鋼鐵生產(chǎn)中的脫磷（課堂PPT）

1、鋼鐵生產(chǎn)中的脫磷鋼鐵生產(chǎn)中的脫磷北北 京京2007.72007.7 2提綱提綱v 磷在鋼中的危害磷在鋼中的危害v 脫磷反應(yīng)脫磷反應(yīng)v 轉(zhuǎn)爐脫磷工藝轉(zhuǎn)爐脫磷工藝v 鐵水預(yù)處理脫磷工藝鐵水預(yù)處理脫磷工藝v 鋼水爐外脫磷工藝鋼水爐外脫磷工藝3磷在鋼中的危害磷在鋼中的危害v 雜質(zhì)與鋼水的純凈度雜質(zhì)與鋼水的純凈度v 磷對鋼材韌性的危害磷對鋼材韌性的危害v 磷對鋼材低溫沖擊韌性的危害磷對鋼材低溫沖擊韌性的危害v 磷在晶界偏析對鋼材的危害磷在晶界偏析對鋼材的危害v 磷對鋼材斷裂韌性的危害磷對鋼材斷裂韌性的危害v 不同鋼種對磷含量的要求不同鋼種對磷含量的要求4雜質(zhì)與鋼水的純凈度雜質(zhì)與鋼水的純凈度v 鋼中雜質(zhì)對

2、鋼材性能有多種影響。鋼種用處不同，對鋼材中雜鋼中雜質(zhì)對鋼材性能有多種影響。鋼種用處不同，對鋼材中雜質(zhì)的要求也有很大差別，通常鋼中雜質(zhì)可分為兩大類：質(zhì)的要求也有很大差別，通常鋼中雜質(zhì)可分為兩大類： （1）表面活性雜質(zhì)：）表面活性雜質(zhì)：O、P、S、As、Se、Sb、Te等。等。 （2）間隙型雜質(zhì)：）間隙型雜質(zhì)：H、C、N、O、(B)v 從元素周期表看，表面活性雜質(zhì)是周期表中從元素周期表看，表面活性雜質(zhì)是周期表中Vb和和VIb族元素，族元素，此類元素容易在晶界或異向界面上偏析聚集，造成鋼的脆化，其此類元素容易在晶界或異向界面上偏析聚集，造成鋼的脆化，其偏析程度有時可達到平均濃度幾千倍。間隙型夾雜在鐵

3、結(jié)晶間的偏析程度有時可達到平均濃度幾千倍。間隙型夾雜在鐵結(jié)晶間的原子間隙內(nèi)運動，在原子間隙內(nèi)運動，在400以下的低溫區(qū)域危害極大。以下的低溫區(qū)域危害極大。5雜質(zhì)與鋼水的純凈度雜質(zhì)與鋼水的純凈度v 雜質(zhì)元素是鋼材發(fā)生各種裂紋和脆性的根源，提高鋼的潔雜質(zhì)元素是鋼材發(fā)生各種裂紋和脆性的根源，提高鋼的潔凈度對改善材質(zhì)和提高加工性能極為有效。凈度對改善材質(zhì)和提高加工性能極為有效。v 表給出鋼中雜質(zhì)對鋼材造成的缺陷及對性能的影響。表給出鋼中雜質(zhì)對鋼材造成的缺陷及對性能的影響。 磷作為表面活性雜質(zhì)易在晶界偏析，造成低溫脆性，降低磷作為表面活性雜質(zhì)易在晶界偏析，造成低溫脆性，降低鋼材韌性。鋼材韌性。6雜質(zhì)元素

4、對鋼材性能的影響雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響v鋼中雜質(zhì)元素即使在很低的濃度下，因偏析和在晶界鋼中雜質(zhì)元素即使在很低的濃度下，因偏析和在晶界析出或在原子間游動，可以改變鋼材性能，降低鋼材的析出或在原子間游動，可以改變鋼材性能，降低鋼材的質(zhì)量。雜質(zhì)元素對鋼材的性能影響主要包括強度、塑性、質(zhì)量。雜質(zhì)元素對鋼材的性能影響主要包括強度、塑性、耐蝕性等，如表所示。耐蝕性等，如表所示。7雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響 下兩表給出鋼中不同雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響。從表中可以看下兩表給出鋼中不同雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響。從表中可以看出，磷的危害是：出，磷的危害是：v 降低鋼材的韌性降低鋼材的韌性v

5、 降低鋼材的熱變形性降低鋼材的熱變形性v 降低鋼材的澆鑄性降低鋼材的澆鑄性 同時，磷可以提高鋼材的強度，提高鋼材的耐磨性和抗腐蝕能力。同時，磷可以提高鋼材的強度，提高鋼材的耐磨性和抗腐蝕能力。8磷對鋼材韌性的危害磷對鋼材韌性的危害磷使鋼變脆，可以提高鋼的抗拉強度，磷使鋼變脆，可以提高鋼的抗拉強度，但使韌性降低。如建筑用鋼磷含量從但使韌性降低。如建筑用鋼磷含量從0.02%降到降到0.005%，性能會進一，性能會進一步改善。磷從步改善。磷從0.014%降到降到0.002%，轉(zhuǎn)變溫度可下降，轉(zhuǎn)變溫度可下降40K。9磷對鋼材低溫沖擊韌性的危害磷對鋼材低溫沖擊韌性的危害v磷直接影響鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，例如

6、：磷直接影響鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，例如：STE690鋼，當磷含量從鋼，當磷含量從0.017%降到降到0.006%時，轉(zhuǎn)變溫度下降時，轉(zhuǎn)變溫度下降25K。因此，。因此，寒冷地區(qū)用的高強度鋼材對磷含量要求特寒冷地區(qū)用的高強度鋼材對磷含量要求特別嚴格。別嚴格。10磷在晶界偏析對鋼材的危害磷在晶界偏析對鋼材的危害v 磷是表面活性雜質(zhì)，易在晶界上偏析引起裂紋。磷是表面活性雜質(zhì)，易在晶界上偏析引起裂紋。v 磷在晶界的偏析度隨回火溫度的升高而降低；磷在晶界的偏析度隨回火溫度的升高而降低；v 隨磷含量的增加而上升；隨磷含量的增加而上升；v 隨著晶界中磷含量的增加，鋼材脆性轉(zhuǎn)變溫度線性提高；隨著晶界中磷含量的增加，

