转炉脱磷分析及采取的措施2

转炉脱磷率影响因素及采取的措施

2012年2月份以来，面对严峻的市场形势，公司为降本增效，在高炉开始配吃块矿，使铁水P 成份持续升高，目前铁水平均磷已升至0.093%，最高达0.100%。随着铁水P 成份的不断升高，转炉的脱磷压力急剧上升，给转炉操作带来很大困难。为此车间积极查找各种资料，开展了转炉脱磷过程及方法分析，寻找提高转炉脱磷率的有效方法。

转炉脱磷热力学分析

FeO 和CaO 是生成稳定磷酸盐的最主要的氧化物。在转炉炼钢中，我们以FeO 为氧化剂，以CaO 为磷氧化产物的稳定剂。通常炼钢脱磷反应如下：

1）在渣钢界面上][5][5)(5O Fe FeO += （1）

2）在与渣相相邻的金属层中)(][5][252O P O P =+ （2）

3)在与金属相相邻的渣层中)4()(4)(5252O P CaO CaO O P ∙=+ （3）

总反应描述为

[]()()()[]Fe O P CaO CaO FeO P 5445252+∙=++ 放热 （4）

根据萨马林的数据

（5）

在式（5）中，氧化物和磷酸四钙的活度甩摩尔分数表示。K p 随温度的升高

急剧减小，在1673 、1773 和1873K 下。K p 相应为7.8×108、3.5×107、2.1×

106。

根据式（5） ，在金属与炉渣平衡的情况下，

（6）

由式（6）可见，促进炉渣对金属脱磷的热力学因素有：

a.加人固体氧化剂（铁矿石、铁皮）或用高枪位向熔池吹氧以增大a （FeO ）

b.加入石灰和促进石灰在碱性渣中迅速溶解的物质以增大a （CaO ），亦即增大自由

CaO （不与酸性氧化物结合的）的浓度；

06.1547008lg lg 4)(5)()

4(52-==∙T a a K a K CaO FeO p O P CaO p 4)(5)()

4(52][%CaO FeO p O P CaO a a K a P ∙=

c.用更新与金属接触的渣相的方法，亦即放渣和加入CaO 与FeO 造新渣的方法来减小)4(52O P CaO a ∙

d.保持适当的低温，因为温度从1673 增到1873K ，使反应（4）的平衡常数K p 减小到1/370 。

应当指出，上述关于温度对脱磷影响的结论，仅仅是从热力学观点看是正确的，为了加速脱磷必须有适当的高温，因为高温可以迅速生成高碱度铁质炉渣，和保证得到均质流动的炉渣使传质过程加速。

我们引入脱磷指数L P —熔渣的脱磷在渣—铁间的分配比作为衡量熔渣的脱

磷能力的大小，其值越大则表明熔渣的脱磷能力越大。L P 可由如下反应式推得

2[P]+5[O]=（P 2O 5） （7）

[][][]()[]()5522525

2525

2o f P f N a a a K o P O O P P P O P p P ⋅⋅⋅=⋅=γ （8）

()

][52P O P L P = （9）

从平衡常数K p 和L P 的比较中可看出，L p 在一定程度上反映了K p 的大小或炉

渣脱磷能力的大小。而从K p 值和L P 值的比较中可得，影响脱磷指数L P 的因素是

很多的，其中最主要的因素是炉内铁液温度（影响K p 值）、炉渣碱度和渣中（FeO ）

的活度（影响γ（P 2O 5）和α

[O]）。

1.温度对脱磷的影响

温度对脱磷指数L P 的影响是通过降低温度使K p 增大来实现的，脱磷是一个

强放热反应，升高温度K p 值减小，因此低温有利于脱磷，但同时炉内铁水温度

还要满足渣料熔化的要求。由脱磷方程得到：

LgK p =40067/T-15.06 （10）

由上式计算得K 值如下：

t/℃ 1400 1500 1600

K p 7.8×108 3.5×107 2.1×106

可见，随着炉内铁液温度降低，K p 值明显上升，换句话说，温度每降低100℃，

Kp 值就升高一个数量级。由此可见，转炉脱磷的冶炼过程温度控制尽可能的低一点，对脱磷的热力学条件是十分有利的。

上图为双渣法转炉炼钢的一倒温度与一倒P 分配系数的关系，当温度上升，磷在渣钢之间的分配比上升，直到1350℃～1400℃之间时，分配比达到顶点，当温度再升高，磷在渣钢之间的分配比下降。另外，温度的继续升高，使C-O 反应进入快速反应阶段，也影响到脱[P]效果。因此，选择1350℃~1400℃作为转炉脱磷一倒温度是最为合理的。

从热力学条件来看，降低温度有利于去磷反应的进行。但是应该辨证地看待温度的影响，尽管升高温度会使去磷反应的平衡常数K p 值减小，然而与此同时，

较高的温度会使炉渣的黏度下降，加速石灰的成渣速度和渣中各组元的扩散速度，强化了磷自金属液向炉渣的转移，其影响可能超过K p 值的降低。当然，温

度过高时Kp 值的降低将起主导作用会使炉渣的去磷效率下降钢中含磷量升高。因此将温度控制在一个合适的范围内，保证石灰基本熔化并使炉渣有较好的流动性，对脱磷过程最为有效。

2.炉渣碱度对脱磷的影响

一般高碱度、高氧化铁的炉渣能使磷呈现强烈的氧化趋势（P 2O 5），并与（CaO ）

结合成稳定的磷酸钙。因此增加渣中（CaO ）可以增大CaO a ，降低五氧化二磷的活度系数5

2O P ，磷在渣铁间的分配比L P 提高。但在转炉脱磷吹炼前期，为了保

证终点有较高的［C ］，温度一定不能超过1400℃，而在这样的温度下，液态渣的碱度不可能高。同时片面追求高碱度，则渣中固相比例上升，反而影响了脱磷的效果，所以对于脱磷吹炼前期过程的炉渣碱度控制在1.5-2.0为宜。