第一篇：鋼鐵冶金用不定形耐火材料的現(xiàn)狀和發(fā)展

鋼鐵冶金用不定形耐火材料的現(xiàn)狀和發(fā)展

田守信

寶鋼研究院

環(huán)資所

上海 201900 1 概況

近年來不定形耐火材料技術(shù)得到了長足的進步。特別是澆注料已經(jīng)由傳統(tǒng)的普通水泥澆注料發(fā)展到低水泥澆注料、超低水泥澆注料和無水泥澆注料。由于采用了微粉和高效分散劑技術(shù)，導(dǎo)致了致密度大大提高透氣度很低，這樣致密澆注料的抗熱震性和防爆裂性能顯著降低。為了解決這方面的問題，添加金屬纖維、陶瓷耐火纖維和有機防爆纖維，解決了烘烤爆裂問題和抗熱震問題[1-6]。用澆注法制得的產(chǎn)品性能已經(jīng)接近甚至達到了定形產(chǎn)品的性能?，F(xiàn)在不定形耐火材料的顯著特點是把材料的制造技術(shù)與設(shè)備和施工技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)展了可塑料噴補技術(shù)和濕式澆注料噴射技術(shù)。使施工體性能和施工方便性大大提高。這樣導(dǎo)致了不定形耐火材料顯著增加。先進鋼鐵公司的不定形耐火材料單耗占整個消耗耐火材料的60%以上。因日本不定形耐火材料已經(jīng)發(fā)展到很高的水平，再加上鋼鐵噸鋼單耗的逐年降低，所以近年來不定形耐火材料占比例幾乎沒有變化。但是在不定形耐火材料中，噴補料和澆注料所占比例增加，而其他不定形耐火材料如搗打料和可塑料在下降。美國不定形耐火材料占54%，歐洲國家為40%~55%[7-8]，寶鋼約58%，我國其他鋼鐵冶金企業(yè)一般為30%~45%。目前我國不定形耐火材料產(chǎn)量占總產(chǎn)量的35%。與國外相比有一定差距，有提高的空間。各個工序用不定形耐火材料

2.1煉焦系統(tǒng)用耐火材料

主要有焦?fàn)t和干熄焦用耐火材料。新爐襯主要是定形制品。焦?fàn)t主要用硅磚，而干熄焦主要用莫來石磚。這些設(shè)備的趨勢是向長壽方向發(fā)展。除了用優(yōu)質(zhì)磚之外，再就是修補。主要用相應(yīng)的硅質(zhì)材料、優(yōu)質(zhì)黏土質(zhì)和莫來石質(zhì)噴補料和澆注料進行修補。

寶鋼用濕法手段對焦?fàn)t爐墻進行過涂抹，但抹補后掛料時間基本上不到一個月，效果較差?，F(xiàn)在寶鋼開發(fā)了高強的鋁硅半干法噴補料（w（Al2O3）為50%~60%）和干法硅質(zhì)密封料，代替進口噴補料，在性能、施工附著率和使用效果等都較進口料為好。

寶鋼干熄焦設(shè)備的進焦溫度為1 000~1 050 ℃，出焦溫度≤250 ℃。進口內(nèi)襯使用壽命8年。對于修補，用莫來石質(zhì)澆注料澆注代替噴補，這種修補方法修補的爐襯整體性好，不易剝落，比局部噴補效果好很多，這樣修補一次，可以用2年以上，大修爐齡達到10年。

2.2高爐系統(tǒng)用耐火材料 2.2.1高爐出鐵場用耐火材料

出鐵場日常消耗耐火材料主要是不定形耐火材料。對于炮泥，采用ASC質(zhì)的，主要有焦油結(jié)合和和水系結(jié)合兩種。近年來也對環(huán)保系的樹脂結(jié)合炮泥進行了開發(fā)，但是由于價格等原因，國內(nèi)還沒有推

· Ⅰ—６５ · 廣應(yīng)用。在大高爐炮泥方面，以棕剛玉和優(yōu)質(zhì)碳化硅為主要原料，并且添加氮化硅或氮化硅鐵制得的ASC炮泥，噸耗0.2~6 kg，國外每天出鐵次數(shù)達到了3~8次，噸耗在02~0.4 kg；國內(nèi)多在10次以上，噸耗在0.3~0.6 kg-1 [9]。而在小高爐方面，我國多是以低檔次的黏土或廢黏土磚料、低檔的碳化硅腳料和焦末為主要原料，以焦油或無機結(jié)合劑配制而成的炮泥。這種炮泥一天要出鐵15次以上，噸耗多在1.5 kg以上，甚至超過2 kg。

