高磷铁矿处理及高磷铁水脱磷研究进展

介绍了高磷铁矿选矿脱磷和炼钢脱磷反应机理研究的最新进展,对生产低磷钢的各个环节如铁水预处理,转炉冶炼,钢水炉外脱磷尤其是炉外脱磷的渣系组成及脱磷工艺进行了详细的论述.探讨了高磷铁水炼钢的可行性.     

Phase Equilibrium for the CaO-SiO₂-FeO-P₂O₅ System at 1673K for Dephosphorization With Multi Phase Flux

Development of the efficient hot metal dephosphorization processes during steelmaking process is one of the most essential topics for the production of high grade clean steels. Since the formation of solid solution composed of tricalcium phosphate and dicalcium silicate could obtain a considerable mass transfer of phosphorus from liquid slag into solid phase during hot metal dephosphorization, itcould obviously sustain a high phosphatecapacityof theliquid slag without huge consumption of lime or addition of fluxes, such as fluorite. The above outlines are the main idea of multi phase flux dephosphorization. For the last few decades, many studies have been done towards the scientific principles and the commercial utilization of this technique. However, the reaction mechanism by using multi phase fluxes remains unclear even by now due tolack of evidence. Based on those previous works, providing a reliable and available phase diagram for the fundamental understanding of the reaction mechanism of multi phase flux dephosphorization has become the main purpose of present research. As well known, the CaO-SiO2-FeO-P2O5 slag is the main component of current steelmaking process. Hence the CaO-SiO2-FeO-P2O5 system at equilibrium has been studied at 1673K with low oxygen partial pressure. The solid phase coexisting with liquid flux is approved to be the solid solution composed of CaO, SiO2 and P2O5. Phosphorus distributes mainly in solid solution rather than liquid phase.     

磷在多相脱磷转炉渣中的分布

 为了研究碱度、TFe含量对炉渣物相以及磷在不同物相中分布的影响,对3种不同成分脱磷转炉渣的微观结构进行形貌和成分分析对比。当炉渣中FeO含量较高、碱度中等时,炉渣在冶炼过程高温状态下处于液态,在取样空冷条件下析出FeO含量高的枝状晶体结构和CaO-SiO₂-(FeO)基体相,基体相中P₂O₅质量分数约为6.5%。当炉渣中FeO含量较低、碱度较低时,炉渣在冶炼过程高温状态下处于液态,在取样空冷条件下析出相和炉渣总成分相差不大。当炉渣的碱度中等、TFe含量控制合适的情况下,炉渣在冶炼过程高温状态下处于固液共存区域,形成液相和2CaO·SiO₂-3CaO·P₂O₅固溶体,固溶体中P₂O₅质量分数为30%～40%。当炉渣处于C₂S和液相渣的共存区域时,2CaO·SiO₂-3CaO·P₂O₅固溶体的析出使得炉渣液相中P₂O₅活度降低,使得铁水中磷向液相渣中传递,脱磷反应程度更高,脱磷效果较好。     

环保型高磷铁水预脱磷渣的脱磷性能研究

实验室条件下采用间接测量法,测定了CaF2系和B2O3系脱磷渣的磷分配.即首先测量磷在液态渣和固态铁间的分配比,再通过计算得到磷在液态渣和铁水之间分配比,同时根据渣系成分和光学碱度计算了磷容量.同时采用了扫描电镜、能谱分析与X射线衍射分析技术对脱磷渣进行了研究.实验结果表明,B2O3系预脱磷渣的磷容量远大于CaF2系预脱磷渣的磷容量,因此可以用B2O3全部替代CaF2作为助熔剂进行高磷铁水的预脱磷处理,2种渣系的磷分配均随渣中有效CaO含量的升高而升高.用B2O3作为助熔剂时,B2O3能与渣中高熔点物质2CaO·SiO2和3CaO·P2O5反应生成低熔点物质,从而起到助熔的作用.且w(B2O3)/w(CaO)比值为0.16时,磷分配比为最高值,即该渣脱磷能力最强.     