7、鋼材脆性轉(zhuǎn)變溫度線性提高；v 提高鋼中提高鋼中Ti含量可以減輕甚至消除晶界上磷的偏析，抑制磷的危害。含量可以減輕甚至消除晶界上磷的偏析，抑制磷的危害。11磷對鋼材斷裂韌性的危害磷對鋼材斷裂韌性的危害v 高強鋼或超高強鋼的一種重要的高強鋼或超高強鋼的一種重要的失效方式失效方式低應(yīng)力脆性破斷。這種低應(yīng)力脆性破斷。這種失效，是在施于材料上的載荷小于失效，是在施于材料上的載荷小于s或許用應(yīng)力時，由材料內(nèi)裂紋逐或許用應(yīng)力時，由材料內(nèi)裂紋逐步擴展造成的。許多因素會影響鋼步擴展造成的。許多因素會影響鋼的斷裂韌性，其中磷是引起冷脆的的斷裂韌性，其中磷是引起冷脆的元素，其含量每增加元素，其含量每增加0.01%會

8、使會使鋼材臨界脆化溫度上升鋼材臨界脆化溫度上升710K，并使鋼材的沖擊值顯著降低。產(chǎn)生并使鋼材的沖擊值顯著降低。產(chǎn)生這種影響的原因之一是熔于鋼基體這種影響的原因之一是熔于鋼基體中的磷限制了交叉滑移，使鋼的塑中的磷限制了交叉滑移，使鋼的塑性變形能力下降所致。性變形能力下降所致。12不同用途鋼種所允許的雜質(zhì)含量的上限（不同用途鋼種所允許的雜質(zhì)含量的上限（%）13鋼種、服役條件對鋼材純凈度的要求鋼種、服役條件對鋼材純凈度的要求14碳素鋼和低合金鋼對夾雜物含量和尺寸的要求碳素鋼和低合金鋼對夾雜物含量和尺寸的要求15特殊鋼對夾雜物含量和尺寸的要求特殊鋼對夾雜物含量和尺寸的要求16優(yōu)質(zhì)管線鋼對雜質(zhì)元素的要

9、求優(yōu)質(zhì)管線鋼對雜質(zhì)元素的要求17脫磷反應(yīng)脫磷反應(yīng)v 鋼中磷的來源鋼中磷的來源v 磷在鋼中的溶解度磷在鋼中的溶解度v 脫磷反應(yīng)熱力學脫磷反應(yīng)熱力學v 爐渣的脫磷能力爐渣的脫磷能力v 渣渣鋼間磷分配系數(shù)的計算方法鋼間磷分配系數(shù)的計算方法v 兩種脫磷工藝的比較兩種脫磷工藝的比較v 脫磷反應(yīng)動力學脫磷反應(yīng)動力學18鋼中磷的來源鋼中磷的來源v鋼中的磷主要來源于礦石。鋼中的磷主要來源于礦石。在高爐煉鐵過程中，礦石在高爐煉鐵過程中，礦石中的磷被還原到鐵水中。中的磷被還原到鐵水中。鐵水中的磷含量不僅決定鐵水中的磷含量不僅決定于礦石的含磷量，也決定于礦石的含磷量，也決定于高爐渣的組成。右圖給于高爐渣的組成。右圖

10、給出不同成份的高爐渣與鐵出不同成份的高爐渣與鐵水磷平衡的條件。從圖中水磷平衡的條件。從圖中可以看出，隨著鐵的還原，可以看出，隨著鐵的還原，鐵水中磷含量逐漸增高。鐵水中磷含量逐漸增高。19磷在鋼中的溶解度磷在鋼中的溶解度v煉鋼爐內(nèi)脫磷反應(yīng)屬于氧化反應(yīng)，在渣煉鋼爐內(nèi)脫磷反應(yīng)屬于氧化反應(yīng)，在渣鋼界面鋼界面上反應(yīng)生成的上反應(yīng)生成的P2O5與渣中與渣中CaO結(jié)合，生成磷酸鈣。結(jié)合，生成磷酸鈣。因此，煉鋼脫磷反應(yīng)又是渣因此，煉鋼脫磷反應(yīng)又是渣鋼反應(yīng)。鋼中磷的溶鋼反應(yīng)。鋼中磷的溶解度可以用氣體解度可以用氣體金屬間反應(yīng)，由下式求出：金屬間反應(yīng)，由下式求出：20磷在鋼中的溶解度磷在鋼中的溶解度v右圖給出不同元素

11、右圖給出不同元素對鐵水中磷的活度系對鐵水中磷的活度系數(shù)的影響，其中數(shù)的影響，其中C、Si、S等元素提高磷等元素提高磷的活度系數(shù)，有利于的活度系數(shù)，有利于脫磷；而脫磷；而Cr、Nb、Mn、V、Ti等元素等元素降低磷的活度系數(shù)，降低磷的活度系數(shù)，不利于煉鋼脫磷。不利于煉鋼脫磷。21脫磷反應(yīng)熱力學脫磷反應(yīng)熱力學v煉鋼過程的脫磷反應(yīng)在渣煉鋼過程的脫磷反應(yīng)在渣金屬間進金屬間進行，渣中行，渣中(CaO)高的堿性操作可以脫高的堿性操作可以脫磷。據(jù)此脫磷反應(yīng)可以按下式進行：磷。據(jù)此脫磷反應(yīng)可以按下式進行：v（1）分子論形式的表達式）分子論形式的表達式v2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaOP2O5)+5

