鋼鐵冶煉過(guò)程中氧化脫磷與固磷的應(yīng)用研究

馮曉明

（承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰?，河?承德 067000）

鋼鐵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)的重要性不言而喻，在社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展過(guò)程中占據(jù)著關(guān)鍵性的地位。傳統(tǒng)鋼鐵冶煉工藝中，通常使用大渣量、高堿性、高氧化性的冶煉環(huán)境，以此來(lái)促進(jìn)脫磷。但是這一過(guò)程存在著高耗能、高固體廢棄物排放的缺點(diǎn)，與目前社會(huì)所追求的低耗能、低污染的發(fā)展要求完全不符。相關(guān)研究結(jié)果顯示，鋼鐵的冶煉過(guò)程，脫磷與固磷是可以同時(shí)存在的，提升爐渣的固磷率能夠加快鋼鐵的脫磷，鋼鐵的氧化脫磷需要大渣量、高堿性、高氧化性的冶煉環(huán)境，但是關(guān)于爐渣中磷的固化則是通過(guò)硅酸二鈣固溶固磷相C2S-C3P來(lái)實(shí)現(xiàn)的。并且，低濃度氧化亞鐵環(huán)境中的固磷相更加容易賦存，因此在冶煉的過(guò)程中需要改進(jìn)現(xiàn)有的冶煉工藝流程來(lái)找尋脫磷與固磷之間的平衡點(diǎn)。

1 相關(guān)實(shí)驗(yàn)

文章以某一鋼廠的100t煉鋼轉(zhuǎn)爐為例進(jìn)行研究，這一轉(zhuǎn)爐主要生產(chǎn)低磷鋼，其鋼水中磷元素的含量為0.12%～0.14%，吹煉驗(yàn)證的堿度分別為3.0與4.0，冶煉溫度為1280℃～1340℃。需要在冶煉的前期將鋼渣進(jìn)行充分的化渣處理，以此確保驗(yàn)證結(jié)果不出現(xiàn)偏差。

冶煉的過(guò)程中采用了雙渣吹煉的工藝。冶煉前期先加入整個(gè)冶煉所需石灰量20%的石灰、全部量的石灰石以及全部量的白云石，冶煉下槍之后再加入整體紅泥量70%的紅泥。吹煉初期選用1.43m的常規(guī)槍位高度，初始的吹煉供氣量為179600m3/h，直至進(jìn)入脫磷期[1]。進(jìn)入脫磷期之后的槍位設(shè)置在1.59m的高度，維持0.98份之后將槍位高度調(diào)整至1.49m，維持3min。這一過(guò)程需要13900m3/h～18400m3/h的供氣量，然后將供氣量逐漸提升至22900m3/h。脫磷期吹煉槍位于供氣量的變化如圖1所示。

2 冶煉過(guò)程中造渣的控制

脫磷期渣的控制。冶煉的初期是二氧化硅以及少量的氧化鎂、氧化鈣以及氧化亞鐵等氧化物相互反應(yīng)的過(guò)程，以此可以形成鐵酸鈣、硅酸鐵等物質(zhì)為主的渣系低熔點(diǎn)相。渣相的熔點(diǎn)保持在1300℃左右。開(kāi)吹點(diǎn)火之后加入鐵礦石，以此來(lái)使渣中較高的氧化亞鐵與二氧化硅得到有效的控制，進(jìn)而大幅度的降低鋼渣的熔點(diǎn)。需要注意不可過(guò)早加入石灰，以免過(guò)早的形成高熔點(diǎn)的C2S。

圖1 脫磷期的槍位與供氣變化示意圖

冶煉的整體過(guò)程中，其化渣的階段主要是生產(chǎn)初期渣，這一階段的初期渣熔點(diǎn)較低，化渣不存在什么難度。鋼渣脫磷的主要時(shí)間集中在3min～5min之時(shí)，這時(shí)的鋼渣已經(jīng)初具一定的堿度，脫磷時(shí)的產(chǎn)物已經(jīng)逐漸磷酸鈣化，鋼渣中的氧化亞鐵與磷酸鈣相中均含有一定量的磷元素。這一階段想要將鐵水中的磷更好的去除，要避免吹煉的溫度過(guò)高，以免造成因高溫而導(dǎo)致的磷還原的現(xiàn)象。第一批渣已經(jīng)充分的加入，第二批渣還未到加入的時(shí)間。在溫度升高之前想要得到足量的C2S，可以將氧化亞鐵的含量降低[2]。這樣做的目的是促進(jìn)CS向C2S轉(zhuǎn)化，同時(shí)使槍位降低，強(qiáng)化熔池的攪拌，確保磷酸鈣充分的溶解于硅酸鈣之中。

脫磷的末期，鋼渣中的堿度會(huì)顯著的下降，同時(shí)鋼渣中的氧化亞鐵含量也會(huì)發(fā)生降低的情況。所以，鋼渣中的硅酸二鈣含量逐漸增多，冶煉過(guò)程中固磷的性能也逐漸的增強(qiáng)，能夠接納更多的C3P，強(qiáng)化了鋼渣的使用效率。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，主要依賴(lài)于壓槍作用與位置的調(diào)整，降低鋼渣中氧化亞鐵的含量，同時(shí)在脫磷的過(guò)程中逐漸降低所需的石灰量，使用大流量的氧氣供應(yīng)，深化熔池內(nèi)還原反應(yīng)的過(guò)程，全面強(qiáng)化對(duì)鋼渣氧化性的控制。

