转炉吹炼过程炉渣的变化及其对脱磷的影响.doc

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1、冶金之家网站转炉吹炼过程炉渣的变化及其对脱磷的影响刘飞1，管挺1，孙凤梅1，程奎生2(江苏沙钢集团有限公司1．江苏省(沙钢)钢铁研究院炼钢连铸研究室，江苏苏州215625；2．宏发炼钢厂，江苏苏州215625)摘要：通过化学成分、微观形貌以及物相等的分析，研究了转炉吹炼不同阶段形成的炉渣成分和矿物相特点。结果表明，转炉吹炼前期炉渣与终点炉渣相比，碱度、全铁含量以及活性氧化钙含量较低，P2O5含量较高，磷分配比较低。凝固后的前期炉渣和终点炉渣中主要存在3种相：MgO—(FeO+MnO)固溶体相、CaO—FeO固溶体相和2C

2、aO·SiO2—3CaO·P2O5固溶体相。炉渣中的磷主要存在于2CaO·SiO2—3CaO·P2O5相中。吹炼前期增加炉渣中氧化铁含量和液态渣比例有助于提高磷分配比，吹炼后期控制炉渣碱度，提高炉渣中2CaO·SiO2的比例可促进脱磷反应的进一步发生，提高磷分配比。关键词：转炉；炉渣；脱磷转炉冶炼过程中，通过界面反应，铁水中的磷被氧化成P2O5进入炉渣，炉渣的成分以及矿物相组成对于磷的氧化以及P2O5在炉渣中的富集有着极大的影响。增大渣量或提高炉渣碱度，固然能够促进脱磷，但是，在冶炼超低磷钢种时，盲目的进行上述操作不仅不

3、能获得稳定的脱磷效果，还造成石灰等转炉辅料的浪费，同时渣量的增大也增加了企业环保压力。2008—2011年，冶金原料价格飞速上涨，市场对低磷钢种的需求增加，以江苏沙钢集团有限公司(以下简称沙钢)原有工艺难以生产ω(P)<0．007%的部分特殊钢种。为了合理利用资源、提高转炉脱磷效率，适应市场需求，沙钢决定开发转炉低磷钢的冶炼工艺。先前的冶金工作者对转炉炉渣的组成已经做了大量研究。李建新等[1]对不同转炉吹炼工艺的炉渣岩相结构作了细致的分析，统计了各个炉渣渣相的含量变化；YangX等[2]对在磷在炉渣中的溶解和反应进行了研

4、究，证明了高温有利于磷在炉渣中的扩散，高碱度则抑制这一扩散的进行以及固相炉渣对固磷的重要作用；PreblingerH等[3]对钢包炉脱磷工艺中炉渣的矿物相进行了研究，确定了磷在炉渣中主要以PO43-的形式取代SiO44-存在于硅钙相中。李辽沙等[4]研究钢渣中富磷矿物相的，特征。本文主要对转炉吹炼不同阶段形成的炉渣的成分和矿物相特点及其对脱磷过程的影响进行研究。1试验过程在180t转炉采用双渣法冶炼低磷钢，吹炼过程中进行了炉渣取样试验，冶炼炉次铁水参数见表1。在吹炼前期(供氧量14～19m3／t)和吹炼终点采用副枪取钢水

5、样并在倒渣期间通过将长金属棒插入转炉，带出黏附在金属棒四周的炉渣取出炉渣样，待炉渣在空气中自然冷却凝固后进行分析。连续对4炉冶炼进行取样。取部分炉渣样品进行破碎，使用圆盘磨粉机制粉、筛分并重熔制样，并用X射线荧光光谱仪(XRF)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP)进行化学成分分析。采用蔗糖浸取EDTA滴定法检测活性氧化钙含量。另外对炉渣样品进行了扫描电镜(SEM)分析，取部分块状炉渣样品将表面磨光，用酒精清洗、干燥后作喷碳处理，采用Quan—Ta3DFEG双束扫描电镜并配备能谱仪(EDS)对样品进行形貌观察和成分分析。2试

6、验结果2．1炉渣成分表2为取样试验中得到的4个炉次的炉渣样品化学成分分析结果以及取样时的温度，前期炉渣ω(T．Fe)=15%～19%，碱度在1．5～2．3，而终点炉渣ω冶金之家网站(T．Fe)=22%～29%，碱度在3．4～5．3。第1阶段吹炼时，铁水中硅、磷、锰含量较高且具有相对于铁更强的亲氧性，吹入的氧气主要与这些元素发生反应，炉渣中的FeO还有可能与上述元素发生还原反应，因此前期炉渣中的T．Fe含量相对偏低。而FeO作为炉渣的溶剂将影响成渣速度，因此吹炼初期应加入适量的石灰，造低碱度渣为宜[5]。相反，临近吹炼终点

7、时，碳、硅、磷、锰等元素基本氧化结束，吹入的氧气主要与铁发生氧化反应，造成炉渣中T．Fe含量上升，充足的FeO以及较高的温度使更多的石灰能够熔化进入炉渣，因此终点炉渣的碱度高于前期炉渣。由表2可知，终点炉渣中的活性氧化钙质量分数达到4%～11%，高于前期炉渣中的1%～3%。其中炉次2和炉次4终点炉渣中活性氧化钙质量分数分别达到了10．38%和10．80％，相当于正常炉次的3倍[6]，炉次2中T．Fe含量较低，而炉次4则加入了过量的石灰，这些原因造成了终点炉渣中活性氧化钙含量过高，造成了石灰的浪费。图1为前期炉渣与终点炉渣

8、中P2O5含量以及吹炼前期和吹炼终点取样时的磷分配比。与终点炉渣相比，前期炉渣具有较高的P2O5含量和较低的LP。第1阶段吹炼时铁水中初始磷含量高，脱磷反应快速进行，铁水中的磷大量氧化进入炉渣，造成前期炉渣中P2O5含量较高。快速脱磷期结束后倒出部分富磷渣，加入石灰等辅料重新造渣冶炼，此时钢水中的磷含量较低并且脱磷速