高磷鲕状赤铁矿磷的存在形态及脱磷机理

 针对高磷鲕状赤铁矿石矿物结构复杂导致的脱磷困难现状,为实现深度脱磷的目的,探索矿物还原过程中磷的形态及微观脱磷过程。以铁品位为44.78%、磷的质量分数为0.92%的高磷鲕状赤铁矿为研究对象,根据其面扫描电镜及矿相结构图可知,矿物之间嵌布紧密、逐层形成鲕状结构,石英、鲕绿泥石与赤铁矿等互相包裹,磷元素集中分布在鲕粒内部的氟磷灰石中。通过对焙烧产物做扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS),对高磷鲕状赤铁矿脱磷机理进行研究。研究结果表明,当YM-1脱磷剂质量分数为16%,还原过程中鲕状结构被破坏,金属铁逐渐从鲕粒中析出聚集,脉石与铁颗粒分离明显,磷化为不同形态被脱除。磁选后尾矿、铁分离完全,磷元素几乎全部进入尾矿,添加复合脱磷剂YM-1焙烧磁选后铁精矿的铁品位为90.16%,铁回收率为91.25%,磷质量分数为0.056%,脱磷率为93.91%。铁精粉各项指标满足工业冶炼要求。     

环保型高磷铁水预处理脱磷剂的试验研究

为开发高效环保的高磷铁水预脱磷剂,利用FactsageTM软件绘制了Fe3O4-CaO-B2O3和Fe3O4-CaO-K2O三元相图,根据相图确定出B2O3系和K2O系脱磷剂成分的质量分数,然后在实验室进行脱磷试验,并与以CaF2为助熔剂的高磷铁水预脱磷试验结果进行了比较。结果表明:B2O3能够完全替代CaF2作为助熔剂进行高磷铁水的脱磷预处理,控制w(P)<0.1%,此时w(B2O3)/w(CaO)=0.16,用此种脱磷剂进行脱磷时,化渣良好且不产生泡沫渣,脱磷率也最高。而K2O系脱磷剂的脱磷效果较差。     

高磷铁水脱磷渣枸溶性

参照实际转炉脱磷炉渣,配制了不同F、P₂O₅、FeO和MgO含量及碱度的渣样,用化学分析方法测试了不同组分对渣中磷的枸溶率的影响规律.结果表明:当脱磷渣中含有F时,P主要与F形成氟磷灰石,使得磷的枸溶率随渣中F含量的升高而急剧降低,当不含氟时枸溶率可达92.5%,当氟质量分数达到0.5%时枸溶率已降低到50%以下;随碱度增加,由于渣中Ca²⁺含量增加,破坏了硅氧网络结构,使得枸溶率有所上升;渣中MgO含量升高,由于Mg²⁺在熔融冷却过程中会抑制β-Ca₃(PO₄)₂晶体的析出,而β-Ca₃(PO₄)₂中磷不易为质量分数为2%的柠檬酸液溶出,而使枸溶率有所升高;随渣中P₂O₅含量升高,由于P⁵⁺与O^2-形成络离子,P⁵⁺位于O^2-密集形成的间隙中,不易溶出,使得枸溶率有所下降;渣中FeOn升高,枸溶率随之降低.     

转炉脱磷渣物相结构对脱磷的影响

通过采用热力学软件 Factsage 6.4、SEM、EDS、XRD,并结合红外和拉曼实验手段分析研究了一次倒渣和终点炉渣物相结构.结果表明：一倒渣和终渣的黏度均随着温度的升高而降低.温度相同时,一倒渣的黏度较高,但熔点低于终渣.低温时形成的液相较多,更有利于脱磷反应的进行.炉渣 Si、Ca、P 元素富集的区域,形成的矿相主要为2CaO?SiO2-3CaO?P2 O5固溶体相,对脱磷较为有利;而 Fe、Mn、Mg 和 O 元素富集的区域,形成的物相主要为铁氧化物和RO相,炉渣脱磷能力脱磷较差.红外和拉曼分析结果表明：一倒渣和终渣都形成SiO4四面体单元,一倒渣主要以Si-O-Si键为主,而终渣主要以P-O-P键为主.硅酸盐网状结构单元结构越多,对脱磷越有利.     