炮泥對維護高爐爐況，提高高爐壽命起到重要作用，因此，高抗侵蝕、耐沖刷的無污染的炮泥是值得開發(fā)和重視的。炮泥強度的提高，可以提高抗鐵水和渣的沖刷性，但是高強度的炮泥給開孔帶來了困難。

高爐出鐵場用ASC澆注料和搗打料，對于中、大高爐，主要使用澆注料或預(yù)制塊，一次性通鐵量達到了10萬t以上，有的超過了20萬t。當(dāng)通鐵量達到一定程度時，對出鐵場進行修補。修補的方法有：1）在線熱態(tài)噴補。半干法熱噴補渣線是普遍使用的方法，再就是濕式澆注噴射使用的方法[10-11]；2）冷態(tài)修補，即套澆。這樣重復(fù)下去，一代溝齡達到120萬t以上，有的超過200萬t。寶鋼主溝耐火材料噸耗為0.35 kg，渣溝和鐵溝耐火材料噸耗為0.65 kg，即出鐵場耐火材料噸耗約1 kg以下。不同部位用的材料成分不同。一般渣線主要抗渣侵蝕，采用高碳化硅的ASC澆注料，鐵線則抗鐵水沖刷和侵蝕，采用低碳化硅的澆注料[12]。出鐵場用耐火材料的性能見表1。

表1 出鐵場各部位用耐火材料的性能

使用位置

℃ 24 h 耐壓強度/MPa 1 450 ℃ 3 h 110 ℃ 24 h 抗折強度/MPa 1 450 ℃ 3 h 體積密度/（g·cm-3）110 ℃ 24 h 1 450 ℃ 3 h 1 200 ℃ 3 h 重?zé)€變化率/% 1 450 ℃ 3 h HMOR/MPa（1 400 ℃ 1 h）

w/%

Al2O3 SiC

0.20 3.15 82.79 9.12

0.21 2.65 62.99 31.19

0.5~2.0 ≥5 ≥88 MgO≥2

0.3 ≥2 ≥70 ≥8

0.3 ≥60 ≥18

3.5 3.08 2.96 0.05

3.6 2.85 2.81 0.07

≥2.90 ≥2.90

≥6 2.8 ≥2.75

≥6 ≥2.65 ≥2.60

33.2 3.6

33.4 3.3

≥30 ≥3

≥30 ≥3

主溝鐵線 28.8

主溝渣線 20.8

擺動流嘴 ≥30

鐵溝 ≥30

渣溝 ≥30 硅灰＋水合氧化鋁結(jié)合及硅溶膠結(jié)合的ASC澆注料和濕式澆注噴射料的抗侵蝕性等使用性能顯著優(yōu)于含水泥的澆注料[13-15]。對于小高爐，出鐵場主要用樹脂結(jié)合的搗打料，所選用的主要原料是高鋁料和普通碳化硅。由于高溫下形成了碳結(jié)合，這種材料具有很高的熱態(tài)強度，具有良好的耐沖刷性。對于750 m3的小高爐，一次性通鐵量可以達到4萬t以上，經(jīng)過小修落鐵點，整個出鐵場的噸耗往往在0.5 kg以下。這是大高爐出鐵場值得借鑒的。寶鋼鐵水脫硅是在擺動流嘴內(nèi)進行的，用的鋁鎂質(zhì)澆注料。出鐵場主要澆注料的性能見表2。