12、Fe(l)v2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP2O5)+5Fe(l)v（2）離子形式表達式）離子形式表達式v 2P+5O+3(O2-)=2(PO3-4)v脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)KP可以簡化為：可以簡化為：v KP=(aP2O5)/(aP2aO5)v lgKP=36850/T-29.07v渣中磷的活度渣中磷的活度aP2o5=P2o5NP2o5脫磷的熱力學條件：脫磷的熱力學條件： 低溫低溫 高堿度渣高堿度渣 高氧化性渣高氧化性渣 大渣量大渣量22爐渣的脫磷能力爐渣的脫磷能力v不同渣系下，渣不同渣系下，渣鋼間磷的平衡分配系數(shù)鋼間磷的平衡分配系數(shù)23爐渣的脫磷能力爐渣的脫磷能力v

13、FeO對爐渣脫磷能對爐渣脫磷能力的影響力的影響24渣渣鋼間磷分配系數(shù)的計算方法鋼間磷分配系數(shù)的計算方法vK-BOP法中脫磷平衡常數(shù)的經(jīng)驗公式（法中脫磷平衡常數(shù)的經(jīng)驗公式（M.Ohnishi）v頂?shù)讖?fù)合吹煉法中脫磷平衡常數(shù)的經(jīng)驗公式（甲斐干頂?shù)讖?fù)合吹煉法中脫磷平衡常數(shù)的經(jīng)驗公式（甲斐干）25渣渣鋼間磷分配系數(shù)的計算方法鋼間磷分配系數(shù)的計算方法vSTB復(fù)吹工藝中脫磷平衡常數(shù)的經(jīng)驗公式（成羽始）復(fù)吹工藝中脫磷平衡常數(shù)的經(jīng)驗公式（成羽始）vHealy公式公式26脫磷反應(yīng)動力學脫磷反應(yīng)動力學27轉(zhuǎn)爐脫磷工藝轉(zhuǎn)爐脫磷工藝v 轉(zhuǎn)爐煉鋼方法轉(zhuǎn)爐煉鋼方法v 復(fù)合吹煉的工藝方法復(fù)合吹煉的工藝方法v 熔池的攪拌特性

14、熔池的攪拌特性v 攪拌強度對吹煉過程的影響攪拌強度對吹煉過程的影響v 攪拌強度對鋼渣間磷平衡的影響攪拌強度對鋼渣間磷平衡的影響v 轉(zhuǎn)爐脫磷工藝與效果的比較轉(zhuǎn)爐脫磷工藝與效果的比較v 轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的技術(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的技術(shù)優(yōu)化28轉(zhuǎn)爐方法轉(zhuǎn)爐方法v頂吹超音速純氧射流頂吹超音速純氧射流v吹煉后期熔池攪拌減弱吹煉后期熔池攪拌減弱v后期渣后期渣鋼反應(yīng)偏離平衡鋼反應(yīng)偏離平衡v熱效率高熱效率高v頂吹超音速純氧射流頂吹超音速純氧射流v吹煉后期熔池攪拌減弱吹煉后期熔池攪拌減弱v后期渣后期渣鋼反應(yīng)偏離平衡鋼反應(yīng)偏離平衡v熱效率高熱效率高v頂吹超音速純氧射流頂吹超音速純氧射流v吹煉后期熔池攪拌減弱吹煉后期熔池攪

15、拌減弱v后期渣后期渣鋼反應(yīng)偏離平衡鋼反應(yīng)偏離平衡v熱效率高熱效率高29頂、底吹轉(zhuǎn)爐的冶金特點頂、底吹轉(zhuǎn)爐的冶金特點v頂、底吹轉(zhuǎn)爐終點頂、底吹轉(zhuǎn)爐終點C、O平衡的比較平衡的比較v頂、底吹轉(zhuǎn)爐爐渣氧化性頂、底吹轉(zhuǎn)爐爐渣氧化性的比較的比較v頂、底吹轉(zhuǎn)爐渣頂、底吹轉(zhuǎn)爐渣鋼鋼升溫速度的比較升溫速度的比較30復(fù)合吹煉的工藝方法復(fù)合吹煉的工藝方法31各種復(fù)合吹煉的工藝參數(shù)各種復(fù)合吹煉的工藝參數(shù)32熔池攪拌特性的比較熔池攪拌特性的比較33攪拌強度對終點碳氧平衡的影響攪拌強度對終點碳氧平衡的影響LD-HC法法LD-OTB法法LD-KD法法34攪拌強度對終點碳氧平衡的影響攪拌強度對終點碳氧平衡的影響LBELBEL

16、D-OBLD-OB35攪拌強度對終點碳氧平衡的影響攪拌強度對終點碳氧平衡的影響NK-CBNK-CB( (高碳鋼高碳鋼) )NK-CBNK-CB36攪拌強度對爐渣氧化性的影響攪拌強度對爐渣氧化性的影響37攪拌強度對爐渣氧化性的影響攪拌強度對爐渣氧化性的影響38攪拌強度對鋼渣平衡的影響攪拌強度對鋼渣平衡的影響39攪拌強度對鋼渣平衡的影響攪拌強度對鋼渣平衡的影響40攪拌強度對鋼渣間磷平衡的影響攪拌強度對鋼渣間磷平衡的影響41攪拌強度對鋼渣間磷平衡的影響攪拌強度對鋼渣間磷平衡的影響42攪拌強度對終點磷的影響攪拌強度對終點磷的影響43攪拌強度對終點磷的影響攪拌強度對終點磷的影響44復(fù)吹工藝對終點磷的影響

17、復(fù)吹工藝對終點磷的影響底吹攪拌強度對脫磷效果的影響底吹攪拌強度對脫磷效果的影響石灰加入方法對脫磷的影響石灰加入方法對脫磷的影響攪拌與加入方法對石灰熔化速度的影響攪拌與加入方法對石灰熔化速度的影響45攪拌強度對鋼渣平衡的影響攪拌強度對鋼渣平衡的影響v 轉(zhuǎn)爐脫磷的技術(shù)關(guān)鍵：轉(zhuǎn)爐脫磷的技術(shù)關(guān)鍵：v 低溫，降低溫度對脫磷有明顯好處；低溫，降低溫度對脫磷有明顯好處；v 強攪拌，提高熔池動力學條件，有利于脫磷；強攪拌，提高熔池動力學條件，有利于脫磷；v 渣中氧化鐵含量渣中氧化鐵含量1315%脫磷效果最佳；脫磷效果最佳；v 渣堿度渣堿度2.5。46后攪對脫磷的影響后攪對脫磷的影響v 吹煉結(jié)束后，采用后攪工藝

