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内蒙古地区的铁矿属于中高磷矿石,铁水中磷含量在0.2％左右,为了减少价格较高的澳矿和巴西矿的用量,大量进口蒙古矿,其磷含量更高。低磷或超低磷钢的需求越来越多,目前采用单渣法冶炼低磷钢,存在着渣量大、冶炼操作不稳定、喷溅严重、炉衬寿命短和终点命中率低的缺点,为了实现可持续发展,又要求冶金生产原料和能量消耗越来越低,需要低成本高效的脱磷剂。目前脱磷以氧化脱磷为主,生产和研究以CaO-CaF2-FeOn渣系为主,研究内容主要集中在不同成分脱磷渣的脱磷热力学和动力学,涉及脱磷渣中固相质点种类和其所占比例对脱磷影响方面的研究很少。本文以热力学计算为基础,通过实验结合现代化检测手段,对脱磷渣在高温下的固相质点组成和比例、固相质点的种类和比例对脱磷的热力学和动力学的影响、磷在渣中固液两相中的分配及传质进行研究,为开发高效、低成本的脱磷剂提供理论指导。 用FactSage软件对脱磷渣在脱磷温度下进行热力学计算,确定固液两相共存的组成。CaO-FeOn-SiO2-P2O5渣的温度升到1350°C,然后将渣淬火,并进行电子探针定量分析。在冷却期间,C2S和C3P的固溶体从液态渣中析出,并形成一个成分范围较宽的伪二元固溶体。当渣中存在Ca2SiO4时,有利于脱磷,随着P含量的增加,Ca2SiO4相中溶解的P越来越多。Ca2Fe2O5相中的磷含量受初始渣中磷含量的影响程度不大。磷酸三钙(C3P)溶解于Ca2SiO4相中,并且在渣中呈现为Ca7(PO4)2(SiO4)2固溶体。P的初始含量对P分配比有关,初始含量越大,分配比越大。 随着渣中P2O5的含量增加,固溶体中P2O5的溶解度也在增加。在含有15%P2O5的渣A中,固体析出物接近纯C3P,纯C3P中的P2O5质量比达到45.81%,这就意味着通过控制炉渣的成分可以使C3P在固溶体中的浓度提高到100%。渣中2CaO·SiO2固相可以溶解大量的脱磷产物,减少磷在液相中的含量,并降低脱磷产物的活度,有利于脱磷。本实验条件下,磷在2CaO?SiO2固相中磷的固溶量为8.87%,铁酸钙相中磷的固溶量为1.2%,玻璃相中磷的固溶量为1.3%,非均相脱磷的限制性环节是磷在渣中的扩散,钢液中磷的传质系数为0.00564~0.08002cm·s-1,在渣中的传质系数为0.1133~0.3009×10-4cm·s-1。