第一篇：鋼鐵冶金中的環(huán)境保護問題

鋼鐵冶金中的環(huán)境保護問題

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟重要的基礎(chǔ)原材料工業(yè)，屬于能源、水資源、礦石資源消耗大的資源密集型產(chǎn)業(yè)；在鋼鐵制造體系中大量的物質(zhì)、產(chǎn)品流、大量能量轉(zhuǎn)換過程、多種形式的排放過程和大量的廢棄物都對環(huán)境造成不同層次和不同程度上的影響，因此鋼鐵工業(yè)發(fā)展必然面臨資源不足、環(huán)境污染的嚴重制約。

控制CO2（二氧化碳）排放量是發(fā)達國家鋼鐵企業(yè)一項重要的環(huán)保任務(wù)?，F(xiàn)代工業(yè)發(fā)展是建立在化石能源消耗的基礎(chǔ)上的，由于化石燃料的燃燒，全球的CO2排放量從1940年的50億噸增加到現(xiàn)在的近220億噸，已超出了地球碳循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對CO2吸收能力，導致周邊環(huán)境的CO2濃度從 315ppm增加到350ppm，而且還在繼續(xù)升高。出于對溫室氣體造成地球變暖的擔憂，降低CO2排放量已成為發(fā)達國家鋼鐵企業(yè)環(huán)保工作的重點。惡化的環(huán)境狀態(tài)要求鋼鐵工業(yè)改變經(jīng)濟增長模式，傳統(tǒng)的冶金工業(yè)模式是大量開采資源，大量生產(chǎn)產(chǎn)品，大量創(chuàng)造財富。與此同時，大量排放廢物和污染物，對資源和環(huán)境造成嚴重破壞。在這種情況下，為了符合環(huán)保要求，大量采用末端治理，這樣既增加投資，又提高產(chǎn)品成本。這種經(jīng)濟模式不符合可持續(xù)發(fā)展的原則。新的冶金工業(yè)模式：少開采資源，少排放廢物和污染物；依靠物質(zhì)的循環(huán)，大量生產(chǎn)產(chǎn)品以滿足社會的需求。在必要的情況下，并不排斥末端治理。這種經(jīng)濟模式符合可持續(xù)發(fā)展的原則。

發(fā)達國家對環(huán)境保護的要求十分苛刻，日益嚴格的排放標準，已經(jīng)成為冶金工業(yè)能否生存的關(guān)鍵因素。發(fā)達國家針對工業(yè)界制訂了嚴格的環(huán)保法規(guī)。一個生產(chǎn)型企業(yè)要獲準建立，必須滿足很多環(huán)保要求，比如要擁有高效的垃圾及污水處理設(shè)備，要采取措施以保證在生產(chǎn)過程中有效避免垃圾污染，電器生產(chǎn)商必須同時具備廢舊電器回收系統(tǒng)等。在德國，環(huán)保是企業(yè)安身立命的根本之一。環(huán)保方面做得如何，在很大程度上決定著企業(yè)的社會聲譽，成為評價企業(yè)好壞的首要標準。與德國、荷蘭等環(huán)境保護發(fā)展建設(shè)都很完善的國家相比，中國環(huán)境法律體系基本完備，但原則性強，操作性差；門類較為齊全，但環(huán)境基本法還不夠完善；法律數(shù)目較多，但執(zhí)行力度遠遠不夠，影響了法律效力。

各發(fā)達國家已開始將環(huán)境保護和污染控制緊密地結(jié)合起來，徹底拓寬污染物控制的范圍。如發(fā)達國家要求鋼鐵廠必須經(jīng)過ISO14000系列標準和其它質(zhì)量標準的考核，除出廠的產(chǎn)品質(zhì)量達標外，主要污染物排放總量要在國家規(guī)定的指標內(nèi)，對煙塵、工業(yè)粉塵、SO2（二氧化硫）、CO2、COD(化學需氧量)、汞、鎘、磷、鉛的價鉻和工業(yè)固體排放總量控制水平達標，生產(chǎn)線功能達標，周邊區(qū)域環(huán)境達標，一半的工業(yè)和民用垃圾都得到再利用。

發(fā)達國家基本都制訂了科學、嚴密的環(huán)境質(zhì)量標準。20世紀80年代，美國環(huán)保局提出了修改國家顆粒物排放的大氣環(huán)境質(zhì)量標準—由不考慮粒度的總懸浮物改為對人體健康有

害的可吸入顆粒物。從提出到修改完成歷時8年，涉及美國環(huán)保局數(shù)十個機構(gòu)、試驗室，數(shù)百名科學家與數(shù)千名研究者（總計約 3,000余人）。美國空氣污染物排放總量控制指標中污染物排放限值和標準規(guī)定了不同工業(yè)行業(yè)的各種污染物排放限值和標準。排放限值和標準是根據(jù)不同工業(yè)行業(yè)加工工藝、污染物種類及發(fā)生量、廢水排放特性等主要因素，以不同處理技術(shù)水平為依據(jù)而制定的，具有法律效力。

國際環(huán)境統(tǒng)計的發(fā)展與經(jīng)濟統(tǒng)計的關(guān)系愈加緊密。20世紀90年代以來，特別是1992年環(huán)境保護的第二個里程碑即在巴西的里約熱內(nèi)盧召開的環(huán)境與發(fā)展大會之后，提出把可持續(xù)發(fā)展作為人類社會經(jīng)濟與環(huán)境發(fā)展的戰(zhàn)略目標，有關(guān)環(huán)境統(tǒng)計和環(huán)境核算的研討、交流、試點、改進工作更加得到世界各國的普遍重視。國際上比較關(guān)心的大氣排放引起的全球氣候變化（溫室氣體、溫室效應）問題，發(fā)達國家特別是北歐國家已經(jīng)運用相關(guān)環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了廣泛研究測算；可持續(xù)發(fā)展指標、環(huán)境核算等都是國際上關(guān)注的重要內(nèi)容，這些工作內(nèi)容都有相應的統(tǒng)計機構(gòu)部門負責。比如，德國統(tǒng)計局及北歐國家統(tǒng)計局有專門的環(huán)境統(tǒng)計司、環(huán)境核算司，而且以制定的環(huán)境統(tǒng)計法為環(huán)境統(tǒng)計工作的依據(jù)；澳大利亞聯(lián)邦統(tǒng)計局環(huán)境統(tǒng)計司負責環(huán)境統(tǒng)計的日常工作與實施。統(tǒng)計局除了自身環(huán)境統(tǒng)計工作之外（自然資源與環(huán)境），一個重要的職能就是與環(huán)境部等相關(guān)部門的組織協(xié)調(diào)及合作。發(fā)達國家統(tǒng)計局環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)的收集也依靠制定相應的報表到基層單位，根據(jù)統(tǒng)計法律由基層單位填報。統(tǒng)計局對所搜集的數(shù)據(jù)加工整理分析并定期編輯環(huán)境統(tǒng)計出版物。此外，西方發(fā)達國家統(tǒng)計，強調(diào)的是社會、經(jīng)濟、環(huán)境三位一體，統(tǒng)計局的其他專業(yè)司也在建立環(huán)境發(fā)展指標，收集歷史和時間序列數(shù)據(jù)，度量國家發(fā)展情況和為政府制定環(huán)境政策提供依據(jù)。

發(fā)達國家鋼鐵工業(yè)環(huán)保工作發(fā)展態(tài)勢：1.環(huán)保促進發(fā)達國家鋼鐵工業(yè)工藝結(jié)構(gòu)調(diào)整。鋼鐵冶金的技術(shù)本質(zhì)是高溫化學反應，因而鋼鐵冶金中傳統(tǒng)的能源是基于碳－氧反應的化學能，電弧爐煉鋼與此有所不同—所使用的能源以電能為主。電能具有清潔、高效、方便等優(yōu)越的特性，是工業(yè)化發(fā)展的優(yōu)選能源，大量開發(fā)和利用電能是人類社會現(xiàn)代化的重要標志。電爐所使用廢鋼資源是一種非天然的、可再生利用的資源，是伴隨鋼鐵產(chǎn)品的大量制造而形成的廢棄物（生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的和產(chǎn)品使用后產(chǎn)生的），由于其中全鐵和金屬鐵含量很高，具有極好的回收再利用價值，提高返回廢鋼比有著重要的經(jīng)濟意義，是鋼鐵界始終追求的目標。不能循環(huán)利用廢鋼不僅是鐵資源巨大的浪費，而且會對環(huán)境造成嚴重污染。綜上，電爐煉鋼是一種鐵資源回收再利用過程，也是一種處理污染的環(huán)保技術(shù)。世界電爐鋼產(chǎn)量在粗鋼總產(chǎn)量中的比例在逐年提高，1970年、1980年、1990年、2000年分別為：14.28%、21.97%、27.74%、36.11%。世界鋼鐵專家預測：到2010年這個比例將達到46%。而中國電爐鋼所占的比例在逐年下降，這是因為從高爐煉鐵到轉(zhuǎn)爐煉鋼的產(chǎn)量增長過快，使電爐鋼比例下降。2003年，電爐鋼比例僅為17.6%，2005年，電爐鋼比例降為11.8%，但電爐鋼產(chǎn)量在逐年增加，隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對特鋼的需求在不斷增加。對于需求量還在增加的鋼鐵原材料而言，由高爐煉鐵技術(shù)所代表的礦石冶煉方法是不可少的。從再生、循環(huán)利用和有效利用的潛在能源觀點來看，電爐所代表的廢鋼返回料冶煉法是有效的。盡管各個企業(yè)可以根據(jù)本身的實際情況，選擇發(fā)展不同的鋼鐵生產(chǎn)工藝流程，但環(huán)保問題和環(huán)保技術(shù) 的創(chuàng)新無不融合于其中，環(huán)境友好始終是鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展不可缺少的重要課題。