鱼雷罐喷粉铁水预处理脱磷动力学模型

在分析了铁水喷粉脱磷预处理过程机理的基础上，同时考虑熔池的均混时间、粉剂穿透比和停留时间，开发了鱼雷罐喷粉铁水预处理脱磷动力学模型，应用模型计算分析了改变不同工艺条件对脱磷速率的影响，并对实际生产过程进行了模型分析，取得了较好的效果。     

中磷铁水同时脱磷脱硫实验室研究

针对w([P])在0.33%~0.44%的中磷铁水,在1 350℃条件下采用喷吹法对同时脱磷脱硫渣系进行了优化试验。结果表明:CaO过剩系数、氧化剂过剩系数和w(CaF_2)/w(CaO)对脱磷的影响不大,但对脱硫影响显著。综合考虑脱磷率、脱硫率和渣量,最佳渣剂组成为CaO过剩系数45%,氧化剂过剩系数15%,w(CaF_2)/w(CaO)为0.5;用B_2O_3代替CaF_2,须将w(B_2O_3)/w(CaO)控制在0.20以上。     

铁水喷粉脱磷用耐火材料烧损的实验研究

以刚玉管代替透气砖做实验,研究了铁水喷粉脱磷过程中耐火材料的烧损情况及其影响因素.结果表明:脱磷粉剂成分及载气种类对喷粉用耐火材料的烧损影响很大,而铁水温度对其影响较小;在低温条件下,用Ar喷吹Fe2O3,和CaCO3,混合粉剂可有效减少耐火材料的烧损.     

高磷铁水预处理脱磷动力学模型研究

针对铁水预处理工艺并基于喷粉冶金原理,建立了高磷铁水预处理脱磷动力学模型。通过将实验室试验结果与模型计算结果对照,验证了模型的有效性,并应用模型计算分析了熔渣脱磷能力和工艺条件对脱磷效果的影响。结果表明:铁水温度控制在1 350℃、渣中w(CaO)控制在50%、高磷铁水预处理的初始w(P)为0.35%、w(FeO)为5%左右,碱度为3具有较强的脱磷能力。     

转炉铁水预处理脱磷实验研究

首钢京唐公司采用转炉铁水预处理脱磷工艺作为洁净钢生产平台,通过前期58炉冶炼实验,摸索出一套适和京唐公司生产实际的操作工艺,并在造渣制度、吹炼模式、温度控制等方面取得了重大突破,实现了稳定、高效生产低磷钢、超低磷钢的目标.脱磷炉终点磷的质量分数平均为0.017%,碳的质量分数为3.69%,脱磷炉终点平均温度为1350℃,并有10炉钢的脱磷炉终点磷的质量分数小于0.015%,最低为0.008%,达到了生产超低磷钢的预脱磷要求.对实验中影响脱磷效果的因素,如铁水硅含量,脱磷炉终点温度、终点碳含量、终渣碱度和氧化性等,进行了深入研究.分析表明当铁水硅的质量分数小于0.45%时,可以达到比较好的脱磷效果;脱磷炉的脱磷效果随终点温度的升高而逐渐变差,但为保证脱碳炉有足够的热量,脱磷炉终点温度控制范围为1350~1380℃;脱磷炉合理的碳含量范围应该在3.3%~3.8%之间;碱度控制在1.8~2.2即可满足脱磷炉的脱磷效果;通过增加矿石加入量,保持较高枪位可以提高冶炼过程渣中(FeO)含量,提高脱磷炉的脱磷效率.     

氧化钙类杂质对铁水脱磷的影响分析

除尘灰制备炼钢脱磷剂极具实用价值,但其所含CaO类杂质却会影响脱磷.1 400℃条件下,参考Fe2O3-CaO-CaCl2系脱磷剂,分别利用不同摩尔比的Ca(OH)2、CaCO3替换脱磷剂中的CaO,对磷质量分数为0.3％的铁水进行了脱磷试验.同时,分别利用CaO、Ca(OH)2、CaCO3作为固定剂,研究了各自的铁水...     

