转炉熔渣气化脱磷与循环利用工业试验

为深入研究转炉渣气化脱磷后循环利用的工艺效果,在承钢公司100 t转炉上采用焦粉进行气化脱磷试验并分析了焦粉还原P的可行性.试验结果表明：在溅渣护炉阶段添加焦粉进行气化脱磷,熔渣中先被还原的是P₂O₅,试验炉次平均气化脱磷率为36.78%;应用气化脱磷渣循环利用工艺后,试验炉次冶炼终点钢液成分合格,钢液中P质量分数呈现降低趋势;试验中吨钢的钢铁料消耗量平均降低0.04 kg,吨钢的石灰消耗量平均降低5.54 kg,吨钢的CO₂排放量降低约1 kg.     

60 t转炉炉渣气化脱磷后循环利用试验研究

为研究转炉渣气化脱磷后循环利用的冶炼效果,在河钢集团唐钢公司60 t转炉上采用焦粉进行气化脱磷试验。试验结果表明:在溅渣护炉阶段添加焦粉进行气化脱磷是可行的,依据多炉磷衡算法,试验炉次平均气化脱磷率为25.06%;对比常规冶炼炉次,气化脱磷炉次吨钢渣量有所减少,吨钢减少8.66 kg钢渣,减少比例为7.45%;试验各炉次终点钢水磷质量分数均在0.02%左右波动,可见将气化脱磷渣进行循环利用不会影响后续炉次的脱磷效果。     

焦粉还原转炉熔渣气化脱磷试验

为实现转炉溅渣护炉阶段的气化脱磷工艺,避免炉渣磷富集,便于脱磷熔渣留至后续炉次循环利用,在实验室进行了焦粉还原转炉渣的热态试验,研究结果表明,随着试验温度的升高,焦粉的气化脱磷率逐渐升高,1900 K下的气化脱磷率可达82.35%;焦粉的气化脱磷率随着炉渣碱度的升高呈现降低趋势;当焦粉加入量足够时,适当增加炉渣中FeO质量分数有利于气化脱磷反应的进行;当焦粉粒度为0.5~2.5 mm时,气化脱磷率变化不大,约为58%,但当焦粉粒度为2.5~3.5 mm时,气化脱磷率降至52%。富磷相微区碳质量分数与磷质量分数成反比,这印证了焦炭确实参与了气化脱磷反应。研究结果为工艺开发提供了一定的理论指导。     

转炉渣气化脱磷后再用于脱磷基础研究

为保证转炉熔渣气化脱磷后循环利用的冶炼效果,在实验室进行了气化脱磷炉渣作为返料用于造渣脱磷的热态试验。研究结果表明:气化脱磷渣具备高氧化钙、高碱度、低P_2O_5、高FeO的特点,不需经历成渣过程,可直接用于二次脱磷;采用气化脱磷渣进行铁水脱磷试验时,随着试验温度的提高,铁水终点磷含量呈增大趋势,1 500℃下终点铁水w(P)仅为0.067%,对应的脱磷率为40%;对比气化脱磷渣和配制脱磷剂炉次的脱磷速度可知,在反应前期,气化脱磷渣成渣速度快,气化脱磷渣炉次的铁水磷含量低于配制脱磷剂炉次;但受限于磷容量,气化脱磷渣的终点脱磷效果不如所配脱磷剂,因此建议在工业试验中可将气化脱磷渣与新造渣剂搭配使用,在保证脱磷效果同时,减少造渣料消耗。     

转炉熔渣低温气化脱磷行为

 在低温下脱磷转炉熔渣中的磷质量分数过高往往是限制转炉渣循环利用的重要因素,因此如何有效降低转炉熔渣中磷质量分数成为众多钢铁企业迫切需要解决的重点问题之一。基于此,从理论分析和工业试验角度,并结合XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等试验手段进一步分析研究了理论热力学条件、转炉渣熔点、矿相结构和炉渣结构对低温气化脱磷的影响。通过理论分析表明,较高温度、较低的FeO含量和碱度有利于低温气化脱磷反应。工业试验结果表明,当终点温度为1 350～1 360 ℃、转炉渣FeO质量分数为25%～35%、碱度控制为1.2～2.5时,气化脱磷率可以达到30%以上。当炉渣碱度小于1.25、FeO质量分数小于35%时,适当地提高炉渣碱度和FeO含量能促进炉渣熔点降低,进而有利于低温气化脱磷反应的发生。XRD和SEM-EDS分析结果表明,转炉渣主要由富磷相、基体相和RO相组成,其中Si、P、Ca质量分数高的Ca₂SiO₄-Ca₃(PO₄)₂富磷相的存在不利于低温气化脱磷反应发生,Fe、Mn等金属氧化物质量分数高的RO相和基体相的存在有利于低温气化脱磷。通过转炉渣拉曼光谱分析表明,当转炉渣硅氧四面体结构Qn(n=1,2,3)相对含量较低时,渣中聚合度降低,且Ca₃Si₂O₇相含量较少,炉渣流动性较好,此种渣结构有利于低温气化脱磷。通过本研究可以为钢铁企业实现脱磷转炉渣的二次利用提供借鉴。     