—６６ · · Ⅰ

表2 出鐵場主要澆注料的性能

濕式噴補料

名稱

半干法噴補料

A w（Al2O3）/% w（SiC）/% w（C）/% 體積密度/（g·cm-3）450 ℃ 3 h 耐壓強度/MPa 線變化率/％

≥55 ≥16 2 2.25 ≥20 ±0.5

≥70 ≥10 2 2.95 ≥50 ±0.3

B ≥50 ≥30 2 2.50 ≥60 ±0.3

C ≥10 ≥70 5 2.85 ≥40 ±0.3

A ≥45 ≥16 15 1.97 ≥18.9-0.52

B ≥40 ≥6 20 1.85

炮泥

2.2.2高爐爐身用耐火材料

高爐爐缸用高導(dǎo)熱的炭磚，微孔炭磚和石墨磚正在增多，越來越多地SiAlON、Si3N4和SiC等各種結(jié)合的碳化硅磚和SiAlON結(jié)合的剛玉磚應(yīng)用到高爐爐腰和爐腹，有關(guān)用火泥和碳質(zhì)搗打料性能指標(biāo)見有關(guān)資料介紹[16]。國內(nèi)一般通過遙控技術(shù)，采用半干法鋁硅系噴補料對高爐進行修補[17]，國外現(xiàn)在采用濕式澆注噴射料技術(shù)進行噴補爐身，耐用性能大大提高。國內(nèi)如寶鋼也已經(jīng)對高爐爐身上部進行了濕式噴射澆注料技術(shù)進行了修補，所用的材料是Al2O3約60%的鋁硅系濕式噴射料。對于高爐局部紅熱，使用ASC質(zhì)壓入料修補，這些材料的性能見表3。為了提高高爐的使用壽命，高爐修補會進一步加強，所用的修補料的質(zhì)量會進一步提高，熱態(tài)濕式噴射料技術(shù)可能會進一步發(fā)展和推廣。

表3 高爐噴補料和壓入料的性能

使用部位 材質(zhì) 加水量/％ w(Al2O3)/% w(Fe2O3)/% w(SiC)/% w(C)/% 顯氣孔率/％（110 ℃ 24 h）體積密度/（g·cm-3）

（110 ℃ 24 h）耐壓強度/MPa（110 ℃ 24 h）

熱態(tài)抗折強度/MPa（1 000 ℃ 3 h）線變化率/％（1 000 ℃ 3 h）鋁碳化硅噴補

料

10~12 ≥43 ≥10 ≤23 ≥2.00 ≥15 ≥7 ±0.5

修補上部爐腰以上部位 黏土質(zhì)噴補

料 12~15 ≥40

≤23 ≥2.00 ≥10 ≥5 ±0.5

高鋁質(zhì)濕式噴射澆注

料

5.5~6.5 ≥50 <1.6 <2(CaO)

≤18 ≥2.50 ≥20 ≥6 ±0.3

修補爐身下部、爐腰、爐腹

鋁碳壓入料

≥25 ≥30 ≥20 ≤15 ≥1.70 ≥25 ≥3（1 200 ℃）0～-0.4(1 200 ℃ 3 h還原)· Ⅰ—６７ · 2.3鐵水包和混鐵車用耐火材料

鐵水從鐵廠運送到鋼廠，中間可能要經(jīng)過下列設(shè)備：鐵水包、混鐵爐、魚雷車等。隨著鐵水預(yù)處理工藝技術(shù)的發(fā)展，這些設(shè)備內(nèi)襯由黏土磚發(fā)展到用ASC磚。為了提高使用壽命，運輸鐵水的鐵水包開始應(yīng)用ASC澆注料，使用壽命達到了800爐次以上。而預(yù)處理的魚雷車的包口用莫來石質(zhì)和高鋁-碳化硅質(zhì)澆注料。在使用過程中的維護，用ASC質(zhì)修補料，目前正在試用ASC質(zhì)噴射澆注料，首鋼率先在魚雷車上進行了濕式澆注噴射料的應(yīng)用研究[18]，并進行了修補試驗，取得了良好的效果。鐵水預(yù)處理用噴槍，這種噴槍受到極為苛刻的熱震，因此提高噴槍的抗熱震性是極其重要的。提高噴槍抗熱震性的方法是采用纖維增強增韌，選用抗熱震的莫來石質(zhì)材料和改進噴槍的結(jié)構(gòu)，即噴槍用低水泥結(jié)合的鋼纖維增強的莫來石質(zhì)澆注料[1,5]。

噴槍的使用壽命除了與結(jié)構(gòu)和材質(zhì)有關(guān)外，還與使用條件有關(guān)。一般每噴吹一次用時少，使用壽命就長；反之使用壽命就短。一般可以用幾百分鐘甚至上千分鐘。隨著三脫比例的提高，對噴槍使用壽命的要求越來越高。含碳和碳化硅的澆注料噴槍正在發(fā)展。鐵水包和混鐵車用耐火材料的性能見表4。

