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铁水成分和温度对专用转炉脱磷工艺的影响陈洁北京科技大学论文题目：铁水成分和温度对专用转炉脱磷工艺的影响学 号：_________________________作 者：_________________________专 业 名 称：_________________________2009年12月26日 陈洁 钢铁冶金 S2*******铁水成分和温度对专用转炉脱磷工艺的影响The Influence of the Composition and the Temperature of Hot Metal on Converter Dephosphorization研究生姓名：陈洁指导教师姓名：殷瑞钰北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083，中国Master Degree Candidate： Chen JieSupervisor： Yin RuiyuSchool of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology Beijing30 Xueyuan Road，Haidian DistrictBeijing 100083，P.R.CHINA分类号：____________密 级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________北京科技大学硕士学位论文论文题目：作者：_________________________指 导 教 师： 单位：指导小组成员： 单位：单位：论文提交日期：2009年 12月 26日学位授予单位：北 京 科 技 大 学殷瑞钰 院士 北京科技大学 徐安军 副教授 北京科技大学 铁水成分和温度对专用转炉脱磷工艺的影响 陈洁 公开 １０００８ TF704.4致谢本论文的研究工作是在导师殷瑞钰院士和田乃媛教授的悉心指导下完成的，从论文的选题，研究方案的确定到最终的论文写作，老师都倾注了大量的心血。
转炉脱磷效果影响因素分析徐文静摘要：从氧气顶吹转炉脱磷的热力学分析入手，探讨了冶炼过程中温度、炉渣碱度、（FeO）对磷含量的影响，回磷的原因、影响因素及防止措施等，指出应控制炉渣碱度、终点温度、（FeO）在合理范围内，应重视钢水回磷问题。
关键词：磷；碱度；温度；回磷1 前言炼钢生产中的脱磷效果,主要是指成品钢中含磷量的高低，而成品钢中含磷量的多少，主要取决于转炉冶炼终点的磷含量和出钢过程的回磷量。
下面从这两个方面入手对转炉脱磷效果进行分析。
2 冶炼过程中磷含量的控制2.1脱磷的基本反应脱磷反应是在钢—渣界面进行的，按炉渣分子理论的观点，由下列反应组成：5(FeO)=5[O]+5[Fe]2[P]+5[O]=(P2O5)(P2O5)+4(CaO)=(4Ca O.P2O5)2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4Ca O.P2O5)+5[Fe]l gK=l g(a4C a O.P2O5)/{[%P]2.a5F e O.a4C a O}=(%C a4.P2O9).r C a4.P2O9/{[P]2.f2P[%FeO]5.r5F e O.(%Ca O)4.r4C a O}=40067 /T-15.06 (1)式中K—脱磷反应的化学平衡常数;T—钢水温度。
为了分析方便，以脱磷的分配比:L P=(%P2O5)/[%P]2表示炉渣的脱磷能力。
由（1）式可得：L P=(%P2O5)/[%P]2=K.(FeO)5.(%CaO)4.f2p.r5F e O.r5C a O/r C a4P2O9(2)可见，要提高炉渣的脱磷能力，必须增大K.(FeO)5.(%Ca O)4.f2p和降低r C a4P2O9。
影响这些因素的有关工艺参数的改变，也就改变了钢中磷的分配。
2.2温度的影响利用（1）式，可以计算出不同温度下脱磷反应的化学平衡常数。
假定转炉冶炼终渣的化学成分不变，则可以计算出钢水终点磷含量与温度的对应关系：温度升高，K值显著减小，因此，低温对脱磷有利。
10、脱磷的基本条件是什么？脱磷反应是钢渣间的反应，其反应方程式为：4（CaO）+2[P]+5（FeO）=（4CaO·P2O5）+5FeO在顶吹转炉中，脱磷主要是在泡沫渣中及冲击区内的钢渣乳化液中进行。
影响脱磷的主要因素是：（1）炉渣碱度的影响渣中CaO越高，分配比越高，脱磷能力就强。