3 冶煉鋼渣微相分析

3.1 脫磷期渣相分析

對(duì)新工藝冶煉所生產(chǎn)的低氧化亞鐵鋼渣與傳統(tǒng)冶煉所生產(chǎn)的高一氧化亞鐵渣分別進(jìn)行渣相分析[3]。低氧化亞鐵半鋼渣中的堿度R為1.65，實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)實(shí)，這一渣樣上存在兩種物相，作為基體相的深灰色相遇基體相上所分布的枝晶狀白色相，深灰色相為硅酸鹽相，磷在這一相中有富集。同時(shí)，還固溶有少量的鐵和鎂。白色相為鈣鐵相，主要成分為鐵和鈣。

高氧化亞鐵半鋼渣中的堿度R為1.69，這一渣樣中存在兩種物相，作為基體相的灰色相以及在基體上分布的枝晶狀白色相。根據(jù)能譜分析，灰色相為硅鹽酸相，磷在這一區(qū)域內(nèi)有富集。與低氧化亞鐵渣中的深灰色相進(jìn)行對(duì)比，這一樣渣中溶固了較多的鐵元素。白色相為鈣鐵相，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯較高，而磷元素相對(duì)較低。

半鋼渣的堿度均值為1.60～1.70，這類(lèi)鋼渣的物質(zhì)相基本為兩種，作為基體相的深灰色硅酸鹽相，磷元素在這一相中有富集。以及灰度相比之下較淺的白色相鈣鐵相，其主要的成分為鐵和鈣，這一相中基本不含磷。氧化亞鐵含量較高的渣，其磷元素的質(zhì)量相對(duì)較低。

3.2 轉(zhuǎn)爐終渣渣相分析

對(duì)隨機(jī)轉(zhuǎn)爐終渣進(jìn)行渣樣成分分析，選取不同W((FeO))和R的鋼渣,其成分見(jiàn)表一，低W（（FeO））=13.2%，所對(duì)應(yīng)的堿度R為3.1，高W（（FeO））=21.3%，所對(duì)應(yīng)的堿度R為4.3。

表2 轉(zhuǎn)爐終渣成分

冶煉結(jié)果顯示，在鐵水條件基本一致的情況下，低堿度的鋼渣在低氧化亞鐵的情況下所占的磷分配比較高，這時(shí)對(duì)輔料石灰等消耗量最低。低堿度氧化亞鐵渣系中一氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將會(huì)有所提高，究其最主要原因，是因?yàn)殇撛膲A度有所降低，進(jìn)而使得石灰的加入量也有所降低。同時(shí)，借助冶煉中后期的低槍位與高供氧的控制，轉(zhuǎn)爐終渣的氧化亞鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)相較于傳統(tǒng)的冶煉爐次將會(huì)有明顯的下降。

根據(jù)所得結(jié)果可知，使用新的冶煉工藝所生產(chǎn)的氧化亞鐵鋼渣中的固磷相，所占比例為2.86%，鐵酸鈣的比例為0.82%，氧化物的比例為0.56%。使用傳統(tǒng)冶煉工藝所得的低氧化亞鐵鋼渣中的固磷相所占比例為2.18%，鐵酸鈣所占比例為0.52%，氧化物所占比例為0.37%[4]。與此可得知使用新的冶煉工藝能夠使冶煉過(guò)程中的固磷相含量得到大幅度的降低，以此可以實(shí)現(xiàn)固磷特性的有效提升。

同時(shí)，在冶煉的過(guò)程中適當(dāng)?shù)丶尤雮鹘y(tǒng)工藝20%的石灰量，將紅泥的用量也降為原始用量的70%，可以有效的降低冶煉過(guò)程中所消耗的輔料數(shù)量。

4 結(jié)論

對(duì)鋼鐵冶煉過(guò)過(guò)程中的脫磷過(guò)程進(jìn)行全面的分析，以此改進(jìn)現(xiàn)有傳統(tǒng)冶煉方式所存在的能耗大、脫磷效率低等難題。文章提出了一種全新的冶煉脫磷工藝，結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)的結(jié)果可以得知：

（1）鋼鐵冶煉的過(guò)程中，脫磷與固磷是同時(shí)并行存在的。提升爐渣的固磷率，能夠大幅度的提升鋼鐵的脫磷率。而鋼鐵的氧化脫磷則需要大渣量、高堿性以及高氧化性的冶煉環(huán)境。但是爐渣中磷的固化需要依賴(lài)于C2S固溶固磷相C2S-C3P才能實(shí)現(xiàn)。

（2）冶煉過(guò)程中固磷相C2S-C3P的含量與氧化亞鐵含量之間的關(guān)系成反比，氧化亞鐵的含量越低，固磷相的含量則越高，進(jìn)而使得爐渣得到最佳的固磷效果，鋼鐵的脫磷率就越高。

（3）使用新的冶煉工藝所生產(chǎn)的低 氧化亞鐵鋼渣中固磷相所占的比例約為2.86%，傳統(tǒng)的冶煉工藝獲得的低氧化亞鐵鋼渣中固磷相所占的比例約為 2.18%；

（4）新的冶煉過(guò)程中加入的石灰的量為傳統(tǒng)工藝的20%，所需的紅泥的量為原始量的70%，在冶煉過(guò)程中消耗的輔料也顯著的低于傳統(tǒng)的冶煉工藝。