Fe2O3质量分数对脱磷钢渣中磷浸出分离的影响

为了实现脱磷钢渣中P2O5的选择性浸出,研究了不同Fe₂O₃质量分数的脱磷钢渣在不同pH值下的浸出行为.研究结果表明:提高渣中Fe₂O₃质量分数有利于促进P₂O₅在固溶体中的富集,并且能促进磷的浸出和抑制铁的浸出;脱磷钢渣中磷的浸出率远高于铁.随着pH值的降低,磷和铁的浸出率都升高;在pH=5时,高Fe₂O₃质量分数的脱磷钢渣中磷的浸出率达到85.8%,而铁的浸出率只有2.8%,实现了磷和铁的有效分离;酸浸后的残渣C中Fe₂O₃质量分数高达59.1%,而P质量分数仅为0.29%,且含有Ca和Mg等有益元素,可以作为炼铁原料或烧结配料再利用.     

铁水脱磷顶吹氧+喷粉搅拌冶炼工艺的应用

 为了获得最佳的供氧和粉剂消耗与温度的关系。国内某钢厂采用专用炉顶吹氧+喷粉搅拌脱磷工艺为AOD炉提供优质的低磷铁水冶炼不锈钢,实现了新型一步法冶炼不锈钢工艺。生产实践表明,随着喷吹钝化石灰粉和铁皮球用量的增加,脱磷率逐渐升高,当石灰喷吹量为10～12 kg/t、铁皮球消耗量为25.0～37.5 kg/t、供氧量为300～400 m3时,脱磷率在85%以上;脱磷率随着钙氧比的增大而减小,当w(CaO)/w(Fe2O3)为0.8时达到最大值,钙氧比为0.8～1.4时脱磷率大部分在85%以上,钙氧比超过1.4时效果降低。     

国内外转炉脱磷炼钢工艺分析

介绍了国内外先进炼钢厂各自开发的大型转炉脱磷炼钢新工艺。对比分析了8家大型钢铁厂的转炉双联法技术经济指标及其生产实绩。转炉脱磷炼钢新工艺的操作方式主要有双联法和双渣法两种,双联法比传统方法工序简化,转炉内自由空间大,反应动力学条件优越,生产成本较低,通常铁水磷质量分数可脱至0.010%,适于大批量、经济地生产超低磷钢。     

100 t转炉冶炼钒钛铁水高效脱磷机理分析与生产实践

基于转炉出钢过程回磷机理分析与控制措施,通过现场取样、数据采集、模拟试验及利用FactSage软件分析了转炉冶炼过程脱磷机理,研究探讨了渣中FeO含量、TiO2含量、SiO2含量、终点温度、熔渣碱度、底吹搅拌对脱磷的影响.研究结果表明,结合首钢水城钢铁集团公司生产实践,控制终点温度在1630～1645℃、终渣FeO质量...     

低碳铝镇静钢转炉炼钢低温脱磷工艺

对转炉脱磷进行热力学与动力学分析,介绍了低碳铝镇静钢转炉低温脱磷生产工艺,对该生产工艺过程参数进行了统计分析,并对过程炉渣进行了SEM、EDS、XRD分析.结果表明:通过降低平均出钢温度至1 617 ℃,碱度控制在2.4～3.0,TFe质量分数控制在12％～15％,转炉后期脱磷效率大大加强,冶炼后期调渣后TSC阶段渣钢...     

转炉脱磷工艺的最新进展

转炉脱磷工艺利用了转炉容积大的特点,可以实现转炉前期快速高效低碱度脱磷.脱碳渣的循环利用降低了石灰等辅料消耗和渣量.在低温低碱度转炉脱磷的条件下,低温在热力学上有利于脱磷,但温度过低会使渣过于粘稠而影响动力学条件并使倒渣困难;适当提高碱度,脱磷效果较好.随着渣中氧化铁含量的上升,脱磷效果先上升后下降.转炉脱磷渣中固液两...