CaO的脱磷作用在于：它能使P2O5生成更加稳定的磷酸钙，但炉渣中的SiO2与CaO的结合能力更强，更易生成硅酸钙。
因此，只有自由的（2）（FeO）的影响增加渣中FeO含量，将提高脱磷能力。
这是因为（FeO）可以氧化钢液中的磷生成P2O5；（FeO）还可以使石灰溶解，提高炉渣碱度；在低温下（FeO）还可与P2O5生成复杂化合物：3（FeO）+（P2O5）=（3FeO·P2O5）可以起到稳定（P2O5）的作用。
但（FeO）过高对脱磷不利。
（3）温度的影响脱磷反应是一个强的放热反应，降低温度使KP增大，从而与利于脱磷。
（4）渣量的影响渣量并不影响脱磷的分配比LP，但增加渣量意味着稀释了（P2O5）的浓度，即增加渣量可降低钢中的含磷量[P%]。
（5）粘度的影响炉渣有适当的粘度可使渣中的金属液滴数量增加，金属液滴在渣中的停留时间延长，有利于磷的去除。
防止回磷的措施有那些？
防止回磷的措施有：(1)出钢尽量减少出钢时带渣；(2)采用碱性包衬，减少因钢包侵蚀而降低炉渣碱度；(3)出钢过程中向钢包投入少量石灰粉，稠化渣子保持碱度；(4)出钢完毕时，尽量减少钢水在钢包中的停留时间。
吹炼过程中的脱磷和脱硫摘要：炼钢过程中的脱磷及脱硫所必须具有的条件、影响它的因素。
1前言炼钢过程中，脱碳是至关重要的，对于铁水中。
含有的有害元素S、P的去除则更为重要。
虽然近年来铁水预处理技术有很大的发展，减轻了转炉炼钢过程中的脱磷和脱硫任务但是在吹炼过程中硫、磷的去除仍应该引起我们的高度重视，否则会影响的质量。
2吹炼过程中的脱磷磷是易氧化元素，在转炉吹炼前期发生氧化反应：2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5Fe然后，再于渣中的（CaO）反应，生成稳定的化合物(P2O5)＋n（CaO）=n（CaO. P2O5）冶炼中磷的氧化去除反应为：2[P]+5(FeO) ＋n（CaO）= n（CaO. P2O5）+5Fe式中n为3或4，炉渣中的（FeO）和（CaO）越多，越利于磷的去除。
吹炼达到终点时由于钢水温度升高，钢液中含碳量不同，对渣中（FeO）含量有影响。
因而影响终点磷含量。
在工业生产中，为了减少回磷现象，通常的办法是保证冶炼后期炉渣为高碱度，并化好渣，适当保持一定的（FeO）含量，以便稳定去磷效果。
为了去磷，吹炼过程中，应根据去磷的热力学条件，首先要搞好前期渣，尽快形成高氧化性的炉渣，以利于前期低温去磷。
而在吹炼后期要控制好炉渣碱度和渣中的（FeO），以利于后期高温、高碱度、高（FeO）脱磷。
当脱磷反应达到平衡时，用浓度来表示的平衡常数为：Kp= (P2O5)/[p]2(FeO)5(CaO)4常用磷在炉渣和金属中的分配比来表示脱磷能力，其表示方法很多。
常用L p=(P2O5)或Lp= (P2O5)/ [p].Lp越大，炼钢过程中脱磷能力也越大。
平衡常数和温度的关系：Lg=51875/T-33.16从脱磷反应的反应式、平衡常数及温度关系，可知影响脱磷的因素有：2.1炉渣碱度的影响。
由分配比公式可知：渣中的CaO越高，分配比越高，脱磷能力就越强。
CaO的脱磷作用在于：它能使P2O5生成稳定的磷酸钙。
转炉深脱磷机理：1.转炉脱磷热力学分析1.1气体与金属间的反应磷的气体与钢水的反应可用下式表示：1/2 P2(g)=[P]Lg(ap/p pc)=8240/T -0.2ΔG= -157700+ 5．4Te p=0．054式中，钢水中磷的浓度用质量分数表示，磷的活度基准取亨利定律，由此可知钢水中的磷对于亨利定律呈正偏差。
1.2熔渣与钢水之间的反应高炉冶炼过程是不能脱磷的，矿石中的磷几乎全部进入生铁，致使生铁的含磷量有时高达0．1—2．0％。
生铁中的磷主要是在炼钢时氧化作用下去除。
磷和氧的亲和力虽比铁和氧的亲和力大，但在炼钢温度下，铁液的磷不能仅依靠氧化的作用除去，因为氧化生成的P205气态（[P]+5[O]=P205(g))。
可是，当有碱性氧化物出现时，磷氧化形成的P205能与之结合，成为稳定的磷酸盐的标准生成焙(2[P]+5[0]+3(MO)=M3P208(s))，可以大致估计它们的稳定性。
在炼钢的熔渣制度下，FeO和CaO是生成稳定磷酸鼎的最主要的氧化物。
氧化铁的脱磷反应为：2[P]+8(FeO)=3FeO·P205(s)+5[Fe]或2[P]+8[O]+3[Fe]=3 FeO·P205 (s)LgK=Lg（1/[%P]^2[%O]^8）=84200/T-31.1但是，磷酸铁只能在较低的温度(1400-1500。