2.鋼鐵企業(yè)在處理城市固體廢棄物方面發(fā)揮作用。城市固體廢棄物目前主要采用填埋方法、焚燒方法和生物降解處理方法。填埋方法和生物降解處理方法占用大量土地，有機物分解后產(chǎn)生的CH4是一種效果比CO2更強的溫室氣體，進而造成新的污染。而普通燃燒方法只能處理有機物，固體廢棄物中的金屬和無機物不能得到分離和回收。利用冶金反應器內(nèi)的高溫反應可以快速處理城市固體廢棄物，如高爐噴吹廢塑料、煉焦工藝高溫碳化處理廢塑料。在高溫下有機物燃燒放熱成為發(fā)電燃料，有毒物質(zhì)分解成為元素形式，金屬和無機物成為熔融狀態(tài)而分離并得到再生利用。日本提出了以“鋼鐵工業(yè)為可持續(xù)發(fā)展的文明社會作貢獻” 為主線，日本NKK之所以一直積極地致力于廢物回收利用工作，是因為回收的廢塑料能成為高爐里鐵礦石的極好還原劑。此外還有一個重要原因，就是高爐煉鐵當中使用回收的廢塑料能明顯降低CO2排放量(達30%以上)。能達到這樣好的效果是因為入爐的廢塑料的基本成分是碳氫化合物，而焦炭或煤的成分主要是碳。還有一個很重要的原因，就是廢物回收利用的確有利可圖。美國在其《鋼鐵工業(yè)技術(shù)開發(fā)指南》中指出，鋼鐵工業(yè)是世界上產(chǎn)量最高、效率最高和技術(shù)先進的工業(yè)之一。例如：（1）鋼材仍是一種先進的材料，目前所使用的大部分鋼材在10年前尚不能生產(chǎn)；（2）鋼鐵是最易回收的材料，比塑料、玻璃和鋁、銅等材料回收量的總和還要多幾倍?？傊?，鋼鐵工業(yè)的循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為21世紀冶金工業(yè)的重要課題。

3.當前鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)健康發(fā)展的一個重要途徑是研發(fā)并推廣適用于鋼鐵生產(chǎn)的各類先進環(huán)保技術(shù)。鋼鐵工業(yè)是生產(chǎn)規(guī)模巨大、資金集中的制造工業(yè)，也是消耗能源很高的工業(yè)；鋼鐵工業(yè)排放的固體廢棄物（尾礦砂、爐渣、塵泥等）和氣體產(chǎn)物的數(shù)量也非常之大，雖然一小部分尾礦砂和一部分爐渣、塵泥已經(jīng)能夠回收利用，研發(fā)它們的再循環(huán)利用技術(shù)仍然要繼續(xù)深入。按照循環(huán)經(jīng)濟原則，未來鋼鐵工業(yè)中將各種能量和物質(zhì)的循環(huán)利用與回收，以及與上下游產(chǎn)業(yè)的交融是鋼鐵工業(yè)實施循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略的議題之一。未來鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中原材料和能源充分利用、高效率、低排放甚至零排放的新型生產(chǎn)方式將取代大量消耗礦石、煤炭等天然資源，大量排放爐渣、廢熱和CO2等廢氣的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。建立低資源使用、低能源消耗的環(huán)保型鋼鐵工業(yè)只能依賴于技術(shù)進步和創(chuàng)新。發(fā)達國家鋼鐵企業(yè)積極推進以節(jié)能減排為主要目標的設(shè)備更新和技術(shù)改造，并大力引導企業(yè)采用有利于節(jié)能環(huán)保的新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)，以此促進資源的綜合利用和清潔生產(chǎn)。

4.環(huán)保壓力迫使發(fā)達國家鋼鐵工業(yè)進行適度轉(zhuǎn)移。發(fā)達國家對環(huán)保的苛刻要求，使鋼鐵生產(chǎn)中的環(huán)保成本大幅度提高，如果鋼鐵工業(yè)用于環(huán)保的投資不足（據(jù)美國鋼鐵工業(yè)協(xié)會估計約為總投資的15%）或?qū)Νh(huán)保措施管理不善，鋼鐵企業(yè)將成為非常嚴重的污染源，這樣的企業(yè)發(fā)達國家是不允許其存在的。需要強調(diào)的是，美國、歐洲和日本的采礦業(yè)主要是有色金屬和稀有金屬，高爐用的鐵精礦和球團礦，主要依賴進口，這樣就把污染嚴重的工序都留到了發(fā)展中國家。所以在看到發(fā)達國家鋼鐵工業(yè)環(huán)保先進一面的同時，更要看到發(fā)達國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移對發(fā)展中國家的負作用。

第二篇：鋼鐵冶金論文(DOC)

煉鋼中脫磷的研究

1.前言

一般情況下，磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。磷能溶于a-Fe中(可達1.2％)，固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒問的強度大大增高，從而使鋼材的室溫強度提高而脆性增加，稱為冷脆。但含磷鐵水的流動性好，充填性好，對制造畸形復雜鑄件有利。此外，磷可改善鋼的切削性能、易切削鋼中磷含量可達0.08％一0.15％。2．轉(zhuǎn)爐的脫磷

2.1轉(zhuǎn)爐脫磷的基本原理

通常認為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程中的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后與（CaO）結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應式可表示為： 2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或 2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe] 2.2影響脫磷的因素

磷的氧化在鋼渣界面進行，按爐渣分子理論的觀點，反應式如下： 2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）

（3 FeO·P2O5）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推導出（4）：

2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高堿度、高氧化性渣對脫磷有利，去磷是放熱反應，故從熱力學講低溫條件有利于去磷反應的進行。

（1）氧化性對爐渣去磷能力影響的理論分析

由上式不難看出（FeO）在脫磷過程中起雙重作用，一方面作為磷的氧化劑起氧化磷的作用；另一方面充當把（P2O5）結(jié)合成（3 FeO·P2O5）的基礎(chǔ)化合物的作用?？梢哉J為渣中存在（FeO）是去磷的必要條件。由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃時不穩(wěn)定的，因此只有當熔池內(nèi)石灰熔化后生成穩(wěn)定的化合物(4CaO·P2O5)才能達到去磷的目的。（2）爐渣堿度對爐渣去磷能力的影響理論分析

CaO具有較強的脫磷能力，(4CaO·P2O5)在煉鋼溫度下很穩(wěn)定，因此，提高爐渣堿 度可以提高脫磷的效率。但不能無止盡的提高爐渣的堿度，如果CaO加入過多，爐渣的熔點增大，CaO顆粒不能完全熔入爐渣，則導致爐渣的流動性減弱，黏度增強，從而影響脫磷反應在鋼液與爐渣之間的界面進行而降低脫磷效果。另外，爐渣堿度與氧化鐵的活度也有關(guān)系，過高堿度減少氧化鐵的活度，從而降低脫磷效果。（3）溫度對爐渣去磷能力影響的理論分析

溫度對去磷反應的影響從兩個方面來看：一方面，去磷反應是放熱反應，高溫不利于去磷，然而，熔池溫度的提高，將加速石灰的熔化，提高熔渣堿度，從而提高磷在爐渣和鋼水中的分配比；另一方面，高溫能提高渣的流動性，能加強渣—鋼界面反應，提高去磷速度，所以過低的溫度不利于去磷。

總之脫磷的條件為：高堿度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流動性熔渣、充分的熔池攪動、適當?shù)臏囟燃按笤俊?.3回磷現(xiàn)象

所謂的回磷現(xiàn)象，就是磷從熔渣中又返回到鋼液中。成品鋼中磷含量高于終點鋼中的磷含量也屬于回磷現(xiàn)象。熔渣的堿度或氧化亞鐵含量降低，或石灰劃渣不好，或溫度過高等，均會引起回磷現(xiàn)象。出鋼過程中，由于脫氧合金加入不當，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導致成品鋼中磷高于終點鋼[P]含量。由于脫氧，爐渣堿度、（FeO）含量降低，鋼包內(nèi)有回磷現(xiàn)象，反應式如下：

2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe]

(FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]

2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P]

(P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]

3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P] 通常采用避免鋼水回磷措施：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當提高脫氧前堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼包脫氧，而不采取爐內(nèi)脫氧；加入鋼包改質(zhì)劑。

2.4 還原脫磷

還原條件下進行脫磷近年來也很受關(guān)注，要實現(xiàn)還原脫磷，必須加入比鋁更強的脫氧劑，使鋼液達到深度還原。通常加入Ca，Ba或CaC2等強還原劑。還原脫磷反應：

3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C] 還原脫磷加入強還原劑的同時，還需加入CaF2，CaO等熔劑造渣。還原脫磷一般是在金屬不宜用氧化脫磷的情況下使用，如含鉻高的不銹鋼，采用氧化脫磷會引起鉻的大量氧化。還原脫磷后的渣應立即去除，否則渣中P3-又會被重新氧化成PO43-而造成回磷。【1】 3 鋼渣在微波場中還原脫磷

微波技術(shù)在加熱高電介質(zhì)耗損原料方面是一種簡單而有效的方法, 在冶金還原領(lǐng)域有著廣闊的應用

前景。相較于傳統(tǒng)加熱還原工藝需要較高的溫度和損耗, 具有體積性加熱、選擇性加熱、非接觸性加熱、即時性等加熱特性的微波場在較低溫度下能夠提供更多的熱量。因為通過渣料表面點位與微波能的強烈作

用, 物料表面點位選擇性被很快加熱至很高溫度。鐵氧化物是一種高微波響應材料, 而且如果Fe3+ /(Fe2++ Fe3+)的比率在一個合適的范圍內(nèi), 鋼渣能得到有效加熱, 碳質(zhì)微粒物質(zhì)具有良好的微波吸收特性, 有利于迅速加熱原料。

