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转炉铁水脱磷预处理技术与少渣冶炼工艺结合,建立起转炉洁净钢生产技术平台。铁水脱磷预处理工艺前人已作了大量研究和报告,出于技术保密等原因,转炉脱磷预处理工艺至今缺乏系统深入的研究,特别是转炉预处理过程中元素间氧化规律、供氧、化渣工艺对脱磷的影响等,缺乏深入的研究工作。本文根据大量热模拟试验和210t、120t转炉半工业试验的结果,通过对转炉脱磷过程热力学、动力学分析,得到了转炉铁水“三脱”预处理各工艺参数。主要研究结果如下:
⑴转炉铁水脱磷效果决定于采用的脱磷工艺:低碱度高FeO渣平均半钢w(P)为0.046%、脱磷率为55.4%、半钢w(C)为3.35%;中高碱度高FeO渣平均半钢w(P)为0.018%、脱磷率为83.4%、半钢w(C)为3.10%;中高碱度低FeO渣脱磷工艺,平均半钢w(P)为0.013%、脱磷率为86.4%、半钢w(C)为3.30%。三种方案相比,中高碱度低FeO渣脱磷效果好、铁损低,应是脱磷工艺的首选方案。
⑵试验证明,炉渣碱度是提高脱磷率的关键,炉渣碱度增大,脱磷率增加;当R<2.0时,脱磷率为40~60%;2.03.5时,脱磷率为65~98%。
⑶脱碳量也是影响脱磷效果的重要指标,在相同炉渣碱度条件下,随脱碳量增加,脱磷率增大;说明炉渣的脱磷能力决定了熔池中C-P平衡关系,在相同熔池C条件下,炉渣碱度越高,与C平衡的P越低。
⑷脱磷过程中Si、C、P、Mn同时氧化:当铁水w(Si)0.60%时,脱硅反应为主,△[Si]/△[C]》1;w(Si)为0.10~0.60%,硅、碳同时氧化,△[Si]/A[C]≈1;w(Si)<0.10%时,A[Sil/A[C]《1,以脱碳为主。
⑸铁水w(Si)0.60%时,△[Si]/△[P]>10,脱磷速度很小;w(Si)为0.10~0.60%,硅、磷同时氧化,△[Si]/A[P]=1~10;w(Si)<0.1%时,脱磷速度大于脱硅速度。铁水w(P)>0.03%时,△[C]/A[P]≈10,碳、磷同时氧化,脱碳速度增加,脱磷速度增加;当w(P)<0.03%,△[C]/△[P]》10,脱碳量明显高于脱磷量。
⑹脱碳速度同供氧强度成线性关系,供氧强度越大脱碳速度越大;当供氧强度相同时,整个脱磷过程中脱碳速度基本为常数,与熔池碳含量无关;硅、磷氧化速度同熔池硅、磷含量成线性关系,随硅、磷含量降低反应速度降低。
⑺试验证明,渣-金间磷的分配比随炉渣碱度的增加而增大,随熔池温度和C含量的降低而增大,炉渣(T.Fe)无明显影响。这一结论证明,转炉脱磷预处理过程中,熔池氧含量主要决定于碳含量而非渣中Fe0;据此推导出适于铁水脱磷工程采用的渣一金间磷分配比计算式:
⑻提高炉渣碱度是实现高效脱磷的关键,低温下石灰快速形成高碱度渣可采用合成渣提高化渣速度;无论采用石灰+矿石+萤石造渣还是石灰+脱磷剂+萤石造渣,控制炉渣w(F)为6%时,能够获得最大的炉渣碱度。
⑼根据热模试验结果制定了脱磷工艺优化方案,在210t、120t转炉上进行半工业试验。210t转炉试验表明:平均吹氧时间为lO.Omin、炉渣碱度为2.49、炉渣w(T.Fe)为18.6%,平均半钢w(C)为3.34%,w(P)为0.019%、脱磷率为71.2%。120t试验表明:平均吹氧时间为9.7 min、炉渣碱度为2.20、炉渣w(T.Fe)为8.04%,平均半钢w(C)为3.22%、w(P)为0.023%、脱磷率为82.0%,工业试验不仅取得了良好的脱磷效果,而且验证了热模拟试验的结果和结论,达到了预期目的。