18、可以實現(xiàn)有效的脫磷：吹煉結(jié)束后，采用后攪工藝可以實現(xiàn)有效的脫磷：v 無論對低、中、高碳鋼的冶煉，采用后攪工藝使終點磷含無論對低、中、高碳鋼的冶煉，采用后攪工藝使終點磷含量趨于平衡，對低碳鋼尤為明顯量趨于平衡，對低碳鋼尤為明顯v 采用后攪工藝脫磷效果與渣中采用后攪工藝脫磷效果與渣中FeO含量關(guān)系密切，隨著渣含量關(guān)系密切，隨著渣中中FeO含量的增高，后攪效果減弱，渣中含量的增高，后攪效果減弱，渣中FeO在在1828%的范圍后攪效果較好的范圍后攪效果較好v 采用后攪工藝鋼中磷可降低采用后攪工藝鋼中磷可降低3050%。47后攪對脫磷的影響后攪對脫磷的影響48轉(zhuǎn)爐脫磷工藝與效果的比較轉(zhuǎn)爐脫磷工藝與效果的

19、比較49轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的技術(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的技術(shù)優(yōu)化1300130013501350140014001450145015001500155015501600160016501650170017000 050050010001000150015002000200025002500300030003500350040004000 (P)/P(P)/PT T0 0C C(% CaO)=40(% T.FeO)=10 黑勒公式1 黑勒公式2 STB經(jīng)驗公式0 02 24 46 68 810101212141416160 02020404060608080100100 磷 平衡渣量 實際過程渣量 實際渣量

20、下磷 變 化 t mint min渣量kg/t渣量kg/t0.000.000.020.020.040.040.060.06%P%P渣渣鋼間磷的平衡分配系數(shù)與溫度的關(guān)系鋼間磷的平衡分配系數(shù)與溫度的關(guān)系復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的優(yōu)化復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的優(yōu)化50轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的技術(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐脫磷工藝的技術(shù)優(yōu)化鐵水鐵水%P鋼水鋼水%P脫磷量脫磷量(kg/t鋼鋼)生成生成P2O5量量(kg/t鋼鋼)處理溫處理溫度度(%TFe)(%CaO)LP2 /LP3渣量渣量kg/t鋼鋼工況工況A0.110.010.12.291350103046821.426238.2工況工況B16501555917.710.999.4101.3

21、不同工況下鋼渣脫磷平衡時需要的渣量不同工況下鋼渣脫磷平衡時需要的渣量 51鐵水預(yù)處理脫磷工藝鐵水預(yù)處理脫磷工藝52高爐鐵水脫磷技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀高爐鐵水脫磷技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 v 鐵水預(yù)處理脫磷方法的可以按兩種方法分類。鐵水預(yù)處理脫磷方法的可以按兩種方法分類。v 根據(jù)所用容器不同，可分為鐵水罐或魚雷車中脫磷和轉(zhuǎn)根據(jù)所用容器不同，可分為鐵水罐或魚雷車中脫磷和轉(zhuǎn)爐內(nèi)鐵水脫磷兩大類。爐內(nèi)鐵水脫磷兩大類。v 根據(jù)脫磷劑組成可以分為蘇打精煉法和石灰系熔劑精煉根據(jù)脫磷劑組成可以分為蘇打精煉法和石灰系熔劑精煉法。法。 53蘇打精煉法蘇打精煉法 v 蘇打精煉法最典型的工藝是日本住友金屬鹿島廠開發(fā)的蘇打精煉法最典型

22、的工藝是日本住友金屬鹿島廠開發(fā)的“住友堿精煉法住友堿精煉法”()，于，于1982年年5月正式投產(chǎn)。月正式投產(chǎn)。其工藝過程為：鐵水流入魚雷車后，先噴吹燒結(jié)礦粉進行其工藝過程為：鐵水流入魚雷車后，先噴吹燒結(jié)礦粉進行脫硅處理，處理后使硅含量脫硅處理，處理后使硅含量0.01%，再用真空吸渣法排，再用真空吸渣法排除渣后，噴入蘇打粉同時脫磷脫硫，處理后鐵水除渣后，噴入蘇打粉同時脫磷脫硫，處理后鐵水0.01%，0.003%。這種方法的效率高，。這種方法的效率高，生產(chǎn)低磷鋼時精煉成本較低，但缺點是在處理過程中產(chǎn)生生產(chǎn)低磷鋼時精煉成本較低，但缺點是在處理過程中產(chǎn)生大量煙霧，鈉的損失大且會污染環(huán)境，因而沒有得到大

23、規(guī)大量煙霧，鈉的損失大且會污染環(huán)境，因而沒有得到大規(guī)模推廣使用。這種工藝也不適合目前一鋼公司的生產(chǎn)線。模推廣使用。這種工藝也不適合目前一鋼公司的生產(chǎn)線。 54石灰系熔劑精煉法石灰系熔劑精煉法v 1978年年7月新日鐵君津廠開發(fā)了鐵水脫硅、脫磷技術(shù)，月新日鐵君津廠開發(fā)了鐵水脫硅、脫磷技術(shù)，于于19821983年在君津一、二煉相繼投產(chǎn)，稱之為年在君津一、二煉相繼投產(chǎn)，稱之為工藝工藝 (Optimizing Refining Process)，旨在把過，旨在把過去傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐進行脫硅、脫磷、脫硫、脫碳的工序分去傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐進行脫硅、脫磷、脫硫、脫碳的工序分3段進行，段進行，以使各工序在熱力學最佳條件下進行冶

