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1、高磷铁水脱磷工艺研究1 / 8分类号_ 密级_UDC _ 学号_（钢铁）冶金实验与研究方法（论文）论文题目高磷铁水脱磷工艺研究2015 年 12 月 25 日学 生 姓名王永超学 号2013000694所 在 院 系材料学院冶金工程系专 业 班 级冶金 1302 班导师姓名职称王社斌教授完 成 日期2015.12.25目录一、引言.3二、高磷铁矿脱磷.31.选矿法脱磷.32.化学脱磷法.4三、高磷铁水脱磷.41、还原脱磷.42、氧化脱磷.5四、脱磷渣剂中替代 CaF2 必要性.5五、Na2O 对脱磷的影响.6六、研究高磷铁水深度脱磷的意义: .6七、实验材料及方法.71.原材料.72.实验设备
2、.73.试验方法.7八、结论.8高磷铁水脱磷工艺研究1 / 8高磷铁水脱磷工艺研究高磷铁水脱磷工艺研究一、引言一、引言随着冶金和材料工业的发展,对钢铁产品的性能要求日趋严格,其中磷元素是钢铁内主要的有害元素之一,进而要求对铁水中的磷元素进行有效的脱除。我国铁矿石对外依存度高(需求量大、价格高),同时随着长期对低磷铁矿的开发和利用,其储量逐渐减少,而占全国铁矿总储量 14.68%,总量达+4.5 亿吨的高磷铁矿,特别是我国西南地区丰富的高磷钒钛磁铁矿及其它种类的高磷铁矿却没有达到很好的应用,究其原因是高炉内几乎所有的磷都进入铁水,而对高磷铁水脱磷的经济实用技术也缺乏,因而对复杂铁资源的高磷铁水脱
3、磷的技术研究就显得迫在眉睫。本论文以提钒后的半钢,含磷 0.3%、碳 3.9%的铁水为待脱磷铁水,以-200 目的化学纯 Si02、CaO、Fe203、Na2C03、CaF2 和 A1203 为渣剂原料,主要研究了不同助熔剂下脱磷效果的比较、加渣不同对脱磷的影响(一次加渣和两次加渣)和脱磷反应动力学条件。热力学分析表明,高碱度、高氧化性和低温有利于铁水中磷的脱除;CaO 是最合适的碱性氧化物。铁水脱磷工艺中,渣剂分两次加入的脱磷效果优于一次加入的效果。目前世界上很多铁矿石含磷都在 0.08%以上,超过了钢铁冶炼的标准要求。铁矿石中的磷元素有两种存在状态,一是存在于脉石中,二是存在于铁氧化物的晶
4、格结构中。二、高磷铁矿脱磷二、高磷铁矿脱磷1. 1.选矿法脱磷选矿法脱磷选矿法脱磷的首要条件是把矿石粉碎细磨至铁矿物与磷矿物完全解离,再通过湿式磁选或干式磁选进行有效分离。纪军等人对宁乡式鮞状赤铁矿石进行了分散-选择性聚团脱泥-反浮选脱磷工艺的试验研究,取得了相当的效果。我国高磷铁矿石矿物的特点是矿石组成复杂,磷矿物嵌布粒度较细,因此采用选矿方法脱磷存在诸多不足:一是磷脱出率低;二是较低的粒度要求,增加了球磨机的处理周高磷铁水脱磷工艺研究2 / 8期,大幅度的增加了磨矿成本;三是铁元素损失大。因此,利用该传统的方法来处理此类高磷铁矿石具有明显的弊端。2. 2.化学脱磷法化学脱磷法化学法脱磷主要
5、是以硫酸、盐酸或硝酸等对矿石进行酸浸脱磷。该方法只要求矿石中的磷矿物暴露出来,能与浸出液接触就好,而不要求其完全解离成单体,是一种较为经济有效的处理方法。化学法脱磷的通病是耗酸量大,处理成本高,容易导致矿石中可溶性铁矿物溶解,造成铁的无谓损失。3. 3.微生物法脱磷微生物法脱磷磷酸盐类物质在一定的环境下,能被许多微生物高效利用和消耗。因此可利用该原理,对一定的含磷铁矿物进行类似处理,达到脱磷的目的。可以很好的去除铁矿石中的磷与化学法相比,生物法是一种无污染、成本低且高效的脱磷技术。三、高磷铁水脱磷三、高磷铁水脱磷1. 1.还原脱磷还原脱磷钢液中的P除在氧化条件下能形成溶解于碱性澄中的磷酸盐外,
6、也能在高度还原条件下,还原形成溶解于澄中的磷化物。常用的还原脱磷剂主要是 Ca,作为钙合金的常是 CaC2、CaSi。CaC2 反应产生的 C 能影响 CaO2 的分解速率。wC低时(1.0%), CaC2 的分解又较慢。分解出的碳对金属也有增碳的作用,对不锈钢的冶炼也有些不利。CaSi 反应分解出的Si达到最高值后,基本保持不变,它能提高 p,所以有利于还原脱磷。但分解出的 Ca 也可与C结合,消耗用于脱憐的 Ca.脱憐剂内均加入有 CaF2,起着重要的脱磷作用。它能溶解 Ca 及 CaC2,降低钙的蒸汽压,减少钙的损失;能降低使反应更易向右进行;促进 CaC2 的分解。目前还原脱磷在生产上
