué)數(shù)據(jù)，可計算各種條件的熱力學(xué)平衡數(shù)據(jù)，同時可以將計算結(jié)果以圖的形式給出。另外，該軟件還可以畫出各種相圖。用FactSage軟件可以計算多元相圖，與各種各樣的圖表輸出模式。3. 熔劑的常用相圖及分析由于鐵水脫磷使用的脫磷劑種類很多，相關(guān)的相圖在文獻資料上較少出現(xiàn)，在此，參考了In-Ho Jung2等人的相圖計算方法，用FactSage軟件繪制鐵水預(yù)處理所涉及的一些熔劑的相圖。3.1 CaO-CaCl2-SiO2 系相圖鐵水預(yù)處理的溫度一般在1350左右，在鐵水預(yù)處理中CaO是必要的固定劑，CaCl2是常用的助熔劑，SiO2是不可避免進入熔劑的成分，因此，用FactSage軟件計算了CaO-Ca

4、Cl2-SiO2系在1350下的相圖。圖1顯示的是CaO-CaCl2-SiO2系在1350下的相圖。在相圖中出現(xiàn)了Ca2SiO4，CaSiO3，Ca3Si2O7，CaSiO3，Ca3SiO5等固態(tài)化合物，相圖中所有區(qū)域均有液態(tài)渣相出現(xiàn)，在CaO/ SiO2=12.3的范圍將生成單一渣相。圖1 1350下CaO-CaCl2-SiO2 系相圖3.2 CaO-Ca2P2O7-Fe3O4 系相圖 圖2 1350下CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系相圖在鐵水預(yù)處理中，特別是脫磷處理過程中，CaO是必要的固定劑，F(xiàn)e3O4是常用的氧化劑，反應(yīng)后Ca2P2O7是不可避免進入熔劑的最高價磷酸鹽，因此，用Fa

5、ctSage軟件計算了CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系在1350下的相圖。圖2顯示的是CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系在1350下的相圖。在相圖中出現(xiàn)了Ca3(PO4)2，Ca2P2O7，尖晶石等固態(tài)化合物，而Fe3O4的重量百分比超過0.05%，會有液態(tài)渣相出現(xiàn)。3.3 CaO-Fe3O4-Al2O3 系相圖在鐵水預(yù)處理中，特別是脫磷處理過程中，CaO是必要的固定劑，F(xiàn)e3O4是常用的氧化劑，Al2O3是常用助熔劑，用于代替CaF2減少環(huán)境污染。因此，用FactSage軟件計算了CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系在1350下的相圖。鐵水預(yù)處理的溫度一般在1350左右，故繪制并分析了

6、1350時的相圖。圖3顯示的是在CaO-Fe3O4-Al2O3 系在1350下的相圖。圖3中出現(xiàn)了Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7，CaAl12O19，Ca2Fe2O5，尖晶石等簡單和復(fù)合固態(tài)化合物。相圖中有17個區(qū)域出現(xiàn)液態(tài)渣相，其中靠近Fe3O4組成點頂角的CaO- Fe3O4邊，當CaO的重量百分比小于40%時，所固相將消失，成為單一渣液相。對于CaO- Al2O3邊，在CaO的重量百分比處于40%80%之間時會出現(xiàn)渣相，并同時有化合物Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7共存。在有Fe3O4存在時只要Al2O3的重量百分比小于80%就會有渣相生成。圖3 135

7、0下CaO-Fe3O4-Al2O3系相圖3.4 CaO-Ca2P2O7-Al2O3 系相圖圖4 1350下CaO-Ca2P2O7-Al2O3系相圖對于CaO-Fe3O4-Al2O3 系熔劑在脫磷后，爐渣中出現(xiàn)的最高價磷酸鹽化合物為Ca2P2O7，因此用FactSage軟件計算并繪制了CaO-Ca2P2O7-Al2O3 系在1350下的相圖。圖4顯示了1350時的CaO-Ca2P2O7-Al2O3 系相圖。在圖4中出現(xiàn)了Ca3(PO4)2，Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7，CaAl12O19， AlPO4等固態(tài)化合物。其中在CaO/ Al2O3=0.891.13且Ca2P2O7的

8、重量百分比=0.31.0%時熔劑將成為單一液態(tài)渣相。在圖中CaO/ Al2O3=0.591.86的區(qū)域，熔劑中會產(chǎn)生液態(tài)渣相，除了上述單一液態(tài)渣相區(qū)，其余6個區(qū)域都有固相析出。4. 結(jié)論(1) 對CaO-CaCl2-SiO2系，1350時相圖中出現(xiàn)了Ca2SiO4，CaSiO3，Ca3Si2O7，CaSiO3，Ca3SiO5等固態(tài)化合物，相圖中所有區(qū)域均有液態(tài)渣相出現(xiàn)，在CaO/ SiO2=12.3的范圍將生成單一渣相。(2) 對CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系，1350時相圖中出現(xiàn)了Ca3(PO4)2，Ca2P2O7，尖晶石等固態(tài)化合物，而Fe3O4的重量百分比超過0.05%，會有液態(tài)渣

9、相出現(xiàn)。(3) 對CaO-Fe3O4-Al2O3系，1350時相圖中CaO- Al2O3邊，在CaO的重量百分比處于40%80%之間時會出現(xiàn)渣相，并同時有化合物Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7共存。在有Fe3O4存在時只要Al2O3的重量百分比小于80%就會有渣相生成。(4) 對CaO-Ca2P2O7-Al2O3系，1350時相圖中CaO/ Al2O3=0.591.86的區(qū)域，熔劑中會產(chǎn)生液態(tài)渣相。參 考 文 獻1 田志紅，艾立群，蔡開科等用CaO-CaF2-FeO系渣進行鋼水深脫磷J鋼鐵研究學(xué)報，2004，16(5)：23-242 Youn-Bae Kang, In-Ho J

10、ung and Hae-Geon Lee et al. Phase Equilibria and Thermodynamic Properties of the CaO-MnO-Al2O3-SiO2 System by Critical Evaluation, Modeling and ExperimentJ. ISIJ International, 2004, 44(6): 974-976Study of relating phase diagrams of flux for hot metal pretreatmentJin Yan, Bi Xuegong(Key Laboratory for Ferrous Metallurgy and Resources Utilization of Ministry of Education , Wuhan University of science and technology)Abstract: The phase diagrams of the hot metal pretreatment flux at 1350 was calculated and analyzed with the Fac