碱性氧气炼钢过程磷、硫去除热力学

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1、碱性氧气转炉转炉炼钢过程脱磷、脱硫热力学从铁水中去除杂质元素是碱性氧气转炉炼钢非常重要的功能，早期炼钢，少数研究者对铁水氧化脱磷进行了研究，近来一些作者研究了不同参数对磷分配比的影响，与早期报道有所不同。另一方面，对氧气炼钢过程脱硫研究较少。这可能是由于氧气炼钢过程中脱硫能力较弱，且铁水预处理和钢包精炼炉内脱硫在工业上的成功应用。此外，通常认为炼钢过程中硫只是以硫化物形态脱除到渣中的。然而，最近的研究表明，在氧化的条件下，碱性氧气转炉炼钢过程中，大量硫也会以硫酸盐形态脱除到渣中。带有高硫高炉渣的情况下，因为增加了顶吹氧气转炉（BOF）的硫负荷，炼钢过程中硫的分配

2、变得更加重要。在氧化精炼过程中，硫在渣中的化学属性经历了一个由硫化物逐渐转化为硫酸盐的过程。前言任何炼钢工艺过程，脱除铁水中的杂质元素是非常重要的功能。严格控制杂质含量对生产优质钢来说是很重要的。磷、硫是最普遍遇到的杂质元素，众所周知磷在钢中会引起冷脆，硫引起热脆，且增加钢结构的腐蚀速率。目前，深冲薄带、汽车外壳、石油天然气输送管道用钢，降低磷含量已成为极为严格的要求。表1概括了磷、硫含量对钢性能的影响。炼钢初期，少数研究者对铁水氧化脱磷进行了研究，近来一些作者研究了不同参数对磷分配比的影响，与早期报道有所不同。另一方面，之前对氧气炼钢过程脱硫研究较少。这可能是

3、由于氧气炼钢过程中脱硫能力较弱，且铁水预处理和钢包精炼炉内脱硫在工业上的成功应用。但是带有高硫高炉渣的情况下，因为增加了顶吹氧气转炉（BOF）的硫负荷，炼钢过程中硫的分配变得更加重要。通常认为炼钢过程中硫只是以硫化物形态脱除到渣中，然而，最近的研究表明，碱性氧气转炉炼钢过程中，大量硫也会以硫酸盐形态脱除到渣中。过去数十年的报道中称，因为低磷、低硫铁矿石和焦炭的短缺，炼钢原料中残余的磷、硫含量在逐步增加，因此炼钢工作者期望获得低磷、硫含量的产品，面临着艰难挑战。背景本文所讨论的研究，是首次在塔塔钢铁公司炼钢厂（Tata），与印度科学院、KTH技术学院共同实验开展的

4、范例，Tata钢铁公司用高炉、碱性氧气转炉（BF-BOF）路线生产钢水，所用的原料富含磷，因此，铁水中的磷含量达到了0.2-0.25%，对生产低磷钢极为不利。其它厂采用铁水预处理炉外脱磷应用很成功。然而由于研究所在的特殊冶炼厂目前条件所限，这项技术没有技术-经济可行性。所以，产品要达到低磷含量目标，必须通过顶吹氧气转炉（BOF）单一步骤，对高磷铁水进行吹炼。因此，在炼钢过程中工艺允许的情况下，最大限度脱磷是很重要的。表1钢中磷的影响（Bloom等人，1990[2]）性能磷的影响硫的影响强度++（促进铁素体形成）烘烤淬硬性+延展性————（热脆性）Fe-Zn镀锌退

5、火可以提高抗粉化性切削性+（如果出现合适的MnS组织）形成磷酸盐+形成鱼鳞—酸洗—焊接性百分比含量＜0.1%时没有危害在电机分层中的铁损——断裂韧性————应力腐蚀开裂——+增加++强烈增加—降低——强烈降低同时，为了降低成本而降低低硫焦炭的用量，使焦炭带来的硫有增加的趋势，这促进了开展目前这项研究工作。目的是采用相同的手段达到相同的效果，使转炉中磷、硫分配比达到最大。试验磷、硫分配取决于液态金属和渣之间的平衡，相关试验细节在文献[7]中已阐明。称量好电解铁和预先混合好的合成渣料重量，塞满高密度烧结MgO坩埚中，在MoSi2加热元件可控气氛管式炉内进行加热，用B

6、型热电偶测量温度，高温区的温差±1K，根据文献[7]、[8]之前的试验结果，保持8小时认为足够达到平衡，保温持续所需要的时间后，从炉内取出装有熔融渣料和铁水的坩埚，并淬火，以防止成分进一步变化。每次试验后将渣料和金属取样进行成分全分析。图1是气体清洁系统的排列示意图。每次试验后渣样分析下列成分：CaO、SiO2、FeO、Fe2O3、MgO、P2O5、和（S），相应钢样分析C、S、Mn、Si、P和O[Total]，所有试验均在流量为2×10-4Nm3/min的纯氩流下完成。通过重复随机抽取的试验（占总试验次数的25%），建立了试验结果的可再现性。钢液中氧的活度通过

7、化学成分、标准态下相互作用系数计算出来[9]。选择化学成分模拟碱性氧气转炉炼钢过程渣成分变化规律。其中化学成分已被一座工业顶吹氧气转炉(BOF)操作间隙收集的钢、渣试样、熔池测量温度值，所确定[10]。1—硅胶2—石棉3—Mg高氯酸盐4—Cu通路5—Mg通路6—Cu加热套管7—Mg加热套管8—取样器9—热电偶10—聚硅酮橡胶封头图1气体净化系统及高温平衡炉布置图为了确定1873K和1923K时，碱度和FeO浓度对氧和磷热力学行为的影响。取得了1873K和1923K的测量值，磷的平衡分配比描述为Lp（%P）渣/[%P]钢，此外还有P2O5的活度及活度系数。钢液中氧

8、的活度（h[o]）和Fe