表4 鐵水包和混鐵車用耐火材料

名稱 使用部位 w(Al2O3)/% w(SiC)/% w(FC)/% 體積密度/(g·cm-3)顯氣孔率/% CCS/ MPa

噴射料 爐襯修補 60 15~25 2~6 2.8 >60

ASC澆注料 錐體、爐體局部

12 3 2.85 47

ASC澆注料 AS澆注料 鐵水包 >60 >7 >2 >2.6 <17 >30

爐口 70 8 2.80 16 40 2.4 轉(zhuǎn)爐用耐火材料

轉(zhuǎn)爐用鎂碳磚已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。轉(zhuǎn)爐的修補維護用不定形耐火材料，主要有噴補料、熱自流修補料和搗打料等[19-20]。這些材料的性能見表5。

轉(zhuǎn)爐噴補料普遍使用的是半干法鎂質(zhì)噴補料，每噴一次使用壽命一般3~7次。最近開發(fā)了無水的鎂碳質(zhì)噴補料，用該噴補料每噴一次使用壽命達到20次以上。大面熱自流修補料也由瀝青鎂砂變成了改性樹脂結(jié)合的熱自流修補料、環(huán)保的含水的鎂質(zhì)自流料和環(huán)保的快硬的含水SiO2結(jié)合劑的鎂質(zhì)熱流修補料。這些材料的性能見表6。

總之，不管是自流修補料或是噴補料，在轉(zhuǎn)爐上都是堿性的鎂質(zhì)和鎂鈣質(zhì)材料。有時它們含碳，但是幾乎很少用水泥結(jié)合，碳結(jié)合最能提高使用效果。

—６８ · · Ⅰ

表5 轉(zhuǎn)爐煉鋼用不定形耐火材料的性能[20]

搗結(jié)料

產(chǎn)品名稱

A 類型 施工 結(jié)合劑

MgO w/% CaO C 1 000 ℃ 3 h 顯氣孔率/% 1 500 ℃ 3 h 體積密度 1 000 ℃ 3 h

17.2 2.6 2.7-1.0-2.5 3.5

4.8 2.45 2.50-0.2-0.7 3.5

.49.5

.59.5

.053.0

.153.0

35.1 2.22 2.13-0.3-0.3 3.0

B

A 干 熱態(tài)袋裝

B 干

A 干

B 干 熱態(tài)

干 熱態(tài) 樹脂 87 2 32.2

半干 半干 室溫 室溫

熱修料

噴補料

注射料

熱態(tài) 熱態(tài)

樹脂 瀝青 樹脂+瀝青 瀝青 樹脂 磷酸鹽 91 0.4 0.9

1 1.5

8 25.8

7 24.7

1.2 7 32.2

1.9-≤5 ≥2.60

50≤5 ≥2.70

噴補料 修補AOD襯 70 20~3018~23-≤0.518~23≥2 MPa 粘接強度 鎂鉻磚襯火泥

鎂鈣襯的 鎂鉻襯的 縫隙，爐口 縫隙爐口

鎂鈣襯的噴補 鎂鉻襯的噴補

2.7 連鑄中間包用耐火材料

文獻[30-31]全面闡述了中間包用耐火材料。20世紀(jì)70年代是無內(nèi)襯中間包，70-80年代是絕熱板（硅質(zhì)、鎂質(zhì)、橄欖石質(zhì)），80年代后為鎂質(zhì)、鎂鉻質(zhì)和鎂鈣質(zhì)涂料。材料的密度變化很大，適應(yīng)不同要求，密度為1.16~2.2 g·cm-3。90年代開始出現(xiàn)了干式工作襯，在材質(zhì)上有鎂質(zhì)、鎂鈣質(zhì)等，使用壽命也達到了77 h以上。

寶鋼開發(fā)了超輕質(zhì)鎂質(zhì)涂料[32]，密度降低到1.16 g·cm-3，導(dǎo)熱系數(shù)降低到0.4 W·m-1·K-1以下。對于中間包保溫和降低成本有意義。