3.1結(jié)果與討論

實驗表明鋼渣為微波的良吸收體, 如圖3所示, 當時間達到15~ 20min時, 純渣料及各配碳量條件下的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 物料的微波升溫曲線 圖1 微波冶金試驗爐

物料溫度均達到1000e 并呈線性穩(wěn)定增加。還原結(jié)果如圖表4所示, 溫度對還原反應的影響很大, 隨著溫度的上升, 脫磷率穩(wěn)定增加。1400e 時脫磷率可達到87.15%。當溫度達到1200e 時, 渣料中出現(xiàn)大量直徑小于1mm的金屬顆粒, 并且呈均一彌散分布。由此證明微波體無溫度梯度的加熱方式使其中不同位置的物料獲得均一穩(wěn)定的加熱特性。當溫度達到1300e 時, 渣料中即出現(xiàn)易從渣相分離出的直徑在10~ 20 mm的大顆粒金屬球.碳熱還原鋼渣的反應機理是: Ca3(PO4)2 + 5C= 3CaO+ 1 /2P4 + 5CO 該反應在超過1000e 時能自發(fā)進行, 傳統(tǒng)工藝中溫度達到1400e 才能迅速反應。微波場中當溫度達到1200e 脫磷率就已經(jīng)達到85% 以上。所實驗表明, 較傳統(tǒng)加熱工藝, 微波促進鋼渣脫磷, 使得還原脫磷反應在低溫下得以實現(xiàn)。

圖4 溫度對脫磷率的影響

實驗表明Ceq對還原反應的影響顯著。在微波場中升溫到1300e 保溫20min檢測發(fā)現(xiàn), 隨著碳當量的增加, 渣中鐵和磷含量降低, 脫磷率增加。如圖6，當Ceq= 1時, 即體系中的還原劑剛好夠還原鋼渣氧化物所用, 由于體系開放, 部分碳質(zhì)還原劑在空氣環(huán)境下微波輻射氧化消耗, 使得還原劑的有效參與率降低,從而導致脫磷率較低。隨著Ceq增加, 當Ceq= 3時, 碳還原反應劇烈, CO氣泡從坩堝界面和料面不斷冒出,遇空氣燃燒劇烈, 此時的脫磷率達到8619%。實驗發(fā)現(xiàn)配碳量較高情況下氣化脫磷占總脫磷率比重很大。主要由于高還原劑條件下產(chǎn)生大量CO氣體, CO上升過程將更多P(g)帶出, 促進了磷的氣化逸散。此外,微波加熱在1300e 下即可較充分的發(fā)生還原反應, 此溫度尚未產(chǎn)生宏觀熔池, 為固固相反應, 料柱松散, 磷蒸汽逸散阻力小, 易被CO氣體攜帶出體系。上述結(jié)果表明, 鋼渣的還原效果很大程度上還是受還原劑的影響, 碳當量越高, 鐵和磷在渣鐵間的分配比越小, 金屬聚集阻力和磷的氣化阻力越小, 即高碳當量有利于磷的還原和遷移。但過高的碳當量在反映出其對于體系升溫有負面影響。所以選擇合適的過量碳當量是必要的。本次實表明, 2~ 3倍碳當量既能返祖快速升溫啟動和促進脫磷反應, 又能避免碳資源的浪費。為研究保溫時間對還原效果的影響, 在1300e , 3Ceq條件下, 分別設(shè)定保溫時間0 min、10 min、20m in、30 min進行對比實驗, 結(jié)果如圖7。實驗證明, 保溫時間越長, 渣相中出現(xiàn)Fe2C合金球直徑越大, 可回收金屬量越大, 脫磷率也越高。這說明適當延長保溫時間, 能提供更長時間和更多熱量促進金屬球的聚集長大,利于合金采集和回收。

3.2鋼渣微波場中還原脫磷結(jié)論

(1)實驗結(jié)果表明, 轉(zhuǎn)爐鋼渣為微波的良吸收體可在20m in被迅速加熱至1000e 以上。微波加熱能促進鋼渣的還原反應, 實現(xiàn)鋼渣在1400e 以下的低溫還原脫磷。平均脫磷率達85% 以上, 最優(yōu)可達9115%。

(2)微波碳熱還原鋼渣反應生成的Fe2C合金球, 最大直徑可達18mm, 易從渣中提取。其余呈均一彌散分布于殘渣中, 直徑大多在3mm以下, 需篩分與渣相分離。

(3)在1100e ~ 1400e 低溫范圍內(nèi), 鋼渣脫磷率隨溫度升高而增大, 1100e 時脫磷率達到80% , 1400e時脫磷率增高至8715%。適當增加保溫時間, 更利于還原反應的進行。

(4)鋼渣的還原效果很大程度受還原劑影響。金屬收得率和脫磷率隨著碳當量Ceq的增加而增加,1Ceq時脫磷率67%, 3Ceq鋼渣脫磷率上升至86.19%?！?】 4 預熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗

4.1w(CaO)/w(Fe2O3)對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

根據(jù)脫磷的主要反應式(式(1))可知, 脫磷劑中Fe2O3 在鐵水中的溶解氧[ O] 能將鐵水中的[ P] 氧化為P2O5 , 但P2O5 不穩(wěn)定, 必須和堿性氧化物(CaO)反應生成穩(wěn)定的磷酸鹽渣(4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5), 才能使鐵水中的磷脫除掉。通過實驗欲找到一個能使鐵水中磷含量降到最低的w(CaO)/w(Fe2O3)比值, 以達到最佳的脫磷效果。2[ P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)+(P2O5)+ 5[ Fe](1)為此, 在1350℃下固定w(CaF2)為10%不變,改變預熔脫磷劑中w(CaO)和w(Fe2 O3)的比值進行脫磷實驗, 脫磷劑加入量為鐵水量的10%, 處理時間為10 min, 結(jié)果如圖2 所示?？煽闯? 在w(CaO)/w(Fe2O3)的值介于0.5~ 1.0 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸上升, 當w(CaO)與w(Fe2O3)的比值為1.0 左右時, 脫磷率最大, 為95.22%, 這主要是由于w(CaO)/w(Fe2O3)約為1 時, 使鐵水中[ P] 與[ O] 充分結(jié)合生成的P2O5 能被CaO 完全固定為4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 實現(xiàn)較好的脫磷效果;而在w(CaO)/ w(Fe2 O3)介于1.00~1．25 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸下降。

圖

2w(CaO)/ w(Fe2O3)對脫磷率的影響

4.2 助熔劑含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

固定w(CaO)/w(Fe2O3)=1.0不變, 改變助熔劑CaF2 的含量在6% ~ 15% 之間變化進行脫磷實驗。處理10 min 的結(jié)果如圖3 所示, 可以看到在CaF2 含量為6% 時, 脫磷率相對較低, 進一步增加CaF2 的含量, 當w(CaF2)為10% 時, 脫磷率最大,為96.24% , 使鐵水中的磷由0.21% 降低為0.0079%, 這主要因為CaF2 與CaO 能形成低熔點化合物, 經(jīng)預熔處理后脫磷劑熔點和粘度得到了降低 ,使脫磷反應的動力學條件得到了明顯改善;當w(CaF2)進一步增加為15%時, 脫磷率有一定程度的降低, 為91.43%。由于在脫磷劑加入量一定的情況下, 當助熔劑量多時, 氧化劑和固定劑的相對加入量就會減少, 因此, 脫磷效果反而不好;且預熔脫磷劑中CaF2 大于15% 時將對爐襯產(chǎn)生明顯的侵蝕。

圖3 預熔脫磷劑中CaF2 含量對脫磷效果的影響 4.3鐵水初始磷含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

為適應鐵水中初始磷含量的波動對脫磷反應效果的影響, 對初始磷含量不同的鐵水用相同配比關(guān)系的預熔脫磷劑進行了實驗研究。在1 300℃, 加入量為10%的條件下, 分別選用初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0．21%、0.168%、0.119% 的生鐵進行實驗, 結(jié)果如圖4 所示?？梢钥闯鲭S初始磷含量的增大脫磷率略有增大, 當鐵水中的初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0.21%時, 經(jīng)過10 min 的脫磷處理后可使磷的質(zhì)量分數(shù)降低到0.007 9%, 脫磷率為96.24%;當初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0.168% 時, 可將鐵水中的磷的質(zhì)量分數(shù)降低到0.015% 的較低水平;初始磷的質(zhì)量分數(shù)進一步降低為0.119% 時, 鐵水中的磷的質(zhì)量分數(shù)也能降低到0.012% 的水平, 脫磷率可達到89.92%。結(jié)果表明鐵水中初始磷含量對用預熔脫磷劑進行鐵水預處理脫磷的脫磷效果影響不大。

圖4 初始鐵水中磷含量對脫磷率的影響

4.4 處理溫度對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

由熱力學分析可知, 脫磷反應是強放熱反應(ΔH =O 反應大量進行, 保證脫磷在低溫下進行?？焖偬岣咴蠪eO 含量, 保證爐渣熔化速度和具有較好的氧化性。此時, 控制溫度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO 質(zhì)量百分數(shù)在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 同時加強爐內(nèi)攪拌, 促進渣-金反應的快速進行。脫碳升溫期的主要任務(wù)是脫碳升溫防止回磷。此時, 脫磷任務(wù)已基本完成, 隨著脫碳的進行帶來的高溫會使脫磷反應逆向進行, 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學條件來進一步強化脫磷，的目的?？刂平K點ΣFeO質(zhì)量百分數(shù)在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產(chǎn)條件的差異應做適當?shù)恼{(diào)整, 以滿足生產(chǎn)的穩(wěn)定。但需要指出的是, 化渣脫磷期可采用高槍位軟吹或降低供氧強度, 即可以控制爐內(nèi)溫度, 在促進化渣的同時也可適當延長化渣脫磷期, 使脫磷反應充分進行。脫碳升溫期, 盡量提高供氧強度, 快速脫碳升溫來降低回磷。在條件準許的情況下, 可以采用留鋼操作是獲得高質(zhì)量鋼的有效手段。

