用預熔渣對鐵水脫磷的試驗

1、用預熔渣對鐵水脫磷的試驗基金項目：國家自然科學基金項目（50374002）作者簡介：周.云（1972-）,男（漢族）,安徽當涂人，安徽工業(yè)大學 冶金工程與資源綜合利用省重點實驗室，副教授，博士，從事冶金 新工藝與資源綜合利用的研究。用預熔渣對鐵水脫磷的試驗研究周.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，應用CaO.Fe2O3.CaF2渣系的脫磷粉劑和其預熔渣對鐵水脫磷，研究結(jié)果表明，用A12O3和白云石部分替代螢瓦預熔后的脫磷 渣都比未預熔渣

2、的脫磷速度快，且二者的處理過程結(jié)果基本相似,脫磷粉劑經(jīng)過預熔處理，成渣迅速，預 處理時間縮短，溫降小，脫磷率高。關(guān)鍵詞：預熔渣；鐵水；脫磷中圖分類號：TF702 .文獻標識碼：A .文章編號：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，鐵水預處理(脫硅、脫磷、脫硫）已是鋼鐵冶金整個工藝過程中的一個 重要環(huán)節(jié)。近20年來，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，都對鋼 材的性能要求越來越高，美國、日本等一些冶金技 術(shù)比較先進的國家，大力發(fā)展了鐵水預處理

6、。如 日本，許多鋼鐵廠已做到鐵水100 %預脫硫、 80 %以上預脫磷。鐵水三脫預處理促進了煉鋼 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)爐負荷，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的靈活性。鐵水預處理 系統(tǒng)對整個鋼鐵企業(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)濟效益較大1 4。寶山 鋼鐵股份公司（以下簡稱寶鋼）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，對混 鐵車內(nèi)襯有不同程度的侵蝕作用，對環(huán)境也有

7、污 染；三脫處理粉劑消耗比較高，處理時間長，鐵水 溫降過大。由于寶鋼鐵水預處理脫磷劑的主要組 成(wB )為 40 % CaO.52 % Fe2O3.8 % CaF2 ,在 鐵水預處理過程中，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處理生產(chǎn) 數(shù)據(jù)，鐵水預處理前平均溫度1 375 ! ( 1 4151 315 !),預處理脫磷、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、最小降溫也達到75 !。如此高的鐵水溫降帶走了大量的鐵水物 理熱，對煉鋼生產(chǎn)帶來了很大的影響，如何在鐵水 預處理過程中盡可能地減小預處理溫降，對優(yōu)化 鐵水預處理工藝具有重要作用。本工作研究使用 預熔渣進行鐵水脫磷，旨在有效地降低鐵水預處 理過程的鐵水的溫降5, 6。1.實驗方法實驗在功率為10 kW的硅鉬棒爐內(nèi)進行，DWT - 702溫度控制儀控溫，溫度誤差# 2 !,實 驗時爐內(nèi)通氮氣保護，將生鐵放入外套石墨坩堝 保護的剛玉坩堝中熔化至實驗溫度，用石英管取 金屬樣分析鐵水成分，實驗溫度為1 350 !,實驗 生鐵原料成分見表1。表1.脫硅預處理后鐵水中各組分的質(zhì)量分數(shù)C Si Mn P S4

9、. 15 0. 05 0. 18 0. 073 0. 022.試驗首先研究以石灰石、燒結(jié)礦、螢石為原料 的預熔渣的預熔工藝。第1種預熔渣的預熔步驟：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 出過程中產(chǎn)生大量泡沫渣，使熔渣逸出。第2種預熔渣的預熔步驟：根據(jù)石灰石的分解溫度約為900- 950

10、!,首先將石灰石單獨裝進坩堝 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種預熔工藝的渣料熔化過程比較平穩(wěn)， 沒有大量熔渣逸出現(xiàn)象，所得到的預熔渣冷卻后 內(nèi)部組織均勻，沒有未分解的石灰石顆粒。因此，本試驗預熔渣的預熔過程按第2種預 熔工藝進行。2.實驗結(jié)果和分析2. 1 .預熔渣的脫磷效果預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。試驗結(jié)果見表2。從上述試驗結(jié)果來看,3種氧化劑的脫磷率都很高，最高脫磷率達到95. 89 %,終點w ( P) 最低達0. 003 %,最高為0. 011 %。采用組成相同的燒結(jié)礦作氧化劑的未預熔脫 磷渣的脫磷效果(見表3)與預熔渣的效果基本一 致，說明預熔渣可以達到噴吹脫磷粉劑相同的脫 磷效果。預熔渣同時也具有一定的脫硫能力。2. 2 .預熔渣脫磷處理速度試驗根據(jù)前面試驗結(jié)果，預熔渣的脫磷效果與未預熔渣處理效果接近，為了進一步考察預熔渣在 鐵水預處理過程中的成渣速度與未預熔渣成渣速 度