24、煉。所謂以使各工序在熱力學最佳條件下進行冶煉。所謂3段工序是段工序是在高爐出鐵槽中進行脫硅，在鐵水罐或混鐵車內(nèi)進行脫磷、在高爐出鐵槽中進行脫硅，在鐵水罐或混鐵車內(nèi)進行脫磷、硫，在轉(zhuǎn)爐中進行脫碳。當高爐鐵水含硅量高時，尚需在硫，在轉(zhuǎn)爐中進行脫碳。當高爐鐵水含硅量高時，尚需在鐵水罐或混鐵車中進行二次脫硅，其脫硅目標值應(yīng)為鐵水罐或混鐵車中進行二次脫硅，其脫硅目標值應(yīng)為si0.15%，以滿足鐵水脫磷要求。，以滿足鐵水脫磷要求。 55工藝工藝v 鐵水脫硅在高爐出鐵槽中進行，噸鐵脫硅劑加入量一般鐵水脫硅在高爐出鐵槽中進行，噸鐵脫硅劑加入量一般為為30kg，鐵水脫磷在混鐵車中進行，噸鐵脫磷劑，鐵水脫磷在混鐵

25、車中進行，噸鐵脫磷劑(鐵礦石鐵礦石粉或燒結(jié)礦粉粉或燒結(jié)礦粉)加入量一般為加入量一般為50kg，平均月處理鐵水量已，平均月處理鐵水量已達達20萬，從萬，從1982年年9月至月至1983年年7月共處理鐵水量已月共處理鐵水量已達達204萬。高爐出鐵硅目標值為萬。高爐出鐵硅目標值為si0.15%；脫磷工；脫磷工序目標值視冶煉鋼種要求而異，當冶煉低磷鋼時，要求處序目標值視冶煉鋼種要求而異，當冶煉低磷鋼時，要求處理后的鐵水含磷量為理后的鐵水含磷量為0.01%0.02%；煉普碳鋼時；煉普碳鋼時要求鐵水含磷量為要求鐵水含磷量為0.03%0.05%。 56太鋼二煉鋼的鐵水預(yù)處理站太鋼二煉鋼的鐵水預(yù)處理站v 日本

26、川崎制鐵引進。鐵水處理在日本川崎制鐵引進。鐵水處理在55專用包內(nèi)進行。有運罐專用包內(nèi)進行。有運罐車在處理工位和扒渣工位運行。根據(jù)三脫的需要，頂部設(shè)有三個車在處理工位和扒渣工位運行。根據(jù)三脫的需要，頂部設(shè)有三個貯粉罐，分別裝三種粉劑貯粉罐，分別裝三種粉劑(脫硅劑、脫磷劑和脫硫劑脫硅劑、脫磷劑和脫硫劑)。下部共用。下部共用一個噴粉罐，可單脫硫處理或同時脫磷脫硫處理。單脫硫處理操一個噴粉罐，可單脫硫處理或同時脫磷脫硫處理。單脫硫處理操作流程是：作流程是：v 高爐鐵水罐高爐鐵水罐兌入兌入65專用包專用包扒渣、測溫、取樣扒渣、測溫、取樣噴入脫噴入脫硫劑硫劑扒渣、測溫、取樣扒渣、測溫、取樣兌入轉(zhuǎn)爐。脫磷處

27、理操作流程是：高兌入轉(zhuǎn)爐。脫磷處理操作流程是：高爐鐵水爐前脫硅爐鐵水爐前脫硅(至至0.45%si)高爐鐵水罐高爐鐵水罐兌入兌入65專用專用包包扒渣、測溫、取樣扒渣、測溫、取樣噴入脫硅劑噴入脫硅劑(至至0.15%)扒渣、扒渣、測溫、取樣測溫、取樣噴入脫磷劑噴入脫磷劑扒渣、測溫、取樣扒渣、測溫、取樣兌入轉(zhuǎn)爐。兌入轉(zhuǎn)爐。 57轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷預(yù)處理的工藝轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷預(yù)處理的工藝 v 住友金屬開發(fā)的住友金屬開發(fā)的(Simple Refining Process)工藝工藝是轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理脫磷技術(shù)的典型代表。是轉(zhuǎn)爐鐵水預(yù)處理脫磷技術(shù)的典型代表。1999年年3月和歌山廠月和歌山廠新建新建2座座210頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐

28、，采用工藝。兌入轉(zhuǎn)爐鐵水頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，采用工藝。兌入轉(zhuǎn)爐鐵水為為0.1%，經(jīng)脫磷后鐵水中，經(jīng)脫磷后鐵水中降至降至0.01%。當冶煉低磷。當冶煉低磷鋼時一般脫磷后鐵水中鋼時一般脫磷后鐵水中量至量至0.01%0.02%；一般鋼種；一般鋼種脫磷后鐵水含磷量控制在脫磷后鐵水含磷量控制在為為0.03%0.05%。脫磷轉(zhuǎn)爐。脫磷轉(zhuǎn)爐氧耗氧耗133/；脫碳轉(zhuǎn)爐氧耗為；脫碳轉(zhuǎn)爐氧耗為453/。轉(zhuǎn)爐脫磷后出。轉(zhuǎn)爐脫磷后出半成品，采用擋渣，因此進入鋼包中渣量減少，不需扒渣；但對半成品，采用擋渣，因此進入鋼包中渣量減少，不需扒渣；但對冶煉冶煉0.01%的鋼種需進行扒渣。脫磷渣堿度控制在的鋼種需進行扒渣。脫磷渣堿度控