C)下才能稳定存在。
在温度升高时，熔渣碱度提高，3FeO·P205可转变为较稳定的3CaO·P205(或4CaO·P205)。
所以脱磷主要是依靠磷酸钙的形成。
（1）分子理论的脱磷反应脱磷反应是界面反应，由下列反应组成5(FeO)=5[O]+5[Fe]2[P]+5[0]=(P205)(P205)+4(CaO)=(4CaO·P205)综合得：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=4CaO·P205+5[Fe]LgK=Lg （a (4Ca0·P205)/[%P]^2 a FeO^5·a CaO^4）=40067/T-15.06式中：K------------------脱磷反应的化学平衡常数：T------------------钢水温度。
转炉脱磷的影响因素及方法作者：唐天合来源：《科学与技术》2018年第21期摘要：近些年，钢铁市场对于低磷钢以及超低磷钢等品种钢的要求越来越苛刻，尤其是对钢中磷含量要求也进一步提高，所以严格控制好钢水中磷的含量是转炉炼钢的关键，脱磷是碱性炼钢过程中的重要任务之一，对于大多数的钢种而言，磷是一种有害的元素，随着磷含量的增加会引起钢的“冷脆”现象，提高钢的韧脆转变温度，并使焊接性能降低，冷弯性能变差，此外，磷在钢锭中会产生严重的偏析行为影响钢的性能与质量，所以要在冶炼阶段严格控制好终点磷的含量，保证炼钢的正常进行，本文分别讲述了脱磷的影响因素以及脱磷的方法。
关键词：转炉脱磷；碱度；温度1.转炉脱磷工艺概述转炉脱磷工艺主要包括：SRP工艺、多功能转炉脱磷工艺、COMI炼钢工艺脱磷工艺以及复吹转炉深脱磷工艺，其中复吹转炉深脱磷工艺又包括两路双联工艺、单渣工艺以及单炉新双渣工艺。
在炼铁过程中，原料中的磷几乎全部浸入铁水中，转炉和炉渣为脱磷提供了良好的脱磷环境。
在转炉冶炼过程中，可以通过控制主要脱磷影响因素达到良好的脱磷效果。
通常在转炉脱磷初期阶段，溶池温度较低，磷含量较高，热力学条件较好，但是由于此阶段炉渣的流动性较弱、炉渣碱度较低，动力学条件较差，因此需要通过改善动力学条件来配合热力学条件来加速脱磷，即提高炉渣流动性、炉渣碱度等；在转炉脱磷处理后期，钢水磷经过前阶段的脱磷之后，磷含量降低，炉渣流动性较高，具备良好的动力学条件，然而溶池温度较高，热力条件较差，不利于脱磷的进行，此时可以通过提高炉渣的碱度来改善热力学条件。
2.转炉脱磷影响因素分析2.1温度的影响通常转炉脱磷中的“温度”专指“溶池温度”，一般情況下，需要从两方面考虑温度对转炉脱磷效果的影响。
一方面，当熔池温度较低时，从热力学原理上分析，低温将有助于脱磷反应正常进行，但是当温度过低时，石灰在表面容易形成一层冷凝外壳，并未熔化，并降低化渣速度和炉渣流动速度，碱度降低，最终降低脱磷反应速度；另一方面，熔池温度升高过程中也会对脱磷效果产生影响。
转炉脱磷效果影响因素分析
徐文静
摘要：从氧气顶吹转炉脱磷的热力学分析入手，探讨了冶炼过程中温度、炉渣碱度、（Fe O）对磷含量的影响，回磷的原因、影响因素及防止措施等，指出应控制炉渣碱度、终点温度、（Fe O）在合理范围内，应重视钢水回磷问题。
关键词：磷；碱度；温度；回磷
1 前言
炼钢生产中的脱磷效果,主要是指成品钢中含磷量的高低，而成品钢中含磷量的多少，主要取决于转炉冶炼终点的磷含量和出钢过程的回磷量。
下面从这两个方面入手对转炉脱磷效果进行分析。
2 冶炼过程中磷含量的控制
2.1脱磷的基本反应
脱磷反应是在钢—渣界面进行的，按炉渣分子理论的观点，由下列反应组成：
5(Fe O)=5[O]+5[Fe]
2[P]+5[O]=(P
2O
5 )
(P
2O5)+4(C aO)=(4Ca O.P
2
O
5
)
2[P]+5(F eO)+4(Ca O)=(4C aO.P
2O
5
)+5[Fe]
lg K=lg(a
4C a O.P2O5)/{[%P]2.a5
F e O
.a4
C a O
}
=(%C
a4.P
2
O
9
).r
C a4
.P
2
O
9
/{[P]2.f2
P
[%F eO]5.r5
F e O
.(%Ca O)4.r4
C a
O
}=40067/T-15.06 (1)
式中K—脱磷反应的化学平衡常数;
T—钢水温度。
为了分析方便，以脱磷的分配比:
L
P =(%P
2
O
5
)/[%P]2
表示炉渣的脱磷能力。
由（1）式可得：
L
P =(%P
2
O
5
)/[%P]2=K.(Fe O)5.(%C aO)4.f2
p
.r5
F e O.