6.2復吹轉(zhuǎn)爐成渣對脫磷結(jié)論

1)成渣過程決定脫磷的效率, 冶煉的不同時期應合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度, 鐵水磷含量的不同應選擇不同的成渣方式。

2)化渣脫磷期鐵水中磷含磷較高脫磷的驅(qū)動力較大, 主要通過改善動力學條件來加快脫磷, 采用鐵質(zhì)成渣。控制溫度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO質(zhì)量百分數(shù)在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 促進渣-金反應的快速進行。

3)脫碳升溫期鐵水溫度較高是脫磷的不利條件, 因此改善熱力學條件來進一步強化脫磷。控制終點ΣFeO 質(zhì)量百分數(shù)在15% ～20% , 爐渣堿度在315～410。【5】 7 結(jié)語

我國作為鋼材生產(chǎn)和消費大國, 煉鋼工序作為鋼鐵生產(chǎn)不可缺少的環(huán)節(jié), 鋼渣的產(chǎn)生不可避免。近年來, 我國鋼渣和鐵渣的堆置達3億多噸, 鋼渣占鋼鐵工業(yè)固體廢物的12109%。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中, 排放的主要固體廢棄物是高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣。其中高爐渣是利用技術(shù)最成熟的工業(yè)廢渣, 而轉(zhuǎn)爐渣的回收利用相對差很多, 對鋼渣利用比較好的國家主要有美國、德國和日本, 利用率均達到95%以上。而我國在2002年調(diào)查中鋼渣利用率僅為36% , 與國外先進國家相比, 在鋼鐵渣綜合利用方面還有較大差距。因而我們要多開發(fā)新技術(shù)如脫磷，做到如何在低成本下實現(xiàn)最大化的脫磷同時又不影響環(huán)境，從而做出高產(chǎn)出。新的技術(shù)還有待開發(fā)。

第三篇：鋼鐵冶金論文

?？普?文

題 目: 科 生 姓 名: 學 科、專 業(yè): :

業(yè)論文

鋼鐵中對脫磷反應的

蔡月亮

冶金工程（高起專函授）

內(nèi)蒙古科技大學成人教育學院

畢專學院（系、所）

內(nèi)蒙古科技大學成人教育學院

畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書

專業(yè) 冶金工程（高起專函授）班級09級冶金班

學號 姓名蔡月亮

畢業(yè)設(shè)計(論文)題目:鋼鐵中對脫磷反應的研究

設(shè)計期限:自2009年 9 月 1 日 至2011年 5 月 20 日

指導老師:龐峰淼

系 主 任:

2011年 4 月 27日

摘要

主要研究近年來脫磷的方法，一些防止冷脆和回磷的措施，復吹轉(zhuǎn)爐成渣過程對脫磷的影響，高磷鐵水脫磷效率影響因素等。

關(guān)鍵詞：脫磷；爐渣堿度；速率；預熔脫磷劑；高磷鐵水

Abstract Research in recent years dephosphorization method, some of the phosphorus to prevent cold crisp and return measures, blowing converter process for dephosphorization slag into the impact of high phosphorus hot metal dephosphorization efficiency influencing factors.Keywords: dephosphorization;slag basicity;rate;pre-melting dephosphorization agent;high phosphorus hot metal

前言

脫除鋼液中有害雜質(zhì)磷的物理化學過程。在高爐煉鐵時，原料中的磷幾乎全部還原到生鐵中，隨著鐵礦石磷含量的不同，生鐵中的磷可達0.1％～1.0％，特殊的可高達2.0％以上。鐵合金中同理也含有相當多磷。磷使鋼材在低溫下變脆，即產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象。實驗研究證明，磷在鋼凝固過程中偏析聚集在晶界處，很少量的磷，例如0.01％(100ppm)即可使鋼呈現(xiàn)低溫脆性。冶煉普通鋼要求將磷降到0.030％～0.040％，而低溫用鋼如寒冷地帶鉆井平臺用鋼、液化氣體儲存和輸送用鋼等要求含磷低到0.002％～0.003％(即20～30ppm)。因此，脫磷是煉鋼過程的主要任務(wù)之一。

2．轉(zhuǎn)爐的脫磷

2.1轉(zhuǎn)爐脫磷的基本原理

通常認為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程中的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后與（CaO）結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應式可表示為：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或 2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe] 2.2影響脫磷的因素

磷的氧化在鋼渣界面進行，按爐渣分子理論的觀點，反應式如下： 2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）

3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）

（3 FeO·P2O5）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推導出（4）： 2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高堿度、高氧化性渣對脫磷有利，去磷是放熱反應，故從熱力學講低溫條件有利于去磷反應的進行。

（1）氧化性對爐渣去磷能力影響的理論分析

由上式不難看出（FeO）在脫磷過程中起雙重作用，一方面作為磷的氧化劑起氧化磷的作用；另一方面充當把（P2O5）結(jié)合成（3 FeO·P2O5）的基礎(chǔ)化合物的作用?？梢哉J為渣中存在（FeO）是去磷的必要條件。由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃時不穩(wěn)定的，因此只有當熔池內(nèi)石灰熔化后生成穩(wěn)定的化合物(4CaO·P2O5)才能達到去磷的目的。（2）爐渣堿度對爐渣去磷能力的影響理論分析

CaO具有較強的脫磷能力，(4CaO·P2O5)在煉鋼溫度下很穩(wěn)定，因此，提高爐渣堿

度可以提高脫磷的效率。但不能無止盡的提高爐渣的堿度，如果CaO加入過多，爐渣的熔點增大，CaO顆粒不能完全熔入爐渣，則導致爐渣的流動性減弱，黏度增強，從而影響脫磷反應在鋼液與爐渣之間的界面進行而降低脫磷效果。另外，爐渣堿度與氧化鐵的活度也有關(guān)系，過高堿度減少氧化鐵的活度，從而降低脫磷效果。

（3）溫度對爐渣去磷能力影響的理論分析

溫度對去磷反應的影響從兩個方面來看：一方面，去磷反應是放熱反應，高溫不利于去磷，然而，熔池溫度的提高，將加速石灰的熔化，提高熔渣堿度，從而提高磷在爐渣和鋼水中的分配比；另一方面，高溫能提高渣的流動性，能加強渣—鋼界面反應，提高去磷速度，所以過低的溫度不利于去磷。

總之脫磷的條件為：高堿度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流動性熔渣、充分的熔池攪動、適當?shù)臏囟燃按笤俊?/p>

2.3冷脆現(xiàn)象

磷是鋼中有害雜質(zhì)之一。含磷較多的鋼,在室溫或更低的溫度下使用時,容易脆裂，稱為“冷脆”。鋼中含碳越高，磷引起的脆性越嚴重。一般普通鋼中規(guī)定含磷量不超過 0.045％，優(yōu)質(zhì)鋼要求含磷更少。生鐵中的磷，主要來自鐵礦石中的磷酸鹽。氧化磷和氧化鐵的熱力學穩(wěn)定性相近。在高爐的還原條件下，爐料中的磷幾乎全部被還原并溶入鐵水。如選礦不能除去磷的化合物，脫磷就只能在（高）爐外或堿性煉鋼爐中進行。

2.4回磷現(xiàn)象

所謂的回磷現(xiàn)象，就是磷從熔渣中又返回到鋼液中。成品鋼中磷含量高于終點鋼中的磷含量也屬于回磷現(xiàn)象。熔渣的堿度或氧化亞鐵含量降低，或石灰劃渣不好，或溫度過高等，均會引起回磷現(xiàn)象。出鋼過程中，由于脫氧合金加入不當，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導致成品鋼中磷高于終點鋼[P]含量。由于脫氧，爐渣堿度、（FeO）含量降低，鋼包內(nèi)有回磷現(xiàn)象，反應式如下：

2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe]

(FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]

2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P]

(P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]

3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P] 通常采用避免鋼水回磷措施：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當提高脫氧前堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼包脫氧，而不采取爐內(nèi)脫氧；加入鋼包改質(zhì)劑。2.5 還原脫磷

還原條件下進行脫磷近年來也很受關(guān)注，要實現(xiàn)還原脫磷，必須加入比鋁更強的脫氧劑，使鋼液達到深度還原。通常加入Ca，Ba或CaC2等強還原劑。還原脫磷反應：

3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C] 還原脫磷加入強還原劑的同時，還需加入CaF2，CaO等熔劑造渣。還原脫磷一般是在金屬不宜用氧化脫磷的情況下使用，如含鉻高的不銹鋼，采用氧化脫磷會引起鉻的大量氧化。還原脫磷后的渣應立即去除，否則渣中P3-又會被重新氧化成PO43-而造成回磷。【1】

