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(8)转炉渣用于铁水脱磷预处理的实验室研究


第十二届全国炼钢学术会议论文

转炉渣用于铁水脱磷预处理的实验室研究
罗志国 1,陈兆平 2,胡春霞 1,夏幸明 2,邹宗树 1,姜茂发 1
(1.东北大学材料与冶金学院,沈阳 110004;2.宝山钢铁股份有限公司,上海 201900)
摘 要 基于环境保护和降低成本的需要, 研究开发将转炉渣作为脱磷剂加以使用。 由开发出的转炉渣替代

部分定性脱磷剂的热力学配方模型,制定了脱磷剂配方,并进行了验证。实验结果表明:含转炉渣脱磷剂的 脱磷效果与常规脱磷剂相当,含 30%转炉渣的脱磷粉剂脱磷率最高。 关键词 转炉渣 铁水预处理 脱磷

EXPERIMENTAL STUDY ON LD SLAG IN HOT METAL DEPHOSPHORIZATION PRETREATMENT PROCESS
Luo Zhiguo1, Chen Zhaoping2,Hu Chunxia1, Xia Xingming2, Zou Zongshu1, Jiang Maofa1 ( 1.Materials and Metallurgy School, Northeastern University, Shenyang 110004; 2. Baoshan Iron & Steel Co.,Ltd.)
ABSTRACT In order to minimize cost and protect environment, the utilization of LD slag as dephosphorizing agent has been studied. Based on a mathematical model, which was developed to calculate the substitution of sinter-dust and lime from the conventional dephophorizing agent by LD slag, the complete composition of dephosphorizing agent was determined. The results indicated that dephosphorization effect of the dephosphorizing agent containing LD slag corresponds to the conventional dephosphorizing agent during the test, and the dephosphorizing agent containing 30 percent LD slag was the most effective. KEY WORDS LD slag Hot metal pretreatment Dephosphorization

1 前言 目前,铁水预处理脱磷粉剂一般是石灰、烧结矿和萤石组成的。其中,石灰提供脱磷所需的碱剂,烧 结矿提供氧化剂,萤石起助熔作用。转炉渣主要由氧化钙、氧化铁、氧化硅等组成,其中氧化铁能提供一 定的氧位,氧化钙提供碱剂,这些能满足脱磷粉剂的要求。考虑到铁水脱磷预处理的反应特性和转炉渣的 理化性质,同时基于环境保护和节约成本的迫切要求,日本各大钢铁公司积极研究将转炉渣作为部分铁水 预处理脱磷剂加以使用,从而降低钢渣总量,并可节约大量熔剂[1]。 本研究依据开发出的转炉渣替代部分脱磷粉剂配方模型制定了实验配方[2],并在电阻炉上进行实验验 证,以寻求经济、环保的脱磷剂配方。

图 1 实验装置图 1—耐热橡胶;2—冷却铜管;3—电源接头;4—Al2O3 炉管;5—MgO 坩埚;6—石墨保护坩埚;7—MoSi2 棒;8—高铝质绝 热砖;9—轻质粘土砖;10—耐热橡胶;11—Al2O3 保护套管;12—双铂铑热电偶 234

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2 实验方法 2.1 实验配方的选择 为考查转炉渣替代部分脱磷剂后混合脱磷粉剂的脱磷效果,以宝钢现行脱磷粉剂为基准,依据自行开 发的脱磷粉剂配方模型计算出脱磷剂配方,选择转炉渣替代比例分别为 20%、30%、40%、50%的混合脱 磷粉剂配方进行实验,以考查配方模型的适用性。 2.2 实验装置及材料准备 2.2.1 实验装置 实验装置如图 1 所示。 2.2.2 材料准备 实验采用宝钢生铁,经感应炉熔化后铸成棒状备用,每炉采用 0.5kg,实验时配入适量磷铁。渣料中 除 CaO 为化学纯试剂外,均采自宝钢现场。各脱磷粉剂经制粉,筛分至 100 目以下,烘干后按一定比例配 成脱磷制剂备用。其中铁料及各转炉渣成分如表 1~2 所示。
表 1 实验用生铁成分(mass%) 成分 生铁 C 3.97 Si 0.03 Mn 0.13 P 0.076 S 0.022

表 2 实验用各种转炉渣成分 转炉渣种类 水淬渣 少渣吹炼转炉渣 转炉 D 渣 CaO 42.2 39.56 38.75 SiO2 7.54 4.30 8.92 MgO 9.91 11.35 11.34 TFe 19.43 27.62 18.11 MnO 3.75 5.67 3.90 P2O5 1.57 1.36 1.28 Al2O3 1.42 0.61 1.20 S 0.047 0.05 0.034