r5
C a O
/r
C a4P2O9
(2)
可见，要提高炉渣的脱磷能力，必须增大
K.(F eO)5.(%C aO)4.f2
p 和降低r
C a4P2O9。
影响这些因素的有关工艺参
数的改变，也就改变了钢中磷的分配。
2.2温度的影响
利用（1）式，可以计算出不同温度下脱磷反应的化学平衡常数。
假定转炉冶炼终渣的化学成分不变，则可以计算出钢水终点磷含量与温度的对应关系：温度升高，K值显著减小，因此，低温对脱磷有利。
需要指出的是，提高熔池温度，会使磷的分配比降低，对磷从金属向炉渣的转移不利。
但温度升高降低了炉渣的粘度，加速了石灰的熔解，从而有利于磷从金属向炉渣的转移。
理论研究表明，最有效的脱磷有一个最佳的温度范围（1450～1500℃）。
这就要求冶炼初期，要根据铁水温度采用不同的操作制度。
铁水温度低（1250℃以下），要采用低枪位操作以提高熔池温度，加速石灰的熔解，迅速形成初期渣，充分利用前期炉渣Fe O高、炉温低的优势，快速脱磷。
若铁水温度特别高
（大于1350℃），冶炼初期要适当采用高枪位操作，并加入部分
矿石，抑制炉温的快速升高，同时也有利于石灰的溶解,延长冶炼在低温区（1500℃以下）的运行时间。
实践证明，尽管冶炼终点温度高，会降低磷在钢—渣中的分配比，但脱磷的关键仍然是冶炼过程渣特别是终渣的控制。
也就是说温度的影响不如（Fe O）和（C aO）显著。
2.3炉渣碱度的影响
因为Ca O是使r
P2O5
降低的主要因素，增加（Ca O）达到饱和
含量可以增大a
C a O
，亦即增加自由C a O（不与酸性氧化物结合）的
浓度，会使（P
2O
5
）提高或钢中[P]降低。
但渣中（Ca O）过高，
将使炉渣变稠，同样不利于脱磷，如图1所示。
图1炉渣碱度对脱磷指数的影响
从图1可以看出，当炉渣碱度大于 3.0后，脱磷指数随（F eO）增加而增大，随碱度的增加变化不大。
实际操作中经常出现石灰加入很多，终点[P]仍然较高的现象，其原因就是炉渣没有化透或温度太高。
实践证明，只要炉渣碱度达到 3.0左右，炉渣化透并含有适量的（F eO），冶炼一般钢种脱磷是没有问题的。
这也是最经济的操作方法。
这就要求冶炼终点[P]偏高时，应视温度和炉渣情况采用不同的处理方法：
（1）温度合适，炉渣较稠，只要采用点吹方式，化透炉渣即可。
（2）温度较高，炉渣较好，就要采取适当措施降低熔池温度。
（3）温度较高，炉渣较稠，要适当补加矿石，既能起到降温效果又能帮助化渣，具有一举两得的功效。
（4）温度合适，炉渣较好，终点[P]仍然偏高，这种情况一般是碱度不够或渣量不足所致，就要适当补加石灰，点吹化开炉渣。
2.4(F e O)[H T H]的影响
(F eO)对脱磷反应的影响比较复杂，当(F eO)很低时，石灰不能很好熔化，显然不能脱磷。
但若(F eO)过高，将稀释(Ca O)的脱磷作用。
(F eO)与碱度对脱磷的综合影响是，碱度在 2.5以下，增加碱度（石灰用量）对脱磷的影响大。
碱度在 2.5～4.0时，增加(F eO)对脱磷有利。
但过高的(F eO)反而使脱磷能力下降。
如图2所示。
图2(F e O)对脱磷率的影响
图2表明，要达到较高的L
，对于一定的炉渣，(F eO)