為了提高鋼水質(zhì)量，中間包內(nèi)設(shè)置了擋渣堰。把渣擋住，避免卷入鋼中形成夾雜物，同時也是改變流場，使之鋼水中的夾雜物上浮。所用的擋渣堰或防濺桶。用鎂質(zhì)澆注料的較多，也有用高鋁澆注料的。中間包工作襯應(yīng)該避開磷酸鹽結(jié)合劑，以防止鋼水增磷[33]。為了提高潔凈度，中間包襯還使用了鎂鈣質(zhì)涂料。以前多是以石灰石和白云石的形式引入CaO，這對烘包提出了很高的要求，往往不能達到白云石或石灰石的分解溫度而在中間包投入使用時造成鋼水沸騰。近年來發(fā)展了干式料[34]，這對向中間包襯內(nèi)引入游離CaO的原料成為可能，研制的以鎂鈣砂為主要原料的干式料在中間包工作層使用取得了良好的結(jié)果[35]。中間包蓋和永久層用鋁硅系澆注料，它的Al2O3含量一般在60%~75%，是屬于低水泥鋼纖維增強的澆注料[36]，經(jīng)過修補可以達到上千次。關(guān)于寶鋼中間包用耐火材料的指標(biāo)見表9。

表9 寶鋼中間包涂料性能

名稱 加水量/% 烘干后體積密度/(g·cm-3)輕質(zhì)涂料 19.2 1.49

普通涂料 20 2.1

鎂鈣質(zhì)涂料 2.1

超輕質(zhì)涂料 1.16

鋁硅質(zhì)澆注料

5~6 2.5~2.6

擋渣堰

2.80 · Ⅰ—７５ · w（SiO2）/% w（Al2O3）/% w（CaO）/% w（MgO）/% 導(dǎo)熱系數(shù)/(W·m-1·K-1)(500 ℃)施工方法

6.53 0.79 1.86 86.46 0.434 機噴和手涂

6.24 2.29 1.89 85.15 0.703 手涂抹

＜6 ＜2 ＞50 ＜40 手涂抹

＜6 ＜3 ＞85 0.3 機噴和手涂

23~30 60~70 ＜1 1.5 用在蓋和永久層 ＜5 ＞82

2.8其他用不定形耐火材料

燒結(jié)廠的燒結(jié)機、軋鋼廠加熱爐的工作溫度一般都在1 450 ℃以下，節(jié)能保溫和長壽是主要的。以前用鋁硅系耐火磚為主，現(xiàn)在發(fā)展越來越多地用可塑料和澆注料等不定形耐火材料，澆注料比例逐步增多起來。有的地方用低水泥、超低水泥和高強耐磨澆注料，這有利于耐磨，以提高使用壽命。還有輕質(zhì)涂料和澆注料，這有利于節(jié)能保溫。不定形耐火材料發(fā)展趨勢

關(guān)于濕式澆注噴射料技術(shù)，國外已經(jīng)發(fā)展了十幾年了，并且比較普遍地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，但是國內(nèi)開發(fā)和應(yīng)用較慢。到目前才開始起步。主要有寶鋼的出鐵溝的熱濕式澆注噴射[10]和鋼包永久層的濕法噴涂[24]，首鋼在加熱爐、中間包永久層[37]和魚雷車上進行了濕式澆注噴射料的試驗[18]，河北在鋼包上進行了濕式澆注噴射[22]，中鋼耐火材料公司在水泥窯的濕式澆注噴射試用[38]等。這些都說明我國濕式澆注噴射技術(shù)正在起步，應(yīng)用將很快得到普及。

可塑料一般人工搗打施工。勞動強度大，施工環(huán)境差，導(dǎo)致了逐年減少，應(yīng)該向機械化噴涂的方向發(fā)展。這方面國外已經(jīng)成功地普遍使用，國內(nèi)很少使用，寶鋼在加熱爐上用可塑料成功地進行了機械噴涂施工[39]。將對促進可塑料的發(fā)展起到引領(lǐng)作用。另一方面，可塑料應(yīng)該向更高性能的方向發(fā)展。以前可塑料含水較多，氣孔較高，收縮大，抗熱震性較好，但是抗侵蝕性較低，限制了在更高溫度和侵蝕性強的環(huán)境下應(yīng)用。因此，應(yīng)該開發(fā)高致密的低加水量的可塑料，這更容易可塑噴涂，把濕式澆注噴射料與之結(jié)合和統(tǒng)一起來，可能會促進澆注料和可塑料施工技術(shù)的發(fā)展。