2.3 实验方案的设计及方法 2.3.1 实验设计 (1)固定温度(1350℃)和脱磷剂,改变渣金比(1:20,1:15,1:10,1:7.5) ,以求确定最佳实验渣金比; (2)固定脱磷剂和渣金比,改变实验温度(1300℃,1350℃,1400℃) ,以确定最佳实验温度; (3)选择最佳的实验温度及渣金比。由脱磷剂配方模型,依据宝钢现场的最佳氧碱比计算出实验脱磷 剂配方,对每一种转炉渣,分别选择渣配比为 20%,30%,40%,50%的脱磷剂配方。 2.3.2 实验方法 首先将装有铁料及适量硅铁粉的氧化镁坩埚放入炉中,待到规定温度后,取铁水初始样,然后迅速将 配好的渣料加到铁水面上,同时开始记录反应时间。隔适当时间用 6 毫米石英管取铁样,用不锈钢棒粘取 少量渣样。在实验过程中,通氩气以保证炉内的惰性气氛。 3 结果分析 在惰性气氛下,脱磷剂与碳饱和铁水接触后,反应初期铁水中磷随反应时间增加而降低,直至达到最 小值[P]min,我们定义其为表观平衡态[3]。超过铁水含磷最小值所对应的反应时间即 t>t([P]min)后,铁水就 出现回磷现象。以下所做的数据处理就围绕表观平衡态这个概念进行的。
1.0
300

250

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200

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图 2 准平衡状态时脱磷率与转炉渣配比的关系

图 3 准平衡状态时磷的分配比与转炉渣配比的关系 235

第十二届全国炼钢学术会议论文

用转炉渣替代后的脱磷粉剂处理铁液,在准平衡状态时脱磷率与转炉渣配比的关系如图 2 所示。由图 2 可见,由于采用了转炉渣替代部分脱磷粉剂的配方计算模型,脱磷率在各转炉渣替代 30%以下时变化不 大,这验证了配方模型的正确性。对于部分少渣吹炼转炉渣替代时出现的脱磷率略有升高的现象,可能是 由于 CaO 和 FeO 含量过高,超出了配方模型中所采用的有关活度计算的组成范围,造成了一定的误差。 用转炉渣替代后的脱磷粉剂处理铁水,在准平衡状态时磷的分配比与转炉渣配比的关系如图 3 所示。 由图可见, 用少渣吹炼转炉渣替代后的脱磷粉剂在各配比上磷的分配比均比其它转炉渣高, 转炉 D 渣次之, 水淬渣最差。从图中还可见脱磷粉剂在各转炉渣配比在 30%时磷的分配比达到极大值。这是因为随着转炉 渣配比的增加,脱磷粉剂带入的磷也增加,而脱磷率变化较小,磷的分配比就不断增加;当转炉渣配比超 过 30%时,虽然脱磷粉剂带入的磷不断增加,但脱磷率降低很快,从而导致磷的分配比降低。这就造成了脱 磷粉剂在各转炉渣配比在 30%时磷的分配比达到极大值。 4 结论 (1)实验室顶加渣法铁水预处理脱磷实验最佳实验温度为 1350℃,最佳渣金比为 1:10,大约在加入 脱磷粉剂十分钟后达到磷的表观平衡态; (2)顶加渣法铁水预处理脱磷的控制环节为磷在铁水侧的传质; (3)由热态实验数据处理结果可以看出,用转炉渣替代后的脱磷粉剂处理同成分铁水时,脱磷率这 验证了配方模型的正确性; (4)不同转炉渣替代后的脱磷粉剂在处理铁水时,均在替代 30%时磷的分配比达到最大值,这说明 了脱磷粉剂在用转炉渣替代 30%时,达到表观平衡态时渣中含磷量最高,脱磷粉剂的利用效率最高。 参
1 北村信也,米泽公敏.CAMO-ISIJ,1998,11:723 2 胡春霞,罗志国等.转炉渣用于铁水预处理脱磷剂的热力学分析.包头钢铁学院学报,2001,20(3) :221~226 3 Shin-ya KITAMURA, Toshihiro KITAMURA. Effect of Stirring Energy, Temperature and Flux Composition on Hot Metal Dephosphorization Kinetics, ISIJ international, 1991, 31(11):1322~1328

考 文 献

236


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