2.6脫磷反應的速率

脫磷是渣一鋼界面反應，反應的進行包括3個環(huán)節(jié)：(1)鋼液中磷和氧向渣鋼界面?zhèn)髻|(zhì)；(2)在渣鋼界面進行化學反應；(3)生成物在渣相內(nèi)的傳質(zhì)。高溫下脫磷的化學反應是極快的，傳質(zhì)是脫磷速率的限制環(huán)節(jié)。對于渣相和金屬相中的傳質(zhì)快慢比較，不同研究者所得結(jié)果各異。這可能因兩相中的傳質(zhì)速率差別不大，所以測定有分歧。然而無論是哪個相中，增大傳質(zhì)速率的因素都是加強攪拌，增大界面流動速度，增大渣鋼界面面積等。頂吹轉(zhuǎn)爐中有大量金屬液滴彌散于渣中，造成良好的脫磷動力學條件，許多人捕集液滴進行化學分析，發(fā)現(xiàn)液滴中磷含量比同一時刻的熔池含磷量低得多?？梢哉J為，頂吹轉(zhuǎn)爐的脫磷都是在液滴表面進行的。氧氣底吹轉(zhuǎn)爐，如果隨同氧氣噴入石灰粉，則石灰粉粒與生成的氧化鐵可以形成低熔點的鐵酸鈣渣滴，造成良好的脫磷熱力學條件和動力學條件，使脫磷能提前到脫碳時進行，大約有50％～70％的磷靠渣滴來脫除。所以說，加強冶煉過程的攪拌造成液滴乳化，是提高脫磷速率的根本性措施。預熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗

3.1 w(CaO)/w(Fe2O3)對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

根據(jù)脫磷的主要反應式(式(1))可知, 脫磷劑中Fe2O3 在鐵水中的溶解氧[ O] 能將鐵水中的[ P] 氧化為P2O5 , 但P2O5 不穩(wěn)定, 必須和堿性氧化物(CaO)反應生成穩(wěn)定的磷酸鹽渣(4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5), 才能使鐵水中的磷脫除掉。通過實驗欲找到一個能使鐵水中磷含量降到最低的w(CaO)/w(Fe2O3)比值, 以達到最佳的脫磷效果。2[ P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)+(P2O5)+ 5[ Fe](1)為此, 在1350℃下固定w(CaF2)為10%不變,改變預熔脫磷劑中w(CaO)和w(Fe2 O3)的比值進行脫磷實驗, 脫磷劑加入量為鐵水量的10%, 處理時間為10 min, 結(jié)果如圖2 所示?？煽闯? 在w(CaO)/w(Fe2O3)的值介于0.5~ 1.0 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸上升, 當w(CaO)與w(Fe2O3)的比值為1.0 左右時, 脫磷率最大, 為95.22%, 這主要是由于w(CaO)/w(Fe2O3)約為1 時, 使鐵水中[ P] 與[ O] 充分結(jié)合生成的P2O5 能被CaO 完全固定為4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 實現(xiàn)較好的脫磷效果;而在w(CaO)/ w(Fe2 O3)介于1.00~1．25 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸下降。

圖

2w(CaO)/ w(Fe2O3)對脫磷率的影響

3.2 助熔劑含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

固定w(CaO)/w(Fe2O3)=1.0不變, 改變助熔劑CaF2 的含量在6% ~ 15% 之間變化進行脫磷實驗。處理10 min 的結(jié)果如圖3 所示, 可以看到在CaF2 含量為6% 時, 脫磷率相對較低, 進一步增加CaF2 的含量, 當w(CaF2)為10% 時, 脫磷率最大,為96.24% , 使鐵水中的磷由0.21% 降低為0.0079%, 這主要因為CaF2 與CaO 能形成低熔點化合物, 經(jīng)預熔處理后脫磷劑熔點和粘度得到了降低 ,使脫磷反應的動力學條件得到了明顯改善;當w(CaF2)進一步增加為15%時, 脫磷率有一定程度的降低, 為91.43%。由于在脫磷劑加入量一定的情況下, 當助熔劑量多時, 氧化劑和固定劑的相對加入量就會減少, 因此, 脫磷效果反而不好;且預熔脫磷劑中CaF2 大于15% 時將對爐襯產(chǎn)生明顯的侵蝕。

圖3 預熔脫磷劑中CaF2 含量對脫磷效果的影響

3.3 鐵水初始磷含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

為適應鐵水中初始磷含量的波動對脫磷反應效果的影響, 對初始磷含量不同的鐵水用相同配比關(guān)系的預熔脫磷劑進行了實驗研究。在1 300℃, 加入量為10%的條件下, 分別選用初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0．21%、0.168%、0.119% 的生鐵進行實驗, 結(jié)果如圖4 所示?？梢钥闯鲭S初始磷含量的增大脫磷率略有增大, 當鐵水中的初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0.21%時, 經(jīng)過10 min 的脫磷處理后可使磷的質(zhì)量分數(shù)降低到0.007 9%, 脫磷率為96.24%;當初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0.168% 時, 可將鐵水中的磷的質(zhì)量分數(shù)降低到0.015% 的較低水平;初始磷的質(zhì)量分數(shù)進一步降低為0.119% 時, 鐵水中的磷的質(zhì)量分數(shù)也能降低到0.012% 的水平, 脫磷率可達到89.92%。結(jié)果表明鐵水中初始磷含量對用預熔脫磷劑進行鐵水預處理脫磷的脫磷效果影響不大。

圖4 初始鐵水中磷含量對脫磷率的影響

3.4 處理溫度對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

由熱力學分析可知, 脫磷反應是強放熱反應(ΔH =O 反應大量進行, 保證脫磷在低溫下進行?？焖偬岣咴蠪eO 含量, 保證爐渣熔化速度和具有較好的氧化性。此時, 控制溫度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO 質(zhì)量百分數(shù)在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 同時加強爐內(nèi)攪拌, 促進渣-金反應的快速進行。脫碳升溫期的主要任務(wù)是脫碳升溫防止回磷。此時, 脫磷任務(wù)已基本完成, 隨著脫碳的進行帶來的高溫會使脫磷反應逆向進行, 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學條件來進一步強化脫磷，的目的?？刂平K點ΣFeO質(zhì)量百分數(shù)在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產(chǎn)條件的差異應做適當?shù)恼{(diào)整, 以滿足生產(chǎn)的穩(wěn)定。但需要指出的是, 化渣脫磷期可采用高槍位軟吹或降低供氧強度, 即可以控制爐內(nèi)溫度, 在促進化渣的同時也可適當延長化渣脫磷期, 使脫磷反應充分進行。脫碳升溫期, 盡量提高供氧強度, 快速脫碳升溫來降低回磷。在條件準許的情況下, 可以采用留鋼操作是獲得高質(zhì)量鋼的有效手段。

5.2復吹轉(zhuǎn)爐成渣對脫磷結(jié)論

1)成渣過程決定脫磷的效率, 冶煉的不同時期應合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度, 鐵水磷含量的不同應選擇不同的成渣方式。

2)化渣脫磷期鐵水中磷含磷較高脫磷的驅(qū)動力較大, 主要通過改善動力學條件來加快脫磷, 采用鐵質(zhì)成渣?？刂茰囟仍? 400 ℃以下, 控制ΣFeO質(zhì)量百分數(shù)在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 促進渣-金反應的快速進行。

3)脫碳升溫期鐵水溫度較高是脫磷的不利條件, 因此改善熱力學條件來進一步強化脫磷。控制終點ΣFeO 質(zhì)量百分數(shù)在15% ～20% , 爐渣堿度在315～410。【5】 結(jié)語

我國作為鋼材生產(chǎn)和消費大國, 煉鋼工序作為鋼鐵生產(chǎn)不可缺少的環(huán)節(jié), 鋼渣的產(chǎn)生不可避免。近年來, 我國鋼渣和鐵渣的堆置達3億多噸, 鋼渣占鋼鐵工業(yè)固體廢物的12109%。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中, 排放的主要固體廢棄物是高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣。其中高爐渣是利用技術(shù)最成熟的工業(yè)廢渣, 而轉(zhuǎn)爐渣的回收利用相對差很多, 對鋼渣利用比較好的國家主要有美國、德國和日本, 利用率均達到95%以上。而我國在2002年調(diào)查中鋼渣利用率僅為36% , 與國外先進國家相比, 在鋼鐵渣綜合利用方面還有較大差距。因而我們要多開發(fā)新技術(shù)如脫磷，做到如何在低成本下實現(xiàn)最大化的脫磷同時又不影響環(huán)境，從而做出高產(chǎn)出。新的技術(shù)還有待開發(fā)。

參考文獻

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第四篇：鋼鐵冶金復習資料

鋼鐵冶金

第一章

1.高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程

爐料（鐵礦石 溶劑 焦炭）通過上料機裝入爐內(nèi)，空氣通過鼓風機和熱風爐生成熱風鼓入爐內(nèi)，噴吹燃料罐將燃料裝入爐內(nèi)，它們在高爐內(nèi)反應生成爐渣 生鐵和煤氣；爐渣分為水渣（建筑材料）和渣棉（絕熱材料）；生鐵分為鑄造生鐵 煉鋼生鐵和特殊生鐵；煤氣通過除塵產(chǎn)生凈煤氣加入熱風爐或者其他用途。

2.高爐煉鐵有哪些技術(shù)經(jīng)濟指標

p

（1）有效容積利用系數(shù)?u?Vu

（2）焦比；K?其中P為生鐵日產(chǎn)量，Vu為高爐有效容積 QQ為焦炭日消耗量P

（K焦炭1）燃料比K燃??K煤粉?K重油??）

2）綜合焦比K綜?K?K干

(3)冶煉強度I?Q

Vu由此得出?u?IK

（4）焦炭負荷（5）生鐵合格率（6）休風率(7)生鐵成本（8）爐齡

3.高爐區(qū)域劃分

從上到下依次是塊狀帶，軟熔帶，滴落帶，燃燒帶，渣鐵盛聚帶。

第二章

1.高爐常用的鐵礦石有哪幾種？各有何特點？

赤鐵礦：紅礦，主要成分為三氧化二鐵，硫磷含量低，質(zhì)軟，易碎，易還原

磁鐵礦：黑色，有磁性，四氧化三鐵，硫磷含量高，致密，堅硬，難還原

褐鐵礦：含水氧化鐵，褐色，磷含量高，質(zhì)軟疏松，易還原

菱鐵礦：碳酸鐵礦石，灰色 淺黃色，褐色，碳酸亞鐵，易破碎，焙燒后易還原

2.評價鐵礦石質(zhì)量的標準有哪些？

A成分：礦石品位 脈石成分 有害雜質(zhì)和有益元素的含量

B粒度和強度C還原性D化學成分穩(wěn)定性

3.燒結(jié)和球團有哪些區(qū)別？

（1）球團礦更始于處理細精礦粉。粒度越細，成球性越好，球團強度越高

（2）成品礦的形狀不同。球團礦較燒結(jié)礦粒度均勻，微氣孔多，還原性好，強度高，且易于貯存，有利于強化高爐生產(chǎn)。

（3）適用于球團法處理的原料來源較寬，產(chǎn)品種類多。

（4）固結(jié)成塊的機理不同。燒結(jié)礦是靠液相固結(jié)的，混合料中必須有燃料;而球團礦主要是依靠礦粉顆粒的高溫再結(jié)晶固結(jié)的，混合料中不加燃料