不定形耐火材料因有下列優(yōu)點而使用比率的增大：1）高技術(shù)的不定形耐火材料技術(shù)的發(fā)展，特別是耐火澆注料性能可與耐火磚相匹美；2）用不定形耐火材料對冶金窯爐實施修補，顯著降低了消耗和成本。導(dǎo)致了用戶對修補料的需求增加；3）不定形耐火材料生產(chǎn)容易，設(shè)備投資小；4）施工機械的發(fā)展，導(dǎo)致對應(yīng)用不定形耐火材料更加省力和高效。

今后不定形耐火材料的發(fā)展重點：1）加速開發(fā)低水泥、超低水泥和無水泥高性能澆注料包括預(yù)制塊在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用；2）研究開發(fā)干式致密澆注料和火焰噴補料；3）研究改進濕式噴射澆注料技術(shù)，把材料技術(shù)，使用技術(shù)和噴涂設(shè)備結(jié)合起來；4）研究開發(fā)不定形耐火材料噴補和施工法機械化和自動化；5）對于我國應(yīng)該盡快開發(fā)和推廣應(yīng)用濕式澆注噴射料技術(shù)到冶金窯爐、水泥石灰窯等高溫窯爐。

總之，加強冶金窯爐的熱態(tài)和冷態(tài)修補和維護工作，是迫切要做的事情，是發(fā)展方向。

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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(fù)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(rèn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)，故從熱力學(xué)講低溫條件有利于去磷反應(yīng)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(dāng)把（P2O5）結(jié)合成（3 FeO·P2O5）的基礎(chǔ)化合物的作用?？梢哉J(rèn)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(dāng)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(dǎo)致爐渣的流動性減弱，黏度增強，從而影響脫磷反應(yīng)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(yīng)的影響從兩個方面來看：一方面，去磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，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(yīng)，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(dāng)?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(dāng)，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導(dǎo)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(yīng)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(dāng)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(yīng)：

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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)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(yīng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)機理是: Ca3(PO4)2 + 5C= 3CaO+ 1 /2P4 + 5CO 該反應(yīng)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(yīng)。微波場中當(dāng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)量的增加, 渣中鐵和磷含量降低, 脫磷率增加。如圖6，當(dāng)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(dǎo)致脫磷率較低。隨著Ceq增加, 當(dāng)Ceq= 3時, 碳還原反應(yīng)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(yīng), 此溫度尚未產(chǎn)生宏觀熔池, 為固固相反應(yīng), 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(dāng)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(dāng)量有利于磷的還原和遷移。但過高的碳當(dāng)量在反映出其對于體系升溫有負(fù)面影響。所以選擇合適的過量碳當(dāng)量是必要的。本次實表明, 2~ 3倍碳當(dāng)量既能返祖快速升溫啟動和促進脫磷反應(yīng), 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(dāng)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(yīng), 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(yīng)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(dāng)增加保溫時間, 更利于還原反應(yīng)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(dāng)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(yù)熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗

4.1w(CaO)/w(Fe2O3)對預(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

根據(jù)脫磷的主要反應(yīng)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(yīng)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(yù)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(dāng)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(yù)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(dāng)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(yù)熔處理后脫磷劑熔點和粘度得到了降低 ,使脫磷反應(yīng)的動力學(xué)條件得到了明顯改善;當(dāng)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(dāng)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(yù)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(yù)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(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

為適應(yīng)鐵水中初始磷含量的波動對脫磷反應(yīng)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(yù)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?jǐn)?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(dāng)鐵水中的初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21%時, 經(jīng)過10 min 的脫磷處理后可使磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.007 9%, 脫磷率為96.24%;當(dāng)初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.168% 時, 可將鐵水中的磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.015% 的較低水平;初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進一步降低為0.119% 時, 鐵水中的磷的質(zhì)量分?jǐn)?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(yù)熔脫磷劑進行鐵水預(yù)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(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

由熱力學(xué)分析可知, 脫磷反應(yīng)是強放熱反應(yīng)(ΔH =O 反應(yīng)大量進行, 保證脫磷在低溫下進行。快速提高渣中FeO 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?jǐn)?shù)在35% ～40% , 使?fàn)t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(yīng)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(yīng)逆向進行, 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學(xué)條件來進一步強化脫磷，的目的?？刂平K點ΣFeO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產(chǎn)條件的差異應(yīng)做適當(dāng)?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(dāng)延長化渣脫磷期, 使脫磷反應(yīng)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(zhǔn)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(fù)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(yīng)合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度, 鐵水磷含量的不同應(yīng)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(xué)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?jǐn)?shù)在35% ～40% , 使?fàn)t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(yīng)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(xué)條件來進一步強化脫磷?？刂平K點ΣFeO 質(zhì)量百分?jǐn)?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(xué) 科、專 業(yè): :