转炉气化脱磷渣用于铁水脱磷及节能减排评估研究

目前在溅渣护炉过程中进行气化脱磷是一种有效的炉渣除磷技术。为保证转炉熔渣气化脱磷后循环利用的冶炼效果,在实验室进行了气化脱磷渣作为返料用于造渣脱磷的试验研究。研究结果表明,气化脱磷渣用于铁水脱磷时前期脱磷能力强,终点脱磷率低,其终点铁水脱磷率和脱磷速率分别为53.3%和0.16%/min;对比配制脱磷剂炉次可知,配制脱磷剂前期脱磷效果差,终点脱磷率高,其终点铁水脱磷率和脱磷速率分别为91.6%和0.32%/min。根据两者脱磷剂的脱磷优势采用混合配比铁水脱磷,当气化脱磷渣大比例用于铁水脱磷时出现回磷现象;当混合比例为1∶4时脱磷效果最好,终点脱磷率为64.4%。采用生命周期评价法对混合渣料比例为1∶4铁水脱磷进行CO₂减排评估,从系统边界的起点到终点预估吨钢可减排CO₂6.034～10.34 kg,吨钢可节省石灰成本1.8～3.0元。     

转炉终渣气化脱磷优化试验研究

利用溅渣护炉动力学条件,向终渣中加入焦粉可使终渣中P元素以气态形式脱除,处理后熔渣可循环利用。为进一步提升气化脱磷率进行了优化工业试验,试验表明:焦粉最佳加入量为1.1倍碳当量,其气化脱磷率为42.3%;将溅渣护炉时的底吹流量控制在350 m~3/h气化脱磷率最大,为37.9%;焦粉粒度6～8 mm时气化脱磷率为34%,焦粉粒度细化至4～6 mm时气化脱磷率变化不大;若溅渣前加入1/2焦粉,溅渣开始10 s内加入其余部分,气化脱磷率可提高至37%。     

转炉热态熔渣脱磷及循环利用生产实践

为去除转炉渣中的磷,实现转炉渣在转炉内的循环利用,从而达到降低冶炼成本的目的,针对顶底复吹转炉炼钢生产,结合气化脱磷热力学理论分析,研究了不同因素对脱磷率的影响。结果表明,在炼钢温度下用碳质脱磷剂还原炉渣中P2O5是可行的,选择碳质还原剂更合理。转炉熔渣脱磷率与熔渣温度、还原剂加入量、渣中FeO质量分数存在明显关系,3个参数的取值分别为1 660～1 670 ℃、150～200 kg和20%时,熔渣的脱磷率可以达到30%以上。生产实践表明,转炉熔渣的炉内循环利用可以降低石灰消耗3.29 kg/t、钢铁料消耗2.94 kg/t、炼钢成本5.48元/t。     

转炉熔渣气化脱磷时磷迁移规律研究

气化脱磷能够有效地去除熔渣中部分P2O5,扩大其磷容量.在实验室进行了焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验,热力学计算研究结果表明,在1540℃下焦炭会优先还原P2 O5,还原产物为可能的P2,而P2 O5的实际还原率与理论计算值基本一致.通过SEM-EDS对还原前后炉渣形貌进行分析,转炉终渣主要由C2 S相、RO相、钙铁橄...     

转炉气化脱磷炉渣留渣吹炼成渣路线理论分析

转炉渣作为炼钢工艺的副产品,具有极大的综合利用潜力,但磷元素富集限制了在炉内循环利用。基于溅渣护炉过程中进行熔渣气化脱磷操作,在实验室开展焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验。研究结果表明：留渣碱度在2.81～3.71时,气化脱磷渣的磷分配比随炉渣碱度的升高而增大;留渣的FeO质量分数在16%～28%时,随着FeO含量的增加,气化脱磷渣的磷分配比增大。气化脱磷渣具备一定的脱磷能力,在脱磷阶段的理论成渣路线应遵循高FeO含量,碱度先由高到低,然后缓慢增加,成渣过程中理论渣系控制在R=1.55～3.17,w(FeO)=28%～46%。采用该成渣路线进行生产实践,终点钢水磷质量分数降低了0.006百分点,钢铁料消耗降低了4 kg/t,渣料消耗降低了4.6 kg/t,既保证了高效脱磷,又降低了冶炼成本。     

