(完整word版)转炉脱磷效果影响因素分析
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转炉脱磷效果影响因素分析
徐文静
摘要:从氧气顶吹转炉脱磷的热力学分析入手,探讨了冶炼过程中温度、炉渣碱度、(FeO)对磷含量的影响,回磷的原因、影响因素及防止措施等,指出应控制炉渣碱度、终点温度、(FeO)在合理范围内,应重视钢水回磷问题。
关键词:磷;碱度;温度;回磷
1 前言
炼钢生产中的脱磷效果,主要是指成品钢中含磷量的高低,而成品钢中含磷量的多少,主要取决于转炉冶炼终点的磷含量和出钢过程的回磷量。
下面从这两个方面入手对转炉脱磷效果进行分析。
2 冶炼过程中磷含量的控制
2.1脱磷的基本反应
脱磷反应是在钢—渣界面进行的,按炉渣分子理论的观点,由下列反应组成:
5(FeO)=5[O]+5[Fe]
2[P]+5[O]=(P2O5)
(P2O5)+4(CaO)=(4Ca O.P2O5)
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4Ca O.P2O5)+5[Fe]
l gK=l g(a4C a O.P2O5)/{[%P]2.a5F e O.a4C a O}
=(%C a4.P2O9).r C a4.P2O9/{[P]2.f2P[%FeO]5.r5F e O.(%Ca O)4.r4C a O}=40067 /T-15.06 (1)
式中K—脱磷反应的化学平衡常数;
T—钢水温度。
为了分析方便,以脱磷的分配比:
L P=(%P2O5)/[%P]2
表示炉渣的脱磷能力。
由(1)式可得:
L P=(%P2O5)/[%P]2=K.(FeO)5.(%CaO)4.f2p.r5F e O.r5C a O/r C a4P2O9(2)
可见,要提高炉渣的脱磷能力,必须增大K.(FeO)5.(%Ca O)4.f2p和降低r C a4P2O9。
影响这些因素的有关工艺参数的改变,也就改变了钢中磷的分配。
2.2温度的影响
利用(1)式,可以计算出不同温度下脱磷反应的化学平衡常数。
假定转炉冶炼终渣的化学成分不变,则可以计算出钢水终点磷含量与温度的对应关系:温度升高,K值显著减小,因此,低温对脱磷有利。
需要指出的是,提高熔池温度,会使磷的分配比降低,对磷从金属向炉渣的转移不利。
但温度升高降低了炉渣的粘度,加速了石灰的熔解,从而有利于磷从金属向炉渣的转移。
理论研究表明,最有效的脱磷有一个最佳的温度范围(1450~1500℃)。
这就要求冶炼初期,要根据铁水温度采用不同的操作制度。
铁水温度低(1250℃以下),要采用低枪位操作以提高熔池温度,加速石灰的熔解,迅速形成初期渣,充分利用前期炉渣FeO高、炉温低的优势,快速脱磷。
若铁水温度特别高(大于1350℃),冶炼初期要适当采用高枪位操作,并加入部分矿石,抑制炉温的快速升高,同时也有利于石灰的溶解,延长冶炼在低温区(1500℃以下)的运行时间。
实践证明,尽管冶炼终点温度高,会降低磷在钢—渣中的分配比,但脱磷的关键仍然是冶炼过程渣特别是终渣的控制。
也就是说温度的影响不如(FeO)和(Ca O)显著。
2.3炉渣碱度的影响
因为Ca O是使r P2O5降低的主要因素,增加(CaO)达到饱和含量可以增大a C a O,亦即增加自由Ca O(不与酸性氧化物结合)的浓度,会使(P2O5)
提高或钢中[P]降低。
但渣中(Ca O)过高,将使炉渣变稠,同样不利于脱磷,如图1所示。
图1炉渣碱度对脱磷指数的影响
从图1可以看出,当炉渣碱度大于3.0后,脱磷指数随(Fe O)增加而增大,随碱度的增加变化不大。
实际操作中经常出现石灰加入很多,终点[P]仍然较高的现象,其原因就是炉渣没有化透或温度太高。
实践证明,只要炉渣碱度达到3.0左右,炉渣化透并含有适量的(FeO),冶炼一般钢种脱磷是没有问题的。
这也是最经济的操作方法。
这就要求冶炼终点[P]偏高时,应视温度和炉渣情况采用不同的处理方法:
(1)温度合适,炉渣较稠,只要采用点吹方式,化透炉渣即可。
(2)温度较高,炉渣较好,就要采取适当措施降低熔池温度。
(3)温度较高,炉渣较稠,要适当补加矿石,既能起到降温效果又能帮助化渣,具有一举两得的功效。
(4)温度合适,炉渣较好,终点[P]仍然偏高,这种情况一般是碱度不够或渣量不足所致,就要适当补加石灰,点吹化开炉渣。
2.4 (Fe O)[HT H]的影响
(FeO)对脱磷反应的影响比较复杂,当(FeO)很低时,石灰不能很好熔化,显然不能脱磷。
但若(FeO)过高,将稀释(Ca O)的脱磷作用。
(FeO)与碱度对脱磷的综合影响是,碱度在2.5以下,增加碱度(石灰用量)对脱磷的影响大。
碱度在2.5~4.0时,增加(FeO)对脱磷有利。
但过高的(Fe O)反而使脱磷能力下降。
如图2所示。
图2(F e O)对脱磷率的影响
图2表明,要达到较高的L P,对于一定的炉渣,(FeO)含量以14%~18%、(%Ca O)/ (%FeO)比值以2.5~3.0为最好。
3 回磷
成品钢中的磷含量一般高于冶炼终点的含磷,这种现象被称为回磷。
其原因:一是由于合金带入的磷,二是钢水的回磷。
如果终点温度高,出钢过程下渣量多,都会造成回磷量增加,一般回磷量在0.005%~0.02%之间,有时会更高。
3.1产生回磷的原因
冶炼终点一般认为脱磷反应已达到平衡,在出钢过程中向钢包内加入脱氧剂,将使钢中的氧以及渣中(Fe O)下降,脱氧产物(Si O2)、(Al2O3)等进入炉渣,使炉渣碱度降低,从而打破了脱磷反应的平衡状态,有利于(P2O5)的分解和还原,磷又重新进入钢液。
回磷反应与下列各种反应有关:
(1)渣中(F eO)与脱氧剂作用:
2(FeO)+[Si]= (Si O2)+2[F e]
(FeO)+[Mn]=(Mn O)+[Fe]
(2)炉渣与脱氧产物作用:
2(3Ca O.P2O5)+3(SiO2)=3(2CaO.Si O2)+2(P2O5)
(3)渣中(P2O5)与脱氧剂的作用:
(P2O5)+5[Mn]=5(Mn O)+2[P]
2(P2O5)+5[Si]=5(Si O2)+4[P]
3(P2O5)+10[Al]=5(Al2O3)+6[P]
(4)渣中(3Ca O.P2O5)直接同脱氧剂作用:
(3Ca O.P2O5)+5[Mn]=2[P]+5(M nO)+3(CaO)
2(3Ca O.P2O5)+5[Si]=4[P]+5(Si O2)+6(CaO)
3(3Ca O.P2O5)+10[Al]=5(Al2O3)+6[P]+9(Ca O)
上述反应的共同结果,导致了钢水回磷的发生。
3.2影响回磷程度的因素
通过上面产生回磷原因的分析,可以得出影响回磷的主要因素有:
(1)出钢过程中下渣是磷的主要原因。
下渣量大,回磷就严重,特别是出钢前下渣或出钢口不圆造成出钢过程卷渣更为严重。
因为无论是反应时间还是反应的动力学条件,都较出钢后期下渣更优越。
(2)出钢合金化或增碳操作不合理。
诸如出钢后期补加硅铁、碳化硅、碳粉等。
因为它们比较轻而浮在钢渣上面,直接与钢渣接触,硅铁、碳化硅、
碳粉都非常容易与渣中(FeO)反应,造成渣中(FeO)急剧下降,而反应产物又降低了炉渣的碱度,从而大大增加了回磷。
(3)吹氩时,使用氩气压力过高,造成钢液—钢渣翻腾、卷渣,形成一种“渣洗”现象,也大大增加了回磷程度。
3.3防止回磷的措施
要防止钢水回磷,首先要挡好渣,减少出钢过程的下渣量最为关键。
其次是严格出钢合金化操作的标准化和规范化,杜绝出钢后期补加合金(如硅铁、碳化硅、碳粉等)。
再次,万一炉渣过稀或下渣量大应及时向钢包内加石灰粉、精炼渣稠化炉渣,以减弱回磷反应的能力。
4 结论
4.1控制炉渣碱度在2.8~3.1范围内,且具有合适的终点温度,冶炼一般钢种是没有问题的。
4.2脱磷反应的关键是过程渣要化透和合适的(F eO)含量,而非片面追求(加大石灰用量)高碱度。
4.3减少出钢过程中或以后浇注过程中的回磷在生产中不容忽视。