29、制在2.22.7，根據(jù)冶煉鋼種考慮，溫度愈低，脫磷率愈高，溫度，根據(jù)冶煉鋼種考慮，溫度愈低，脫磷率愈高，溫度目標值一般控制在目標值一般控制在1350。 58國內(nèi)某廠鐵水罐噴吹脫磷工藝國內(nèi)某廠鐵水罐噴吹脫磷工藝v 在設(shè)備上具有埋入消耗式頂槍噴粉系統(tǒng)和水冷式頂槍吹氧系統(tǒng)。在設(shè)備上具有埋入消耗式頂槍噴粉系統(tǒng)和水冷式頂槍吹氧系統(tǒng)。v 鐵水脫磷站具有補充脫硅功能。當鐵水硅含量高于鐵水脫磷站具有補充脫硅功能。當鐵水硅含量高于0.15%時，時，要進行補充脫硅操作，用噴粉槍噴入脫硅劑并加氧化鐵皮，同時要進行補充脫硅操作，用噴粉槍噴入脫硅劑并加氧化鐵皮，同時使用氧槍在鐵水表面吹氧。該工藝具備較高的脫硅效率。使用

30、氧槍在鐵水表面吹氧。該工藝具備較高的脫硅效率。v 采用埋入式噴槍用采用埋入式噴槍用N2作載氣直接將脫磷粉劑噴入鐵水包底部，作載氣直接將脫磷粉劑噴入鐵水包底部，由于載氣的強攪拌和噴入的鐵氧化物在包底迅速分解為由于載氣的強攪拌和噴入的鐵氧化物在包底迅速分解為FeO，使脫磷反應(yīng)具有很好的動力學條件，脫磷劑在上浮到熔池表面時，使脫磷反應(yīng)具有很好的動力學條件，脫磷劑在上浮到熔池表面時，反應(yīng)能充分進行，因而具有高的脫磷速度和脫磷率。反應(yīng)能充分進行，因而具有高的脫磷速度和脫磷率。59國內(nèi)某廠鐵水罐噴吹脫磷工藝國內(nèi)某廠鐵水罐噴吹脫磷工藝v 通過控制水冷氧槍的吹氧量可以有效地控制鐵水的溫度。使鐵通過控制水冷氧槍

31、的吹氧量可以有效地控制鐵水的溫度。使鐵水溫度不過高以便有利于脫磷，鐵水溫度不過低，有利于化渣，水溫度不過高以便有利于脫磷，鐵水溫度不過低，有利于化渣，特別是有利于轉(zhuǎn)爐冶煉。特別是有利于轉(zhuǎn)爐冶煉。v 采用采用CaO+CaF2和鐵礦粉、氧化鐵皮作為脫磷粉劑，成本低，和鐵礦粉、氧化鐵皮作為脫磷粉劑，成本低，安全性高。安全性高。v 脫磷處理后配備有效的扒渣設(shè)備，以防止后步工序回磷。脫磷處理后配備有效的扒渣設(shè)備，以防止后步工序回磷。v 噴吹系統(tǒng)可實現(xiàn)全自動化操作，運用模型控制可實現(xiàn)工藝操作噴吹系統(tǒng)可實現(xiàn)全自動化操作，運用模型控制可實現(xiàn)工藝操作的自動化。的自動化。v 根據(jù)不銹鋼生產(chǎn)對鐵水需求量的不同，處理

32、的鐵水量可在較大根據(jù)不銹鋼生產(chǎn)對鐵水需求量的不同，處理的鐵水量可在較大范圍內(nèi)變化，每罐為范圍內(nèi)變化，每罐為50-95噸。噸。60鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析 v (1)鐵水硅含量的影響鐵水硅含量的影響 :v從熱力學上講硅優(yōu)先于磷從熱力學上講硅優(yōu)先于磷氧化，即硅的存在抑制脫磷氧化，即硅的存在抑制脫磷反應(yīng)的進行。而硅氧化后由反應(yīng)的進行。而硅氧化后由于降低了爐渣的堿度也不利于降低了爐渣的堿度也不利于脫磷。于脫磷。v在實際工藝中人們普遍的在實際工藝中人們普遍的共識是滿足鐵水脫磷的起始共識是滿足鐵水脫磷的起始硅含量應(yīng)小于硅含量應(yīng)小于0.1-0.15%。 鐵水初始硅含量對脫磷率的影響鐵水初始硅

33、含量對脫磷率的影響 61鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析 v （3）鐵水溫度：）鐵水溫度：v 低溫有利于脫磷。但過低的溫度不僅對后步冶煉造成低溫有利于脫磷。但過低的溫度不僅對后步冶煉造成影響，而且也不利于反應(yīng)的動力學條件并使爐渣的流動影響，而且也不利于反應(yīng)的動力學條件并使爐渣的流動性惡化。根據(jù)大量的實驗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，脫磷前的溫性惡化。根據(jù)大量的實驗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，脫磷前的溫度在度在1300-1350，脫磷后的溫度在，脫磷后的溫度在1280-1320范圍內(nèi)是合理的。而且盡量用頂吹氧槍控制鐵水的溫降，范圍內(nèi)是合理的。而且盡量用頂吹氧槍控制鐵水的溫降，使溫降值小于使溫降值小于50。 62鐵

34、水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析 v 脫磷粉劑組成脫磷粉劑組成 v 氧化劑氧化劑 氧化劑的作用是將鐵水中的磷氧化生成氧化劑的作用是將鐵水中的磷氧化生成P2O5。常。常用的氧化劑有鐵精礦粉或燒結(jié)礦粉、軋鋼鐵鱗（氧化鐵用的氧化劑有鐵精礦粉或燒結(jié)礦粉、軋鋼鐵鱗（氧化鐵皮）、轉(zhuǎn)爐除塵灰和轉(zhuǎn)爐渣等。有關(guān)實驗表明，采用軋皮）、轉(zhuǎn)爐除塵灰和轉(zhuǎn)爐渣等。有關(guān)實驗表明，采用軋鋼鐵皮效果最好。有資料介紹采用少量錳礦替代氧化鐵鋼鐵皮效果最好。有資料介紹采用少量錳礦替代氧化鐵做氧化劑可以促進造渣提高脫磷效果。做氧化劑可以促進造渣提高脫磷效果。63鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析 v 固定劑固定劑 固定劑的