業(yè)論文

鋼鐵中對脫磷反應(yīng)的

蔡月亮

冶金工程（高起專函授）

內(nèi)蒙古科技大學(xué)成人教育學(xué)院

畢專學(xué)院（系、所）

內(nèi)蒙古科技大學(xué)成人教育學(xué)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(xué)號 姓名蔡月亮

畢業(yè)設(shè)計(論文)題目:鋼鐵中對脫磷反應(yīng)的研究

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

指導(dǎo)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(fù)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(yù)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(xué)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(dāng)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(rèn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)，故從熱力學(xué)講低溫條件有利于去磷反應(yīng)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(dāng)把（P2O5）結(jié)合成（3 FeO·P2O5）的基礎(chǔ)化合物的作用?？梢哉J(rèn)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(dāng)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(dǎo)致爐渣的流動性減弱，黏度增強，從而影響脫磷反應(yīng)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(yīng)的影響從兩個方面來看：一方面，去磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，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(yīng)，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(dāng)?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(yán)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(xué)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(dāng)，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導(dǎo)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(yīng)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(dāng)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(yīng)：

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(yīng)立即去除，否則渣中P3-又會被重新氧化成PO43-而造成回磷?！?】

2.6脫磷反應(yīng)的速率

脫磷是渣一鋼界面反應(yīng)，反應(yīng)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(xué)反應(yīng)；(3)生成物在渣相內(nèi)的傳質(zhì)。高溫下脫磷的化學(xué)反應(yīng)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(xué)條件，許多人捕集液滴進行化學(xué)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(rèn)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(xué)條件和動力學(xué)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(yù)熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗

3.1 w(CaO)/w(Fe2O3)對預(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

根據(jù)脫磷的主要反應(yīng)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(yīng)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(yù)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(dāng)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(yù)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(dāng)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(yù)熔處理后脫磷劑熔點和粘度得到了降低 ,使脫磷反應(yīng)的動力學(xué)條件得到了明顯改善;當(dāng)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(dāng)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(yù)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(yù)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(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

為適應(yīng)鐵水中初始磷含量的波動對脫磷反應(yīng)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(yù)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?jǐn)?shù)為0．21%、0.168%、0.119% 的生鐵進行實驗, 結(jié)果如圖4 所示。可以看出隨初始磷含量的增大脫磷率略有增大, 當(dāng)鐵水中的初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21%時, 經(jīng)過10 min 的脫磷處理后可使磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.007 9%, 脫磷率為96.24%;當(dāng)初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.168% 時, 可將鐵水中的磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.015% 的較低水平;初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進一步降低為0.119% 時, 鐵水中的磷的質(zhì)量分?jǐn)?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(yù)熔脫磷劑進行鐵水預(yù)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(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

由熱力學(xué)分析可知, 脫磷反應(yīng)是強放熱反應(yīng)(ΔH =O 反應(yīng)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?jǐn)?shù)在35% ～40% , 使?fàn)t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(yīng)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(yīng)逆向進行, 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學(xué)條件來進一步強化脫磷，的目的?？刂平K點ΣFeO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產(chǎn)條件的差異應(yīng)做適當(dāng)?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(dāng)延長化渣脫磷期, 使脫磷反應(yīng)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(zhǔn)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(fù)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(yīng)合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度, 鐵水磷含量的不同應(yīng)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(xué)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?jǐn)?shù)在35% ～40% , 使?fàn)t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(yīng)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(xué)條件來進一步強化脫磷?？刂平K點ΣFeO 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在15% ～20% , 爐渣堿度在315～410?！?】 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(fù)習(xí)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(fēng)機和熱風(fēng)爐生成熱風(fēng)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(yīng)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(fēng)爐或者其他用途。

2.高爐煉鐵有哪些技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

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(fù)荷（5）生鐵合格率（6）休風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(xì)精礦粉。粒度越細(xì)，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(dāng)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(dǎo)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(yīng)，礦石軟化，初渣生成（熔融，滴落）