7、尚未得到推广,主要是技术上还存在着不少问题,而炉高磷铁水脱磷工艺研究3 / 8渣的处理也是一项复杂的技术。因为炉渣中的 Ca3P2 与空气中的水汽作用后,会放出有剧毒的 PH3 气体。2. 2.氧化脱磷氧化脱磷氧化法脱磷首先是利用氧化剂使铁水中的P氧化生成 P2O5,随后与加入的能降低 P2O5 活度系数的脱磷剂,结合造渣形成稳定的复合化合物,从而存在于融熔炉渣中。在电弧炉炼钢工艺中,磷元素被氧化的同时,金属溶体中的易氧化的有价元素也会受到氧化而损失,因此,在处理这类金属溶体时,存在着去磷及保护合金元素不被氧化的问题。在铁水脱磷的过程工艺中个,对脱磷效果的影响因素很多,一是脱磷渣剂的氧化性,二
8、是脱磷渣剂的碱度,三是铁水中各杂质的成分。四、脱磷渣剂中替代四、脱磷渣剂中替代 CaF2 必要性必要性对于中高磷铁水脱磷研究,当磷含量大于 0.15%时,其冶炼后的脱磷炉渣含有P2O5 的量远高于普通脱磷炉渣。根据脱磷渣中磷元素含量高的特点,为实现钢渣的合理利用,部分钢铁企业将其处理后作为磷肥使用,从而实现高磷炉渣的资源化利用。高磷铁水脱磷时为有更高的脱磷率,必须保证具有良好的动力学条件,热力学分析出铁水脱磷的最适宜温度为 135 度左右,所以选用的渣系必须能在 135度左右较好地熔化。对磷含量达到 0.30%0.50%或含磷量更高的铁水,为减少铁水温度下降带来的影响和节约预处理成本,对所选择
9、的脱磷渣系的溶化性能提出了更高的要求。铁水脱磷处理工艺中的钙基脱磷剂,一般采用 CaF2 和 CaCl2 作助溶剂。单独使用 CaCl2 时的脱磷效果比单独使用 CaF2 的效果要好。CaClz 与 CaFz 联合使用时,助溶效果极好。但是 CaF2 或 CaCl2 添加在热力学上对脱磷是不利的,因为CaF2 或 CaCl2 提高了渣中 P2O5 的活度,进而降低了渣系的脱磷能力。但 CaCl2 容易潮解,潮解后其不仅失去助溶能力,还释放出有毒的氯气,从而限制了 CaCl 在实际生产中的应用。而对于 CaF2 原料,虽然用途比较广泛,脱磷效果优良,但过度的开发利用致高磷铁水脱磷工艺研究4 /
10、8使 CaF2 资源越来越贫乏,价格变得昂贵。同时氟元素在高温下容易与 Si02 和H2O 反应生成 SiF4 或 HF 挥发性气体,危害人体健康。另外,用 CaFa 进行脱磷产生的炉渣会对炉衬产生一定的腐烛性,长期使用会破坏炉子的寿命,且炉渣中的氟化物对水资源和土壤资源均有污染。磷元素也极易与氟元素结合生成氟磷灰石Ca5(P04)3F,且炉渣中 CaF2 含量较大时,脱磷渣的枸溶率会降低,当 CaFz 的含量大于 1%时,脱磷渣的枸溶率即会降到 50%以下所以,近年来,很多冶金工作者开始致力于釆用低氟或者无氟脱磷澄进行脱磷的研究。用 Na20、AI2O3、Li2O、K2O、BaO、MnO、M
11、gO、B2O3 等各种氧化物作助溶剂替代 CaF2 的研究均有报道。五、五、Na2O 对脱磷的影响对脱磷的影响用 Na20 和 AI2O3 作无氟脱磷助熔剂时,均可使溶剂熔点降至 120 度以下,从而达到高磷铁水转炉脱磷温度的要求。从脱磷动力学和热力学两方面来分析,加入助溶剂渣 Na2O 都有利于铁水中磷的除去,提高了脱磷率。一是因为 Na2O 比CaO 碱性强,本身具有极强的脱磷能力(用模拟计算出,该类渣系能将原始磷含量1.3%的铁水磷含量降到 0.1%以下);二是 Na2O 能生成溶点低的物相,改善炉渣流动性。对于苏打系脱磷熔剂,Na2C03 在脱磷反应中起到氧化剂和造渣剂的双重作用,溶渣
12、不仅溶点低,且形成的脱磷渣流动性好,单独使用能有效的提高脱磷率。把 Na2C03 加入铁水中,还可同时脱硫,是铁水脱磷最适合的助溶剂。六、研究高磷铁水深度脱磷的意义六、研究高磷铁水深度脱磷的意义:1.经济地开发利用高磷铁矿石,使高磷铁矿石资源得到充分利用;2.冶炼各类超低磷钢铁,突破高端钢材的生产瓶颈;3.降低国内对进口铁矿石的依赖,缓减铁矿石进口的紧张局面;4.减轻对铁矿石预脱磷的负荷和成本;5.降低铁水预处理所带来的环境负荷,有利于生态环境良好运行,实现人与自然和谐共处,并可考虑炉渣作为基础磷肥综合使用；6.为后续处理更高磷含量铁水作指导,并对企业处理高磷铁水起到借鉴的意高磷铁水脱磷工艺研究5 / 8义。研究了不同助溶剂下脱磷效果的比较、加渣不同对脱磷的