35、作用是與氧化生成的固定劑的作用是與氧化生成的P2O5結(jié)合形成穩(wěn)定結(jié)合形成穩(wěn)定的化合物使的化合物使P穩(wěn)定存在于渣中。也可以理解為固定劑能穩(wěn)定存在于渣中。也可以理解為固定劑能顯著降低渣中顯著降低渣中P2O5的活度系數(shù)，使磷穩(wěn)定存在與渣中。的活度系數(shù)，使磷穩(wěn)定存在與渣中。因而固定劑是高堿度的組元。最常用的固定劑是因而固定劑是高堿度的組元。最常用的固定劑是CaO。研究表明，用更高堿度的組元研究表明，用更高堿度的組元Na2O、BaO、SrO部部分代替分代替CaO可以提高鐵水脫磷效果。常用的固定劑有可以提高鐵水脫磷效果。常用的固定劑有CaO、Na2CO3，其反應(yīng)為：，其反應(yīng)為： 64鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析鐵

36、水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析 v 助熔劑助熔劑 助熔劑的作用是降低脫磷劑的熔化溫度，助熔劑的作用是降低脫磷劑的熔化溫度，改善爐渣的流動性，提高脫磷反應(yīng)速度。最改善爐渣的流動性，提高脫磷反應(yīng)速度。最常見的助熔劑是常見的助熔劑是CaF2。而用。而用CaCl2代替代替CaF2可以進一步提高脫磷效果?？梢赃M一步提高脫磷效果。國內(nèi)外一些鋼廠或研究者所用的脫磷劑組成國內(nèi)外一些鋼廠或研究者所用的脫磷劑組成 廠家或作者廠家或作者石灰石灰氧化鐵氧化鐵皮皮鐵礦粉鐵礦粉螢石螢石CaCl2Na2CO3住友金屬住友金屬30-4050-55 5-100-5 加古川加古川4646 8 和歌山和歌山20-40+石灰石石灰石5-25 4

37、78 水島廠水島廠140-50 40-5010 水島廠水島廠25-20+轉(zhuǎn)爐渣轉(zhuǎn)爐渣30-50 30-505-15 千葉廠千葉廠2472 4 福山廠福山廠38 544 4太鋼太鋼3555 10 一鋼公司一鋼公司52 408 CaO/FeCaO/Fe2 2O O3 3比例對脫磷影響比例對脫磷影響 CaFCaF2 2對脫磷率影響對脫磷率影響67鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析 v （4）粉劑消耗量粉劑消耗量 ： 粉劑消耗量通常在粉劑消耗量通常在30-50kg/t范圍內(nèi)。在相同鐵水范圍內(nèi)。在相同鐵水條件和脫磷率下主要取決于粉劑種類和操作工藝參數(shù)。條件和脫磷率下主要取決于粉劑種類和操作工藝參數(shù)

38、。而當工藝和粉劑種類確定時，則取決于鐵水的原始成分而當工藝和粉劑種類確定時，則取決于鐵水的原始成分和磷的處理目標值。此時應(yīng)建立一個工藝數(shù)學模型，預(yù)和磷的處理目標值。此時應(yīng)建立一個工藝數(shù)學模型，預(yù)測終點磷含量與粉劑消耗量的關(guān)系。測終點磷含量與粉劑消耗量的關(guān)系。68鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析 v （5）載氣操作參數(shù)）載氣操作參數(shù) ：用于載送脫磷劑的氣體一般為用于載送脫磷劑的氣體一般為N2、O2或空氣。在用或空氣。在用N2為為載氣的情況下混入少量載氣的情況下混入少量O2有利于防止噴槍堵塞，也有利于有利于防止噴槍堵塞，也有利于脫磷。粉氣比與采用的載氣有關(guān)，通常在脫磷。粉氣比與采用的載氣有

39、關(guān)，通常在30-60kg/kg。如果用如果用O2可以小一些。在用惰性氣體的情況下，一般要大可以小一些。在用惰性氣體的情況下，一般要大于于50kg/kg。不同廠家的噴吹模式不僅相同。有的固定脫。不同廠家的噴吹模式不僅相同。有的固定脫磷劑組成，通過改變氣粉比、噴吹速度和噴吹時間來控制脫磷劑組成，通過改變氣粉比、噴吹速度和噴吹時間來控制脫磷反應(yīng)。有的則可以在噴吹過程中改變脫磷劑的組成。例如，磷反應(yīng)。有的則可以在噴吹過程中改變脫磷劑的組成。例如，為預(yù)防脫磷初期由于不能很快形成一定堿度所誘發(fā)的噴濺，為預(yù)防脫磷初期由于不能很快形成一定堿度所誘發(fā)的噴濺，而采取了在噴吹過程迅速變化石灰和燒結(jié)礦粉組成的措施。而

40、采取了在噴吹過程迅速變化石灰和燒結(jié)礦粉組成的措施。具體的噴吹模式還需要進一步做試驗確定。具體的噴吹模式還需要進一步做試驗確定。 69鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析鐵水脫磷關(guān)鍵技術(shù)分析 v （6）頂吹氧氣參數(shù)）頂吹氧氣參數(shù) ： 頂吹氧氣可以補償鐵水溫降、促進化渣和熔池攪拌、頂吹氧氣可以補償鐵水溫降、促進化渣和熔池攪拌、提高氧化性從而提高脫磷效果。頂吹氧供氧強度通常在提高氧化性從而提高脫磷效果。頂吹氧供氧強度通常在0.5-1.0 Nm3/t.min，供氧量應(yīng)達，供氧量應(yīng)達5-7 Nm3/t。因為適當提高因為適當提高O2的氣固比，有利于減少熔池溫降。控的氣固比，有利于減少熔池溫降。控制合理的槍位并采用二次燃燒