（5）生產(chǎn)工藝不同。燒結(jié)料的混合與造球是在混合機內(nèi)同時進行的，成球不完全，混合料中仍然含有相當數(shù)量未成球的小顆粒。而球團礦生產(chǎn)工藝中必須有專門的造球工序和設(shè)備，將全部混合料造成10～25mm的球，小于10mm的小球要篩出重新造球。

4.高爐煉鐵中硫磷的危害

硫的危害：危害最大的元素，使產(chǎn)生熱脆（熱加工時，分布于晶界的共晶體先行熔化而導致開裂）磷的危害：使鋼具有冷脆性（磷使鋼材的室溫強度提高而脆性增加）

5.對堿度的描述

R=w（CaO）/w（SiO2）R小于1時，為酸性燒結(jié)礦，R等于1至1.4時為自熔性燒結(jié)礦，R大于1.4時為熔劑性燒

結(jié)礦

6.焦炭的作用

作燃料，還原劑，料柱骨架，生鐵滲碳的碳源

第三章

1.為什么用生鐵中德硅含量來表示爐溫？

因為渣溫和硅含量基本呈線性關(guān)系

為什么殘錳量表示熔池鋼液溫度？

（因為在堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼中，溫度越高，還原出來的錳量就越大，殘錳量也就越高）

2.高爐煉渣是怎樣形成的？

初渣：固相反應，礦石軟化，初渣生成（熔融，滴落）

中間渣：在風口水平以上，軟熔帶以下

終渣：排出爐外的渣

3.哪些因素影響爐渣的脫硫能力？（提高能力的措施）

（1）提高爐渣堿度（2）提高爐缸（渣，鐵）溫度（3）強烈的還原性氣氛

第四章

1.哪些因素影響爐料的順利下降？

焦炭的不斷燃燒和消耗，爐料的熔化和渣，鐵的排出，直接還原和滲碳引起的溶解損失，爐料下降過程中小塊充填于大塊之間引起的體積收縮，粉料被吹出引起的爐塵損失，基本的危燃料的燃燒和渣，鐵的排放。高爐料柱壓差，壓差主要取決于氣流速度和料層通道的當量直徑，實質(zhì)也就是料柱的透氣性增加料柱孔隙率和煤氣通道當量直徑，可以改善料柱透氣性，合理的煤氣流分布也是高爐順行的重要標志之一

2.高溫操作線圖P99

第七章

1.鋼和生鐵的區(qū)別

（1）含碳量不同。碳含量小于2.11%的稱為鋼，大于或等于2.11%的稱為生鐵

（2）性能不同。鋼具有很好的物理化學性能和力學性能

（3）其他元素。

2.鐵碳相圖P15

5第八章

鋼液的脫氧方式有哪幾種？各有什么特點？

沉淀脫氧法：效率高，操作簡單，成本低，對冶煉時間無影響，但是脫氧程度取決于脫氧劑的能力和脫氧產(chǎn)物的排出條件

擴散脫氧法：有利于提高鋼液的潔凈度，但速度慢，時間長；通過吹氬攪拌和鋼渣混沖加速進程；操作前需更換新渣，以防止回磷

真空脫氧法：脫氧比較徹底，脫氧產(chǎn)物為CO氣體，不污染鋼液，而且在排出CO的同時還具有脫氫 脫氮的作用

第九章

轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼用的原材料各有哪些？

轉(zhuǎn)爐：鐵水，廢鋼，鐵合金，造渣劑（石灰，螢石，白云石），增碳劑，氧化劑（氧氣，鐵礦石，氧化鐵皮）電爐：廢鋼，生鐵海綿鐵，鐵合金，造渣劑（石灰，螢石,白云石），增碳劑，氧化劑（氧化鐵皮）

第十章

1.頂吹工藝流程

（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設(shè)備等并進行必要的修補和修理；

（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；

（3）降槍開吹，同時加入第一批渣料（起初爐內(nèi)噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰；3～5min后硅錳氧接近結(jié)束，碳氧反應逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時渣料熔化，噪聲減弱）；

（4）3～5min后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；

（5）倒爐，測溫、取樣，并確定補吹時間或出鋼；

（6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。

2.頂吹，底吹，頂?shù)讖痛档奶攸c

頂吹：優(yōu)點（1）熔煉速度快，生產(chǎn)率高（一爐鋼只需20min）

（2）熱效率高，冶煉中不需外來熱源，且可配用10-30%的廢鋼

（3）鋼的品種多，質(zhì)量好（高低碳鋼都能煉，且硅、硫、磷、氫、氮、氧及夾雜含量低

（4）便于開展綜合利用和實現(xiàn)生產(chǎn)過程計算機控制

缺點吹損較高（10%），所煉鋼種仍受一定限制（冶煉含大量難熔元素和易氧化元素的高合金鋼有一定的困難。）噴濺和返干時有發(fā)生，而且吹煉后期熔池的攪拌弱（主要靠脫碳反應攪拌），鋼渣間反應未達平衡，渣中的氧化亞鐵含量高而吹損高、脫氧劑消耗高。

底吹：優(yōu)點（1）金屬收得率高（2）Fe Mn Al等合金的消耗量降低

（3）脫氧劑和石灰降低（4）氧耗降低（5）煙塵少，噴濺少

（6）脫碳速度快，冶煉周期短，生產(chǎn)率高（7）廢鋼比增加

（8）攪拌能力大，氮含量低

缺點（1）爐齡較低（2）（ΣFeO）少，化渣比較困難，脫磷不如頂吹

（3）鋼中氫元素含量較高

頂?shù)讖痛担?）頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐石灰單耗低，2）渣量少，3）鐵合金單耗相當于底吹轉(zhuǎn)爐，4）氧耗介于頂吹與底吹之間。5）頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐能形成高堿度氧化性爐渣，提前脫磷，6）直接拉碳，生產(chǎn)低碳鋼種，對吹煉中、高磷鐵水有很大的適應性。

第十一章

1.現(xiàn)代電爐煉鋼工藝操作特點和操作流程，并且與傳統(tǒng)工藝的不同

2.廢鋼預熱節(jié)能技術(shù)有哪幾種？

料籃預熱法，雙殼電爐法，豎窯式電爐法，爐料連續(xù)預熱法

3.電爐煉鋼六個操作過程：補爐、裝料、熔化、氧化、還原與出鋼

第十二章

1.如何實現(xiàn)鐵水同時脫硫，脫磷？

（1）在溫度和鐵水成分一定時，選擇磷容量CP和硫容量CS較大的渣系，實現(xiàn)同時脫磷脫硫。

（2）用脫硫和脫磷能力大的Na2O和石灰系渣進行實驗，可找出同時滿足脫磷和脫硫所必需的氧位。

（3）用蘇打作熔劑，很容易達到同時脫磷脫硫效果。用石灰渣系時將難以達到同時脫磷脫硫的要求。

（4）噴吹法可以在鐵水罐內(nèi)不同部位造成不同的氧勢。噴嘴和噴槍附近氧勢高，脫磷；罐底、內(nèi)襯及渣-鐵界面附近氧勢低，脫硫。老師課件沒有化

2.鋼水二次精煉的主要方法有哪些？

LF法：電弧加熱的鋼包吹氬爐

RH法：循環(huán)真空脫氣精煉法

VD法：真空脫氣法

VOD法：真空吹氧脫碳法

AOD法：氬-氧脫碳法

3.鐵水預處理方法：脫硫，脫磷，脫硅

4.爐外精煉四個基本手段：攪拌，真空，加熱，添加精煉劑

第十三章

1.連鑄的主要設(shè)備

主要設(shè)備由鋼包、中間包、結(jié)晶器、結(jié)晶器振動裝置、二次冷卻和鑄坯導向裝置、拉坯矯直裝置、切割裝置、出坯裝置等部分組成。

2.連鑄的操作工藝

（1）連鑄鋼水的溫度要求1）鋼液溫度的控制：主要是通過穩(wěn)定出鋼溫度，提高終點溫度的命中率；減少鋼液傳遞過程的溫降；充分發(fā)揮精煉的調(diào)節(jié)作用

2）鋼液成分的控制：包括鋼液的成分、流動性（可澆性）、潔凈度的控制。

（2）澆注前的準備包括鋼包的準備，中間包的準備，結(jié)晶器的檢查，二冷區(qū)的檢查，拉坯機剪切裝置的檢查，堵引錠頭

（3）澆鋼操作1）鋼包澆注@鋼包放在回轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)至澆注位置并鎖定@中間包運至澆注位置，與結(jié)晶器重新嚴格對中定位@在中間包底均勻撒放Ca-Si合金粉@調(diào)節(jié)中間包小車，將侵入式水口伸入結(jié)晶器到認定位置，然后多次啟閉塞棒，再次檢查其開啟的靈活性和關(guān)閉的嚴密性。@采用保護澆注時，鋼包就位后安裝保護套管