气化脱磷机理及对下炉次冶炼过程的影响研究

为了解决转炉渣由于磷含量过高而不能返回到转炉内循环利用的问题,采用FactSage7.2并结合SEM+EDS对气化脱磷理论和影响因素、留渣操作和枪位控制对脱磷的影响以及气化脱磷渣形貌进行了分析。结果表明,在温度高于941 K时用C还原出炉渣中P_2O_5的P是可行的,同时降低反应分压有利于气化脱磷反应的进行;采用焦粉作为还原剂时,碳当量和底吹流量分别控制为2倍碳当量和300 m~3/h时气化脱磷效果最好;当底吹流量为300 m~3/h、2倍碳当量和w(FeO)≥18%时气化脱磷率最高,为42%。采用留渣操作溅渣护炉气化脱磷模式时终点钢液磷含量较低,前期采用稍高的吹炼枪位,后期逐渐降低枪位,气化脱磷渣形貌结构表明P元素主要富集在Ca、Si所在的深灰色区域。     

120 t转炉半钢炼钢去磷保碳工艺的生产试验

针对攀钢转炉半钢冶炼中高碳钢增碳法增加成本降低钢水质量问题,采取了半钢增硅化学热补偿工艺,并根据对转炉脱磷热力学以及钢渣中磷富集规律,得出炉渣中磷的主要富集相为硅酸二钙。采用快速成渣、降低出钢温度等技术措施后,增加了炉渣中富磷相的比例,提高了脱磷效果。试验结果表明,新的热补偿工艺在提高半钢热源的同时,使得炼钢转炉成渣时间由4.1 min缩短到2.5 min,试验炉次转炉终点钢水碳含量平均为0.18%,温度平均为1653℃,炉渣TFe含量平均降低2.81个百分点,终点磷含量均控制在0.015%以内。     

焦炭还原脱磷转炉熔渣的气化脱磷试验

 为了解决脱磷转炉熔渣中磷含量过高而不能直接实现转炉内循环利用的问题,在实验室进行了焦炭还原脱磷转炉熔渣热态试验,系统研究了不同碳当量、温度、碱度、FeO质量分数、氮气流量对气化脱磷率的影响规律。研究结果表明,试验采用2倍碳当量气化脱磷效果较好,气化脱磷率随着温度的升高而逐渐增加,1 733 K时气化脱磷率为68.6%;气化脱磷率随着碱度的降低而逐渐增加,当碱度控制为1.4时气化脱磷率可以达到45.6%;FeO质量分数在10%~30%范围变化时,气化脱磷率随着FeO质量分数的增加先升高后降低,FeO质量分数为25%时气化脱磷率最高可以达到43.5%。气化脱磷率随着氮气流量的增加先升高后降低,氮气流量为80 L/h时,气化脱磷率为45.37%。由SEM分析结果可知,脱磷炉渣中的磷主要富集在硅钙富集区域,气化脱磷反应后微区内磷分布无特殊规律。     

转炉钢渣气化脱磷反应的热力学分析及试验

转炉渣在钢铁厂内部循环使用是最便捷的钢渣二次利用途径,但目前循环利用量甚少,主要是因为钢渣中磷元素含量较高,在烧结过程中难以去除,烧结矿中的磷又经过高炉冶炼几乎全部进入铁水,造成高炉内的磷富集现象,同时又会加重炼钢过程的脱磷负担.采用Factsage 6.2分别对不添加SiO2和添加SiO2条件下钢渣气化脱磷反应的开始温度进行了热力学计算,初步探明了气化脱磷反应的温度、压力条件;在微波加热条件下将纯试剂Ca3(PO4)2与C在1 100℃、103 Pa条件下进行气化脱磷试验,通过检测反应产物验证了气化脱磷反应的可能性;并将钢渣与焦粉在同样条件下进行气化脱磷试验,保温30 min,气化脱磷率达31％.研究结果探明了钢渣气化脱磷反应的热力学条件,为实现转炉渣在钢铁企业内部的循环利用提供了理论依据.     