中間渣：在風(fēng)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(dāng)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(dāng)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(biāo)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(xué)性能和力學(xué)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(yīng)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?fàn)t，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?fù)吹的特點

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(yīng)攪拌），鋼渣間反應(yīng)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?fù)吹：1）頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐石灰單耗低，2）渣量少，3）鐵合金單耗相當(dāng)于底吹轉(zhuǎn)爐，4）氧耗介于頂吹與底吹之間。5）頂?shù)讖?fù)吹轉(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(yīng)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(yù)熱節(jié)能技術(shù)有哪幾種？

料籃預(yù)熱法，雙殼電爐法，豎窯式電爐法，爐料連續(xù)預(yù)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(yù)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(dǎo)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(zhǔn)備包括鋼包的準(zhǔn)備，中間包的準(zhǔn)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(yán)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(rèn)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(yán)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(dāng)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?？刹捎弥虚g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(yán)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(fù)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(yù)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(fù)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(rèn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)，故從熱力學(xué)講低溫條件有利于去磷反應(yīng)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(dāng)把（P2O5）結(jié)合成（3 FeO·P2O5）的基礎(chǔ)化合物的作用。可以認(rèn)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(dāng)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(dǎo)致爐渣的流動性減弱，黏度增強，從而影響脫磷反應(yīng)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(yīng)的影響從兩個方面來看：一方面，去磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，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(yīng)，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(dāng)?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(dāng)，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導(dǎo)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(yīng)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(dāng)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(yīng)：

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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)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(yīng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)機理是: Ca3(PO4)2 + 5C= 3CaO+ 1 /2P4 + 5CO 該反應(yīng)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(yīng)。微波場中當(dāng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)量的增加, 渣中鐵和磷含量降低, 脫磷率增加。如圖6，當(dāng)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(dǎo)致脫磷率較低。隨著Ceq增加, 當(dāng)Ceq= 3時, 碳還原反應(yīng)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(yīng), 此溫度尚未產(chǎn)生宏觀熔池, 為固固相反應(yīng), 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(dāng)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(dāng)量有利于磷的還原和遷移。但過高的碳當(dāng)量在反映出其對

于體系升溫有負(fù)面影響。所以選擇合適的過量碳當(dāng)量是必要的。本次實表明, 2~ 3倍碳當(dāng)量既能返祖快速升溫啟動和促進脫磷反應(yīng), 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(dāng)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(yīng), 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(yīng)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(dāng)增加保溫時間, 更利于還原反應(yīng)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(dāng)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(yù)熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗

4.1w(CaO)/w(Fe2O3)對預(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

根據(jù)脫磷的主要反應(yīng)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(yīng)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(yù)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(dāng)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(yù)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(dāng)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(yù)熔處理后脫磷劑熔點和粘度得到了降低 ,使脫磷反應(yīng)的動力學(xué)條件得到了明顯改善;當(dāng)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(dāng)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(yù)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(yù)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(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

為適應(yīng)鐵水中初始磷含量的波動對脫磷反應(yīng)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(yù)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?jǐn)?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(dāng)鐵水中的初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21%時, 經(jīng)過10 min 的脫磷處理后可使磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.007 9%, 脫磷率為96.24%;當(dāng)初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.168% 時, 可將鐵水中的磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.015% 的較低水平;初始磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進一步降低為0.119% 時, 鐵水中的磷的質(zhì)量分?jǐn)?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(yù)熔脫磷劑進行鐵水預(yù)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(yù)熔脫磷劑脫磷效果的影響

由熱力學(xué)分析可知, 脫磷反應(yīng)是強放熱反應(yīng)(ΔH =O 反應(yīng)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?jǐn)?shù)在35% ～40% , 使?fàn)t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(yīng)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(yīng)逆向進行, 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學(xué)條件來進一步強化脫磷，的目的?？刂平K點ΣFeO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產(chǎn)條件的差異應(yīng)做適當(dāng)?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(dāng)延長化渣脫磷期, 使脫磷反應(yīng)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(zhǔn)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(fù)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(yīng)合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度, 鐵水磷含量的不同應(yīng)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(xué)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?jǐn)?shù)在35% ～40% , 使?fàn)t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(yīng)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(xué)條件來進一步強化脫磷。控制終點ΣFeO 質(zhì)量百分?jǐn)?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)。

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