2）中間包澆注：當流入中間包的鋼液達到1/2的高度，中間包開澆。

3）連鑄機的啟動：拉矯機構(gòu)的起步就是連鑄機的啟動。

4）正常澆注

5）多爐連澆：轉(zhuǎn)入正常澆注后，還需實現(xiàn)多爐連澆操作，包括更換鋼包和快速更換中間包等。

6）澆注結(jié)束

（4）澆注溫度控制控制過熱度，保持均勻、穩(wěn)定的澆注溫度。可采用中間包加熱技術(shù)補償鋼液溫降損失。

（5）拉速控制確定鋼種和鑄坯斷面后，拉速隨澆注溫度進行調(diào)節(jié)

（6）冷卻水控制1)結(jié)晶器冷卻：結(jié)晶器冷卻水采用經(jīng)過處理的軟水，用量根據(jù)鑄坯尺寸而定

2）二次冷卻：采用噴水冷卻。二冷區(qū)的供水量沿連鑄機長度方向從上到下逐漸減少。

（7）保護澆注采用全過程的保護澆注嚴格控制鋼的二次污染。

（8）結(jié)晶器保護渣

3.如何評價連鑄坯的質(zhì)量，他們各自的缺陷和發(fā)生在哪部分？

（1）連鑄坯的純凈度，指鋼中夾雜物的含量、形態(tài)和分布。

（2）連鑄坯表面質(zhì)量。指連鑄坯表面是否存在裂紋、夾渣及皮下氣泡等缺陷。

（3）連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。指連鑄坯是否有正確的凝固結(jié)構(gòu)和裂紋、偏析、疏松等缺陷的程度

（4）連鑄坯形狀缺陷。形狀是否規(guī)矩、尺寸誤差是否符合規(guī)定要求。

第五篇：鋼鐵冶金論文

煉鋼中脫磷的研究

摘要：主要研究近年來脫磷的方法，一些防止回磷的措施，復吹轉(zhuǎn)爐成渣過程對脫磷的影響，高磷鐵水脫磷效率影響因素，以及鋼渣在微波場中還原脫磷的工藝。

關(guān)鍵詞：脫磷；回磷；爐渣堿度；還原；預熔脫磷劑；高磷鐵水；煉鋼工藝

1.前言

一般情況下，磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。磷能溶于a-Fe中(可達1.2％)，固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒問的強度大大增高，從而使鋼材的室溫強度提高而脆性增加，稱為冷脆。但含磷鐵水的流動性好，充填性好，對制造畸形復雜鑄件有利。此外，磷可改善鋼的切削性能、易切削鋼中磷含量可達0.08％一0.15％。2．轉(zhuǎn)爐的脫磷

2.1轉(zhuǎn)爐脫磷的基本原理

通常認為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程中的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后與（CaO）結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應式可表示為： 2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或 2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe] 2.2影響脫磷的因素

磷的氧化在鋼渣界面進行，按爐渣分子理論的觀點，反應式如下： 2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）

3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）

（3 FeO·P2O5）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推導出（4）：

2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高堿度、高氧化性渣對脫磷有利，去磷是放熱反應，故從熱力學講低溫條件有利于去磷反應的進行。

（1）氧化性對爐渣去磷能力影響的理論分析

由上式不難看出（FeO）在脫磷過程中起雙重作用，一方面作為磷的氧化劑起氧化磷的作用；另一方面充當把（P2O5）結(jié)合成（3 FeO·P2O5）的基礎(chǔ)化合物的作用?？梢哉J為渣中存在（FeO）是去磷的必要條件。由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃時不穩(wěn)定的，因此只有當熔池內(nèi)石灰熔化后生成穩(wěn)定的化合物(4CaO·P2O5)才能達到去磷的目的。（2）爐渣堿度對爐渣去磷能力的影響理論分析

CaO具有較強的脫磷能力，(4CaO·P2O5)在煉鋼溫度下很穩(wěn)定，因此，提高爐渣堿

度可以提高脫磷的效率。但不能無止盡的提高爐渣的堿度，如果CaO加入過多，爐渣的熔點增大，CaO顆粒不能完全熔入爐渣，則導致爐渣的流動性減弱，黏度增強，從而影響脫磷反應在鋼液與爐渣之間的界面進行而降低脫磷效果。另外，爐渣堿度與氧化鐵的活度也有關(guān)系，過高堿度減少氧化鐵的活度，從而降低脫磷效果。（3）溫度對爐渣去磷能力影響的理論分析

溫度對去磷反應的影響從兩個方面來看：一方面，去磷反應是放熱反應，高溫不利于去磷，然而，熔池溫度的提高，將加速石灰的熔化，提高熔渣堿度，從而提高磷在爐渣和鋼水中的分配比；另一方面，高溫能提高渣的流動性，能加強渣—鋼界面反應，提高去磷速度，所以過低的溫度不利于去磷。

總之脫磷的條件為：高堿度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流動性熔渣、充分的熔池攪動、適當?shù)臏囟燃按笤俊?/p>

2.3回磷現(xiàn)象

所謂的回磷現(xiàn)象，就是磷從熔渣中又返回到鋼液中。成品鋼中磷含量高于終點鋼中的磷含量也屬于回磷現(xiàn)象。熔渣的堿度或氧化亞鐵含量降低，或石灰劃渣不好，或溫度過高等，均會引起回磷現(xiàn)象。出鋼過程中，由于脫氧合金加入不當，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導致成品鋼中磷高于終點鋼[P]含量。由于脫氧，爐渣堿度、（FeO）含量降低，鋼包內(nèi)有回磷現(xiàn)象，反應式如下：

2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe]

(FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]

2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P]

(P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]

3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P] 通常采用避免鋼水回磷措施：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當提高脫氧前堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼包脫氧，而不采取爐內(nèi)脫氧；加入鋼包改質(zhì)劑。

2.4 還原脫磷

還原條件下進行脫磷近年來也很受關(guān)注，要實現(xiàn)還原脫磷，必須加入比鋁更強的脫氧劑，使鋼液達到深度還原。通常加入Ca，Ba或CaC2等強還原劑。還原脫磷反應：

3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C] 還原脫磷加入強還原劑的同時，還需加入CaF2，CaO等熔劑造渣。還原脫磷一般是在金屬不宜用氧化脫磷的情況下使用，如含鉻高的不銹鋼，采用氧化脫磷會引起鉻的大量氧化。還原脫磷后的渣應立即去除，否則渣中P3-又會被重新氧化成PO43-而造成回磷?！?】 3 鋼渣在微波場中還原脫磷

微波技術(shù)在加熱高電介質(zhì)耗損原料方面是一種簡單而有效的方法, 在冶金還原領(lǐng)域有著廣闊的應用

前景。相較于傳統(tǒng)加熱還原工藝需要較高的溫度和損耗, 具有體積性加熱、選擇性加熱、非接觸性加熱、即時性等加熱特性的微波場在較低溫度下能夠提供更多的熱量。因為通過渣料表面點位與微波能的強烈作

用, 物料表面點位選擇性被很快加熱至很高溫度。鐵氧化物是一種高微波響應材料, 而且如果Fe3+ /(Fe2++ Fe3+)的比率在一個合適的范圍內(nèi), 鋼渣能得到有效加熱, 碳質(zhì)微粒物質(zhì)具有良好的微波吸收特性, 有利于迅速加熱原料。

3.1結(jié)果與討論

實驗表明鋼渣為微波的良吸收體, 如圖3所示, 當時間達到15~ 20min時, 純渣料及各配碳量條件下的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 物料的微波升溫曲線 圖1 微波冶金試驗爐 物料溫度均達到1000e 并呈線性穩(wěn)定增加。還原結(jié)果如圖表4所示, 溫度對還原反應的影響很大, 隨著溫度的上升, 脫磷率穩(wěn)定增加。1400e 時脫磷率可達到87.15%。當溫度達到1200e 時, 渣料中出現(xiàn)大量直徑小于1mm的金屬顆粒, 并且呈均一彌散分布。由此證明微波體無溫度梯度的加熱方式使其中不同位置的物料獲得均一穩(wěn)定的加熱特性。當溫度達到1300e 時, 渣料中即出現(xiàn)易從渣相分離出的直徑在10~ 20 mm的大顆粒金屬球.碳熱還原鋼渣的反應機理是: Ca3(PO4)2 + 5C= 3CaO+ 1 /2P4 + 5CO 該反應在超過1000e 時能自發(fā)進行, 傳統(tǒng)工藝中溫度達到1400e 才能迅速反應。微波場中當溫度達到1200e 脫磷率就已經(jīng)達到85% 以上。所實驗表明, 較傳統(tǒng)加熱工藝, 微波促進鋼渣脫磷, 使得還原脫磷反應在低溫下得以實現(xiàn)。

圖4 溫度對脫磷率的影響

實驗表明Ceq對還原反應的影響顯著。在微波場中升溫到1300e 保溫20min檢測發(fā)現(xiàn), 隨著碳當量的增加, 渣中鐵和磷含量降低, 脫磷率增加。如圖6，當Ceq= 1時, 即體系中的還原劑剛好夠還原鋼渣氧化物所用, 由于體系開放, 部分碳質(zhì)還原劑在空氣環(huán)境下微波輻射氧化消耗, 使得還原劑的有效參與率降低,從而導致脫磷率較低。隨著Ceq增加, 當Ceq= 3時, 碳還原反應劇烈, CO氣泡從坩堝界面和料面不斷冒出,遇空氣燃燒劇烈, 此時的脫磷率達到8619%。實驗發(fā)現(xiàn)配碳量較高情況下氣化脫磷占總脫磷率比重很大。主要由于高還原劑條件下產(chǎn)生大量CO氣體, CO上升過程將更多P(g)帶出, 促進了磷的氣化逸散。此外,微波加熱在1300e 下即可較充分的發(fā)生還原反應, 此溫度尚未產(chǎn)生宏觀熔池, 為固固相反應, 料柱松散, 磷蒸汽逸散阻力小, 易被CO氣體攜帶出體系。上述結(jié)果表明, 鋼渣的還原效果很大程度上還是受還原劑的影響, 碳當量越高, 鐵和磷在渣鐵間的分配比越小, 金屬聚集阻力和磷的氣化阻力越小, 即高碳當量有利于磷的還原和遷移。但過高的碳當量在反映出其對