P
含量以14%～18%、(%Ca O)/ (%Fe O)比值以 2.5～3.0为最好。
3 回磷
成品钢中的磷含量一般高于冶炼终点的含磷，这种现象被称为回磷。
其原因：一是由于合金带入的磷，二是钢水的回磷。
如果终点温度高，出钢过程下渣量多，都会造成回磷量增加，一般回磷量在0.005%～0.02%之间，有时会更高。
3.1产生回磷的原因
冶炼终点一般认为脱磷反应已达到平衡，在出钢过程中向钢包内加入脱氧剂，将使钢中的氧以及渣中(F eO)下降，脱氧产物
(S iO
2)、(A l
2
O
3
)等进入炉渣，使炉渣碱度降低，从而打破了脱磷
反应的平衡状态，有利于(P
2O
5
)的分解和还原，磷又重新进入钢
液。
回磷反应与下列各种反应有关：
（1）渣中(Fe O)与脱氧剂作用：
2(Fe O)+[Si]= (Si O
2
)+2[Fe]
(F eO)+[M n]=(Mn O)+[Fe]
（2）炉渣与脱氧产物作用：
2(3C aO.P
2O
5
)+3(Si O
2
)=3(2C aO.S iO
2
)+2(P
2
O
5
)
(3）渣中(P
2O
5
)与脱氧剂的作用：
(P
2O
5
)+5［M n］=5(M nO)+2［P］
2(P
2O
5
)+5［S i］=5(S iO
2
)+4［P］
3(P
2O
5
)+10［A l］=5(Al
2
O
3
)+6［P］
（4）渣中(3C aO.P
2O
5
)直接同脱氧剂作用：
(3Ca O.P
2O
5
)+5[M n]=2［P］+5(Mn O)+3(C aO)
2(3C aO.P
2O
5
)+5[Si]=4[P]+5(S iO
2
)+6(C aO)
3(3C aO.P
2O
5
)+10[A l]=5(A l
2
O
3
)+6[P]+9(Ca O)
上述反应的共同结果，导致了钢水回磷的发生。
3.2影响回磷程度的因素
通过上面产生回磷原因的分析，可以得出影响回磷的主要因素有：
（1）出钢过程中下渣是磷的主要原因。
下渣量大，回磷就严重，特别是出钢前下渣或出钢口不圆造成出钢过程卷渣更为
严重。
因为无论是反应时间还是反应的动力学条件，都较出钢后期下渣更优越。
（2）出钢合金化或增碳操作不合理。
诸如出钢后期补加硅铁、碳化硅、碳粉等。
因为它们比较轻而浮在钢渣上面，直接与钢渣接触，硅铁、碳化硅、碳粉都非常容易与渣中(F eO)反应，造成渣中(F eO)急剧下降，而反应产物又降低了炉渣的碱度，从而大大增加了回磷。
（3）吹氩时，使用氩气压力过高，造成钢液—钢渣翻腾、卷渣，形成一种“渣洗”现象，也大大增加了回磷程度。
3.3防止回磷的措施
要防止钢水回磷，首先要挡好渣，减少出钢过程的下渣量最为关键。
其次是严格出钢合金化操作的标准化和规范化，杜绝出钢后期补加合金（如硅铁、碳化硅、碳粉等）。
再次，万一炉渣过稀或下渣量大应及时向钢包内加石灰粉、精炼渣稠化炉渣，以减弱回磷反应的能力。
4 结论
4.1控制炉渣碱度在 2.8～3.1范围内，且具有合适的终点温度，冶炼一般钢种是没有问题的。
4.2脱磷反应的关键是过程渣要化透和合适的（Fe O）含量，而
非片面追求（加大石灰用量）高碱度。
4.3减少出钢过程中或以后浇注过程中的回磷在生产中不容忽视。