碳热还原转炉渣脱磷的试验

 对碳热还原转炉渣进行热力学分析,分别在二硅化钼高温电阻炉和500 kg顶底复吹多功能试验炉开展转炉渣碳热还原脱磷的实验室试验。结果表明,反应温度及动力学条件对脱磷率有较大影响,在电阻炉试验条件下,保证反应温度为1 500 ℃、碳当量为3.0、保温时间为30 min的情况下,可以获得30%左右的脱磷率。在顶底复吹多功能试验炉内,焦粉既作为还原剂也作为升温剂,焦粉与氧气反应放热可以保证脱磷反应在较高温度下进行,同时顶吹氧气对熔渣层的良好搅拌有利于脱磷反应速度进一步提高,试验过程脱磷率为84%,其中还原进入钢液的脱磷率为75.85%,气化脱磷率为8.15%。焦粉带入的硫有10.8%进入钢水,有6.25%进入炉渣。     

半钢冶炼炉渣气化脱磷实验研究

在介绍某炼钢系统工艺流程及基于溅渣过程气化脱磷原理和特点的基础上,探讨了温度、Fe O含量、碱度、氮气流量四大因素对半钢冶炼炉渣气化脱磷的影响问题。结果显示,在实际生产过程中,需谨慎选择出钢温度,可以适当提高炉渣中Fe O的含量,适当增加氮气流,使终渣的碱度适当的降低。将气化脱磷渣进行循环使用后,可减少资源、能源消耗,降低对环境影响,节约生产成本,且对后续炉次的冶炼无影响,因此值得在钢铁工业中推广实践。     

转炉双联炼钢工艺热态渣再利用脱磷的工业试验

通过对双联工艺生产汽车板中300 t脱磷转炉进行脱碳转炉热态渣循环工艺的研究,分析了热态渣循环利用过程对脱磷转炉脱磷效率以及辅料消耗的影响。结果表明,热态渣循环工艺能够充分利用脱碳转炉热态渣高CaO、低P_2O_5以及成渣快的特点,从而实现脱磷炉的高效脱磷。采用热态渣循环工艺以后,热态渣试验炉次钢种半钢终点磷质量分数平均降低0. 003 7%,平均脱磷率提升至63. 55%。试验炉次石灰使用量较常规炉次平均每炉降低2. 18 t。     

“全三脱”工艺流程中脱碳渣返回脱磷转炉利用

 为了在“全三脱”工艺流程中实现炉渣的高效循环利用,将[w((P2O5))]较低的热态脱碳炉终渣通过渣罐兑入脱磷炉继续发挥脱磷作用。分析结果表明,提高返回渣量及脱磷渣磷分配比均可显著降低脱磷炉石灰消耗量,当渣钢磷分配比及返回渣量控制合适时,脱磷炉可不加入石灰而使半钢磷质量分数达到目标值。对脱碳炉渣在脱磷炉冶炼中的再熔化过程进行计算分析,随着铁水中硅元素的氧化,脱碳渣碱度降低而不断熔化,逐渐发挥脱磷作用。在“全三脱”工艺流程中成功开发了转炉渣热态循环利用工艺,脱磷率提高约6%,返回脱碳渣加入量约为67.13 kg/t,石灰、轻烧白云石和萤石分别节约9.37、1.15 和2.45 kg/t,半钢温度提高约7 ℃。     

硅还原转炉熔渣气化脱磷热力学分析

以离子理论为基础,从转炉渣脱磷热力学分析人手,计算确定了气化脱磷反应的最终产物,对转炉溅渣护炉过程中气化脱磷的热力学可行性提供了理论依据.结果表明,在转炉内还原炉渣气化脱磷是可行的.并讨论了温度、碱度、FeO含量、流动氮气等因素对炉渣气化脱磷产物平衡分压的影响.     

泡沫渣对120t转炉钢液脱氮的影响

120 t转炉40炉工业试验的冶炼过程全程底吹氩,吹炼15%时钢中C含量为4.0%,炉渣成分为(/%):21.2FeO,2.6Al_2O_3,5.3MnO,31.2CaO,11.2MgO,23.7SiO_2,3.2P_2O_5,碱度1.3,吹炼终点钢中C含量0.1%,炉渣成分为(/%):14.5FeO,2.0Al_2O_3,3.9MnO,49.5CaO,8.0MgO,13.5SiO_2,2.2P_2O_5,碱度3.4。采用气体、成分分析和光学显微镜等方法研究了炉渣泡沫化程度对转炉钢液脱氮的影响,讨论了炉渣二次脱氮机理。分析得出,吹炼初期转炉钢液脱氮很微弱,脱氮主要集中在吹炼15%到80%的过程中,转炉吹炼末期钢液有所增氮。炉渣中存在金属液滴,炉渣泡沫化程度好,CO在炉渣中的停留时间长,CO与金属液滴的碰撞机会多,二次脱氮作用明显。入炉铁水N含量为53×10~(-6),炉渣泡沫化程度较好的炉次,转炉终点平均N含量13.7×10~(-6),平均脱氮率为74.2%;泡沫渣程度较差的炉次,转炉终点平均N含量为25.2×10~(-6),平均脱氮率为52.5%。