41、技術(shù)可以減少鐵水的脫碳制合理的槍位并采用二次燃燒技術(shù)可以減少鐵水的脫碳量并提高熱效率。量并提高熱效率。 70鐵水同時脫硫與脫磷鐵水同時脫硫與脫磷 工業(yè)技術(shù)的發(fā)展促使人們尋求更加經(jīng)濟的鐵水爐外處理方法，工業(yè)技術(shù)的發(fā)展促使人們尋求更加經(jīng)濟的鐵水爐外處理方法，若能在鐵水預(yù)處理中同時實現(xiàn)脫磷與脫硫，則對降低生產(chǎn)成本，提若能在鐵水預(yù)處理中同時實現(xiàn)脫磷與脫硫，則對降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率都有利。高生產(chǎn)率都有利。 眾所周知，鐵水脫硫和脫磷所要求的熱力學條件是相互矛盾的，眾所周知，鐵水脫硫和脫磷所要求的熱力學條件是相互矛盾的，要同時實現(xiàn)脫硫與脫磷，必須創(chuàng)造一定的條件才能進行。要同時實現(xiàn)脫硫與脫磷，必須創(chuàng)造一定

42、的條件才能進行。 根據(jù)現(xiàn)代冶金爐渣結(jié)構(gòu)理論，冶金爐渣是離子性熔體，爐渣根據(jù)現(xiàn)代冶金爐渣結(jié)構(gòu)理論，冶金爐渣是離子性熔體，爐渣金屬間的反應(yīng)實質(zhì)是電化學反應(yīng)。在強的還原條件下金屬間的反應(yīng)實質(zhì)是電化學反應(yīng)。在強的還原條件下(po210-17MPa)，如在，如在CaCaF2渣系下，金屬中硫和磷都以陰離子形渣系下，金屬中硫和磷都以陰離子形式同時進行轉(zhuǎn)移，即陰極反應(yīng)：式同時進行轉(zhuǎn)移，即陰極反應(yīng)： S+2eS2- P+3eP3- 而此時的陽極反應(yīng)為：而此時的陽極反應(yīng)為：Ca-2eCa2+71鐵水同時脫硫與脫磷鐵水同時脫硫與脫磷因此，總的脫硫和脫磷反應(yīng)式為：因此，總的脫硫和脫磷反應(yīng)式為：在氧化條件下，脫硫和脫磷

43、的分配比可用下式表示：在氧化條件下，脫硫和脫磷的分配比可用下式表示： 其中，磷容量其中，磷容量C CP P和硫容量和硫容量C CS S由下面定義：由下面定義： 72鐵水同時脫硫與脫磷鐵水同時脫硫與脫磷 由由(131)和和(132)式可知，在溫度和金屬成分一定式可知，在溫度和金屬成分一定的時候，選擇磷容量的時候，選擇磷容量CP和疏容量和疏容量CS較大的渣系，就能得到較大的渣系，就能得到較大的較大的LP和和LS值，實現(xiàn)鐵水同時脫磷與脫硫。值，實現(xiàn)鐵水同時脫磷與脫硫。 同時，當渣系一定時，可以通過控制爐渣同時，當渣系一定時，可以通過控制爐渣金屬界面的氧金屬界面的氧位位pO2來調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)LP和和LS的

44、大小，即增大的大小，即增大pO2能提高能提高LP，減，減小小LS；減??；減小pO2能降低能降低LP，增大，增大LS。 因此，就可以根據(jù)對鐵水脫磷和脫硫的程度要求，控制合因此，就可以根據(jù)對鐵水脫磷和脫硫的程度要求，控制合適的氧位，有效地實現(xiàn)鐵水同時脫磷和脫硫。適的氧位，有效地實現(xiàn)鐵水同時脫磷和脫硫。 73110t110t鐵水包中噴粉處理時各部位氧位的變化實測值見圖鐵水包中噴粉處理時各部位氧位的變化實測值見圖1818。 在采用噴吹冶金技術(shù)時，在采用噴吹冶金技術(shù)時，經(jīng)試驗測定，在噴槍出口處氧經(jīng)試驗測定，在噴槍出口處氧位高，有利于脫磷；當粉液流位高，有利于脫磷；當粉液流股上升時，其氧位逐漸降低，股上升

45、時，其氧位逐漸降低，到包壁回流處氧位低，有利于到包壁回流處氧位低，有利于實現(xiàn)脫硫。實現(xiàn)脫硫。 因此，在同一反應(yīng)器內(nèi)，因此，在同一反應(yīng)器內(nèi)，脫磷反應(yīng)發(fā)生在高氧位區(qū)，脫脫磷反應(yīng)發(fā)生在高氧位區(qū)，脫硫反應(yīng)發(fā)生在低氧位區(qū)，硫反應(yīng)發(fā)生在低氧位區(qū)，使鐵使鐵水磷與硫得以同時去除。水磷與硫得以同時去除。鐵水同時脫硫與脫磷鐵水同時脫硫與脫磷74 理論上的突破，促進了工藝技術(shù)的發(fā)展，目前鐵水理論上的突破，促進了工藝技術(shù)的發(fā)展，目前鐵水同時脫磷脫硫工藝已在工業(yè)上應(yīng)用。同時脫磷脫硫工藝已在工業(yè)上應(yīng)用。 如日本的如日本的SARPSARP法法(Sumitomo Alkali Refining (Sumitomo Alkali Refining Process Process 住友堿性精煉工藝住友堿性精煉工藝) )，它是將高爐鐵水首先脫，它是將高爐鐵水首先脫SiSi，當當SiSi0.10.1以后，扒出高爐渣，然后噴吹蘇打粉以后，扒出高爐渣，然后噴吹蘇打粉19kg/t19kg/t，其結(jié)果使鐵水脫硫，其結(jié)果使鐵水脫硫9696，脫磷，脫磷9595。 噴吹蘇打粉工藝的特點是噴吹蘇打粉工藝的特點是：蘇打粉熔點低，流動性：蘇打粉熔點低，流動性好；界面張力小易與渣鐵分離，使渣中鐵損??；實現(xiàn)同好；界面張力小易與渣鐵分離，使渣中鐵損??；實現(xiàn)同時去除硫磷；但對耐火材料侵蝕嚴重；有氣體污染。時去除硫磷；但對耐火