转炉脱磷影响因素研究和其工艺发展概况

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1、转炉脱磷影响因素研究和其工艺发展概况摘要：文章在脱磷反应热力学和动力学分析的基础上，从磷在炼钢过程总的氧化还原原理出发，进行了转炉脱磷的影响因素分析，同时还概述了目前国内外转炉脱磷工艺的发展情况和操作方式。关键词：转炉脱磷；影响因素；转炉脱磷工艺中图分类号：TF704文献标识码：A文章编号：1009-2374(2014)01-0071-041概述磷、硫是钢铁冶炼中常见的杂质元素，其中磷元素是炼钢过程中必须考虑并加以控制的元素。在绝大多数钢种中磷是有害元素，为提高钢的纯净度，必须尽量降低钢液中的磷含量。通常认为，磷在钢中以［Fe2P］或［Fe3P］的形式存在，为方便起

2、见，本文均用［P］表示。由于炼铁过程为还原性气氛，炼铁原料中的磷几乎全部进入铁水中，而转炉以其自身的氧化性和炉渣特点为脱磷创造了良好的环境，有着较好的脱磷效果，能达到85%,钢中的磷主要是在转炉冶炼过程中被去除的，因此转炉终点磷控制直接影响产品磷含量。由于脱磷反应是在钢-渣界面进行的，因此控制和调整好转炉内炉渣的成分和性质是转炉脱磷的重要条件，其中炉渣碱度、炉渣氧化性和炼钢熔池温度是影响脱磷的主要因素。本文将重点分析转炉脱磷的影响因素和国内外转炉脱磷工艺的发展情况。2转炉脱磷的热力学理论分析转炉脱磷反应是在金属液与熔渣界面上进行的，针对脱磷的热力学平衡，国内外学者均

3、做了研究，其主要的化学反应方程式如下：钢液/熔渣界面反应：(1)熔渣中的反应：(2)式(1)+式(2)得：(3)从反应式可以看出，反应在相界面上进行，在高氧化铁的条件下，磷可以得到有效的去除。在炼钢的熔渣制度下,(P205)并不稳定，必须和碱性氧化物结合才能被脱除，而FeO和CaO是生成稳定磷酸盐的最主要的氧化物。吹炼前期,生成的(P205)主要与(FeO)生成较稳定的(3FeO・P205)()o但碳氧反应的进行，吹炼温度不断上升，在1400°C〜1620°C时，(3FeO・P205)逐渐分解，使磷又回到钢液当中。为了有效地彻底脱磷，必须用石灰造高碱度钢渣，使磷在高

4、碱度下生成更稳定的磷酸盐渣3CaO・(P205)或4CaO・(P205),其中4CaO・(P205)()更稳定，3CaO・(P205)次之，但通常达到平衡时的反应产物是4CaO・(P205)。其反应式如下：(4)式(3)+式(4)得：(放热)(5)炼钢过程中的脱磷示意图见图1：图1脱磷反应过程示意图在炼钢条件下，脱磷效果可用熔渣与金属中磷浓度的比值来表示，称之为磷的分配系数LP,其表示方法有3种，分别是：LP=(%P205)/[%P]或LP=(%P205)/[%P]2或LP=(%4CaO・P205)/[%P]2,这三种表达方式均可以表示炉渣脱磷能力的大小，LP越大，

5、代表脱磷越完全，此外钢渣量的多少也影响着LPo本文以LP二(%P205)/[%P]2表示炉渣的脱磷能力。由式(5)可得：(6)从式(6)可知，平衡常数KP与温度成反比，并得出式(7)：(7)因此，LP=(%P205)/[%P]2=KP,欲提高转炉的脱磷能力，必须增大KP、aFeO、aCaO、fp和降低等热力学条件。良好的热力学条件是能够进行脱磷的前提，但是为了保证脱磷快速有效的进行，也需要创造有利的脱磷动力学条件，而转炉脱磷过程中的热力学条件和动力学条件是一个互相制约的过程，动力学条件好（渣的流动性好，碱度高）则热力学条件差（温度比较高），反之亦然。在转炉脱磷处理初

6、期，钢液中磷含量高、温度低，热力学条件较好，但渣的流动性差、炉渣碱度较低，需要通过加快化渣速度提高炉渣氧化性和碱度等措施来改善钢液动力学条件加快脱磷；在转炉脱磷处理后期，钢水磷含量低，渣的动力学条件较好，但钢液温度较高，不利于脱磷反应往正方向进行，此时可以通过提高炉渣的碱度来改善热力学条件。3转炉吹炼过程中脱磷全过程分析吹炼前期：在转炉吹炼前期较低的温度下，当吹氧和加入氧化剂脱磷时，钢水中氧和硅的亲和力比碳、磷大，硅比碳、磷优先氧化，此时熔池温度低，渣中（FeO）含量高，石灰还未大量熔化，同时［Si］大量氧化为（Si02）进入渣中并与CaO结合成牢固的稳定化合物2C

7、aO・Si02,降低了熔渣碱度，平均碱度为2.0左右。因此，初渣基本上是高氧化性、低碱度、低流动性的渣，炉渣脱磷能力相对较低，磷氧化形成的P205与（FeO）生成较稳定的（3FeO・P205）。吹炼中期：随着钢液中硅氧、猛氧放热氧化反应的进行,转炉熔池温度逐步升高，石灰不断溶解，炉渣中CaO含量不断上升，形成高碱度炉渣。铁水中的碳开始大量氧化，熔池搅动比前期强烈，促进脱磷反应的进行，但碳氧化反应消耗较多的（FeO）,由于（FeO）具有化渣作用，此时如果熔渣的氧化剂（FeO）因钢液脱碳被消耗，致使含量降低，进而降低石灰熔化速度，甚至出现未被熔化的固体石灰，最终形成