12、的快慢，試驗研究了 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)量分數(shù)),并按預熔渣和未預熔渣進 行脫磷處理的效果。表2.不同氧化劑預熔渣脫磷試驗結(jié)果(T= 1 623 K) 序號氧化劑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.試驗過程中為了取樣，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)試驗觀察，未預熔渣脫磷渣加入 后一般在3 min以后熔化穩(wěn)定，而預

14、熔脫磷渣一 般在2. 5 min熔化就達到穩(wěn)定，因此未預熔渣脫磷 的第2次取樣時間為加渣后3 min,預熔渣脫磷 的第1次取樣時間為加渣后2. 5 min。不同預熔渣脫磷處理的試驗結(jié)果見圖1。試驗鐵水初始 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熔與未預熔渣的脫磷效果.從上述2種試驗結(jié)果可以看出，無論是A12O3還是白云石部分替代螢石，預熔后的脫磷 渣都比未預熔渣的脫磷速度快，且二者的處理結(jié) 果基本相似，試驗的脫磷率為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)過非線性擬合,4條脫磷曲線方 程如下。對Al2O3部分替代螢石的未預熔渣脫磷,%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A12O3部分替代螢石的預熔渣脫磷,% 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對白云石部分替代螢石的未預熔渣脫磷,%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對白云石

16、部分替代螢石的預熔渣脫磷,% 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 終在預熔渣之上，而預熔渣的脫磷速度一開始比 較快，當鐵水中w （ P） 15 . 10-6以后，脫磷速度變慢。預熔渣的脫磷速度較未預熔渣的脫磷速度 快的原因可能與預熔渣在預熔過程中已經(jīng)形成了 CaO與Fe2O3的化合物，這既加快了化渣速度， 又減少了成渣過程的熱損失，從而加快了脫磷速 度；而未經(jīng)過預熔的脫磷渣加入鐵水以后有一個 成渣過

17、程。圖2為預熔脫磷的粉末衍射圖譜，該預熔渣 中形成了鈣鐵石及少量鈣鐵氧化物，由于事先經(jīng) 過比較充分的熔化及化學反應，形成熔點比較低 的化合物，因此使用該渣系進行鐵水脫磷處理時 脫磷速度較未預熔渣的脫磷速度快，而脫磷能力 也比未預熔脫磷渣的脫磷能力強。根據(jù)上述3種不同氧化劑與石灰和螢石預熔的脫磷渣脫磷效果以及3種氧化劑的特點，推薦 使用燒結(jié)礦或軋鋼皮作預熔渣氧化劑，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)量分數(shù)）,工業(yè)應用時，可用高鋁磯士代替。3.結(jié).論預熔渣具有成渣速度快，脫磷率高，有效處理時間短等優(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：用預熔渣對鐵水脫磷的試驗研究.圖2 .預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)量分數(shù))。參考文獻.郭上型，董元篪，陳二保，等.CaO.SiO2.Fe2O3.MnO2.MgO.P2 O5系熔劑對鋼液脫磷、回磷的實驗研究J.鋼鐵,2000,: 19.21.佟溥翹，劉.瀏，鄧開文，等.包鋼中磷鐵水預處理100 k g級熱模擬試驗結(jié)果J.煉鋼,2000, ( 4) : 26. 29.王海川，張友平，

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20、4.結(jié).論所試驗的中碳鋼合適的電磁攪拌電流為200 A;攪拌電流強度從200 A提高到500 A,白亮帶中最大負偏析度從0. 95增強到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度的加大而增加，鑄坯中正偏析最嚴重的區(qū)域在柱狀晶與等軸晶交界處。電流強度過大，會在鑄坯中心出現(xiàn)負偏析的現(xiàn)象；(4)鑄坯對角線部位的碳偏析程度較橫向部 位小。參考文獻.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)進展第七屆全國連鑄學術(shù)年會論文集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 的應用A.現(xiàn)在連鑄技術(shù)進展第七屆全國連鑄學術(shù)年會論文集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