于體系升溫有負面影響。所以選擇合適的過量碳當量是必要的。本次實表明, 2~ 3倍碳當量既能返祖快速升溫啟動和促進脫磷反應, 又能避免碳資源的浪費。為研究保溫時間對還原效果的影響, 在1300e , 3Ceq條件下, 分別設(shè)定保溫時間0 min、10 min、20m in、30 min進行對比實驗, 結(jié)果如圖7。實驗證明, 保溫時間越長, 渣相中出現(xiàn)Fe2C合金球直徑越大, 可回收金屬量越大, 脫磷率也越高。這說明適當延長保溫時間, 能提供更長時間和更多熱量促進金屬球的聚集長大,利于合金采集和回收。

3.2鋼渣微波場中還原脫磷結(jié)論

(1)實驗結(jié)果表明, 轉(zhuǎn)爐鋼渣為微波的良吸收體可在20m in被迅速加熱至1000e 以上。微波加熱能促進鋼渣的還原反應, 實現(xiàn)鋼渣在1400e 以下的低溫還原脫磷。平均脫磷率達85% 以上, 最優(yōu)可達9115%。

(2)微波碳熱還原鋼渣反應生成的Fe2C合金球, 最大直徑可達18mm, 易從渣中提取。其余呈均一彌散分布于殘渣中, 直徑大多在3mm以下, 需篩分與渣相分離。

(3)在1100e ~ 1400e 低溫范圍內(nèi), 鋼渣脫磷率隨溫度升高而增大, 1100e 時脫磷率達到80% , 1400e時脫磷率增高至8715%。適當增加保溫時間, 更利于還原反應的進行。

(4)鋼渣的還原效果很大程度受還原劑影響。金屬收得率和脫磷率隨著碳當量Ceq的增加而增加,1Ceq時脫磷率67%, 3Ceq鋼渣脫磷率上升至86.19%?！?】 4 預熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗

4.1w(CaO)/w(Fe2O3)對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

根據(jù)脫磷的主要反應式(式(1))可知, 脫磷劑中Fe2O3 在鐵水中的溶解氧[ O] 能將鐵水中的[ P] 氧化為P2O5 , 但P2O5 不穩(wěn)定, 必須和堿性氧化物(CaO)反應生成穩(wěn)定的磷酸鹽渣(4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5), 才能使鐵水中的磷脫除掉。通過實驗欲找到一個能使鐵水中磷含量降到最低的w(CaO)/w(Fe2O3)比值, 以達到最佳的脫磷效果。2[ P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)+(P2O5)+ 5[ Fe](1)為此, 在1350℃下固定w(CaF2)為10%不變,改變預熔脫磷劑中w(CaO)和w(Fe2 O3)的比值進行脫磷實驗, 脫磷劑加入量為鐵水量的10%, 處理時間為10 min, 結(jié)果如圖2 所示?？煽闯? 在w(CaO)/w(Fe2O3)的值介于0.5~ 1.0 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸上升, 當w(CaO)與w(Fe2O3)的比值為1.0 左右時, 脫磷率最大, 為95.22%, 這主要是由于w(CaO)/w(Fe2O3)約為1 時, 使鐵水中[ P] 與[ O] 充分結(jié)合生成的P2O5 能被CaO 完全固定為4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 實現(xiàn)較好的脫磷效果;而在w(CaO)/ w(Fe2 O3)介于1.00~1．25 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸下降。

圖

2w(CaO)/ w(Fe2O3)對脫磷率的影響

4.2 助熔劑含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

固定w(CaO)/w(Fe2O3)=1.0不變, 改變助熔劑CaF2 的含量在6% ~ 15% 之間變化進行脫磷實驗。處理10 min 的結(jié)果如圖3 所示, 可以看到在CaF2 含量為6% 時, 脫磷率相對較低, 進一步增加CaF2 的含量, 當w(CaF2)為10% 時, 脫磷率最大,為96.24% , 使鐵水中的磷由0.21% 降低為0.0079%, 這主要因為CaF2 與CaO 能形成低熔點化合物, 經(jīng)預熔處理后脫磷劑熔點和粘度得到了降低 ,使脫磷反應的動力學條件得到了明顯改善;當w(CaF2)進一步增加為15%時, 脫磷率有一定程度的降低, 為91.43%。由于在脫磷劑加入量一定的情況下, 當助熔劑量多時, 氧化劑和固定劑的相對加入量就會減少, 因此, 脫磷效果反而不好;且預熔脫磷劑中CaF2 大于15% 時將對爐襯產(chǎn)生明顯的侵蝕。

圖3 預熔脫磷劑中CaF2 含量對脫磷效果的影響

4.3鐵水初始磷含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

為適應鐵水中初始磷含量的波動對脫磷反應效果的影響, 對初始磷含量不同的鐵水用相同配比關(guān)系的預熔脫磷劑進行了實驗研究。在1 300℃, 加入量為10%的條件下, 分別選用初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0．21%、0.168%、0.119% 的生鐵進行實驗, 結(jié)果如圖4 所示?？梢钥闯鲭S初始磷含量的增大脫磷率略有增大, 當鐵水中的初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0.21%時, 經(jīng)過10 min 的脫磷處理后可使磷的質(zhì)量分數(shù)降低到0.007 9%, 脫磷率為96.24%;當初始磷的質(zhì)量分數(shù)為0.168% 時, 可將鐵水中的磷的質(zhì)量分數(shù)降低到0.015% 的較低水平;初始磷的質(zhì)量分數(shù)進一步降低為0.119% 時, 鐵水中的磷的質(zhì)量分數(shù)也能降低到0.012% 的水平, 脫磷率可達到89.92%。結(jié)果表明鐵水中初始磷含量對用預熔脫磷劑進行鐵水預處理脫磷的脫磷效果影響不大。

圖4 初始鐵水中磷含量對脫磷率的影響

4.4 處理溫度對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

由熱力學分析可知, 脫磷反應是強放熱反應(ΔH =O 反應大量進行, 保證脫磷在低溫下進行?？焖偬岣咴蠪eO 含量, 保證爐渣熔化速度和具有較好的氧化性。此時, 控制溫度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO 質(zhì)量百分數(shù)在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 同時加強爐內(nèi)攪拌, 促進渣-金反應的快速進行。脫碳升溫期的主要任務(wù)是脫碳升溫防止回磷。此時, 脫磷任務(wù)已基本完成, 隨著脫碳的進行帶來的高溫會使脫磷反應逆向進行, 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學條件來進一步強化脫磷，的目的?？刂平K點ΣFeO質(zhì)量百分數(shù)在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產(chǎn)條件的差異應做適當?shù)恼{(diào)整, 以滿足生產(chǎn)的穩(wěn)定。但需要指出的是, 化渣脫磷期可采用高槍位軟吹或降低供氧強度, 即可以控制爐內(nèi)溫度, 在促進化渣的同時也可適當延長化渣脫磷期, 使脫磷反應充分進行。脫碳升溫期, 盡量提高供氧強度, 快速脫碳升溫來降低回磷。在條件準許的情況下, 可以采用留鋼操作是獲得高質(zhì)量鋼的有效手段。

6.2復吹轉(zhuǎn)爐成渣對脫磷結(jié)論

1)成渣過程決定脫磷的效率, 冶煉的不同時期應合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度, 鐵水磷含量的不同應選擇不同的成渣方式。

2)化渣脫磷期鐵水中磷含磷較高脫磷的驅(qū)動力較大, 主要通過改善動力學條件來加快脫磷, 采用鐵質(zhì)成渣?？刂茰囟仍? 400 ℃以下, 控制ΣFeO質(zhì)量百分數(shù)在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 促進渣-金反應的快速進行。

3)脫碳升溫期鐵水溫度較高是脫磷的不利條件, 因此改善熱力學條件來進一步強化脫磷。控制終點ΣFeO 質(zhì)量百分數(shù)在15% ～20% , 爐渣堿度在315～410。【5】 7 結(jié)語

我國作為鋼材生產(chǎn)和消費大國, 煉鋼工序作為鋼鐵生產(chǎn)不可缺少的環(huán)節(jié), 鋼渣的產(chǎn)生不可避免。近年來, 我國鋼渣和鐵渣的堆置達3億多噸, 鋼渣占鋼鐵工業(yè)固體廢物的12109%。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中, 排放的主要固體廢棄物是高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣。其中高爐渣是利用技術(shù)最成熟的工業(yè)廢渣, 而轉(zhuǎn)爐渣的回收利用相對差很多, 對鋼渣利用比較好的國家主要有美國、德國和日本, 利用率均達到95%以上。而我國在2002年調(diào)查中鋼渣利用率僅為36% , 與國外先進國家相比, 在鋼鐵渣綜合利用方面還有較大差距。因而我們要多開發(fā)新技術(shù)如脫磷，做到如何在低成本下實現(xiàn)最大化的脫磷同時又不影響環(huán)境，從而做出高產(chǎn)出。新的技術(shù)還有待開發(fā)。

參考文獻

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