供稿|朱祥亮 / ZHU Xiang-liang

內(nèi)容導讀

以65 t頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐為研究對象，經(jīng)理論計算，在1750～2000 K時，P的還原產(chǎn)物為P2，而進一步分解為單原子磷的可能性極少，因此在濺渣期間添加碳質(zhì)還原劑時，反應以方程式P2O5(1)+5C(s)=P2(g)+5CO(g)為主。同時在轉(zhuǎn)爐實際生產(chǎn)中實驗了底吹氣體流量為120、350、450和550 m3/h時的氣化脫磷率、堿度、碳質(zhì)還原劑等指標，實驗表明，底吹氣體量為350 m3/h時氣化脫磷率達到最佳值37.9%。

借助氧槍頂吹氮氣提供的良好動力學條件，在濺渣護爐前或者濺渣護爐前期，由高位料倉向爐內(nèi)加入定量脫磷劑(即還原劑)，在濺渣護爐過程中脫磷劑將爐渣當中的P元素還原為單質(zhì)氣態(tài)P，且高速循環(huán)的大量爐氣將P蒸氣不斷帶出爐口，降低了爐內(nèi)P蒸氣分壓(幾乎為零)，因此保證脫P反應的可持續(xù)進行[1]。采用該工藝后，爐渣P元素以氣態(tài)形式脫除，因此處理后爐渣可循環(huán)利用于下一爐，該過程稱為轉(zhuǎn)爐爐渣氣化脫磷工藝控制技術。基于此，本文對不同底吹氣體流量對氣化脫磷的影響進行了探討，以利于轉(zhuǎn)爐冶煉。

爐渣脫磷理論分析

欲使爐渣中以磷酸鹽形式存在的磷氣化脫除，可向渣中加入適量的還原劑，最常用的就是碳質(zhì)還原劑。

純P2O5還原生成氣態(tài)磷有如下幾種形式：

通過式(1)～式(4)可以看出，P2O5與C反應可以生成P、P2、P4、PO。分析表明，只要溫度要高于1433 K 以上，P2O5就能被還原，說明用C還原P2O5中的P是可行的。

在1800 K時各反應物和產(chǎn)物的ΔH和ΔG見表1，由此可求得該溫度下式(2)氣化反應的ΔH和ΔG。

表1 1800 K時不同物質(zhì)的ΔH和ΔG (單位：kJ·mol-1)

氣態(tài)磷及其低價氧化物的平衡分壓可以通過式(1)～(4)計算出來，利用式(1)中的自由能值可以算出磷的平衡分壓：

利用同樣的方法可以計算出P2，P4和PO的氣態(tài)平衡分壓：

由于P2O5的活度系數(shù)未知，可以使用經(jīng)驗公式計算 2 5P Oγ ，

式中，γ25PO為P2O5的活度系數(shù)；xi為各氧化物的物質(zhì)的量分數(shù)；a25PO為P2O5的活度。

通過對標準爐渣試樣的計算與分析，用碳質(zhì)還原劑進行爐渣在線脫磷的四種氣體產(chǎn)物(P、P2、P4、PO)中，氣體P2的平衡分壓最高。

圖1表明在FeO含量低的熔渣中P及其低價氧化物蒸氣的平衡分壓與溫度的關系。在高溫時P2的平衡分壓比其他物質(zhì)的平衡分壓高，因此通過計算可以推斷出在1750～2000 K溫度范圍內(nèi)的還原產(chǎn)物為P2。

圖1 轉(zhuǎn)爐渣中P的平衡分壓

在高出沸點不多的溫度下，磷蒸氣以P4的分子形式存在[2-3]。在煉鋼的高溫下，P4大部分分解為P2，而進一步分解為單原子P的可能性極小。研究者發(fā)現(xiàn)在1273 K以上的高溫及常壓下，氣體磷幾乎完全以P2分子存在，所以在濺渣添加碳質(zhì)還原劑條件下，反應以式(2)為主。

實驗過程

以65 t頂?shù)邹D(zhuǎn)爐為研究對象，通過改變底吹氣體(N2)流量，研究底吹氣體流量與氣化脫磷率之間的關系。實驗的底吹氣體流量分別為120、350、450和550 m3/h。濺渣護爐前焦粉由高位料倉加入，然后將槍頂吹氮氣進行氣化脫磷操作。

底吹氣體流量120 m3/h

底吹氣體流量120 m3/h，循環(huán)爐數(shù)為7爐，實驗結(jié)果如圖2～4所示。

實驗結(jié)果表明，爐渣的氣化脫磷率為33.6%。實驗過程中，拉碳使終點碳在0.1%以下，平均為0.064%；終點FeO質(zhì)量分數(shù)大于15%，平均為17.4%；終點平均溫度1675 ℃；終渣堿度平均為2.65；焦粉平均加入量為1.48 kg/t。

圖2 轉(zhuǎn)爐冶煉過程磷收支平衡圖

圖3 冶煉終點鋼水成分

圖4 冶煉終點爐渣成分及加碳量

底吹氣體流量350 m3/h

底吹氣體流量350 m3/h，循環(huán)爐數(shù)為7爐，實驗結(jié)果如圖5～7所示。

圖5 轉(zhuǎn)爐冶煉過程磷收支平衡圖

圖6 冶煉終點鋼水成分

圖7 冶煉終點爐渣成分及加碳量

實驗結(jié)果表明，爐渣的氣化脫磷率為37.9%。實驗過程中，拉碳使終點碳在0.1%以下，平均為0.068%；終點FeO質(zhì)量分數(shù)基本大于15%，平均為18.4%；終點平均溫度1674 ℃；終渣堿度平均為2.63；焦粉平均加入量為1.28 kg/t。

底吹氣體流量450 m3/h

底吹氣體流量450 m3/h，循環(huán)爐數(shù)為5爐，實驗結(jié)果如圖8～10所示。

圖8 轉(zhuǎn)爐冶煉過程磷收支平衡圖

圖9 冶煉終點鋼水成分

圖10 冶煉終點爐渣成分及加碳量

實驗結(jié)果表明，爐渣的氣化脫磷率為34.6%。實驗過程中，拉碳使終點碳在0.1%以下，平均為0.074%；終點FeO質(zhì)量分數(shù)維護在15%左右，平均為14.6%；終點平均溫度1672 ℃；終渣堿度平均為2.4；焦粉平均加入量為1.26 kg/t。

底吹氣體流量550 m3/h

底吹氣體流量550 m3/h，循環(huán)6爐，實驗結(jié)果如圖11～13所示。

圖11 轉(zhuǎn)爐冶煉過程磷收支平衡圖

圖12 冶煉終點鋼水成分

實驗結(jié)果表明，爐渣的氣化脫磷率為33.1%。實驗過程中，拉碳使終點碳在0.1%以下，平均為0.073%；終點FeO質(zhì)量分數(shù)基本大于15%，平均為14.8%；終點平均溫度1670 ℃；終渣堿度平均為2.3；焦粉平均加入量為1.46 kg/t。

結(jié)束語

(1) 在煉鋼煉鐵的高溫下，氣體磷幾乎完全以P2分子存在，在濺渣添加碳質(zhì)還原劑條件下，反應以P2O5(1)+5C(s)=P(g)2+5CO(g)為主。

圖13 冶煉終點鋼水、爐渣成分及加碳量

(2) 分別對底吹氣體流量為120、350、450和 550 m3/h的氣化脫磷率、堿度、碳質(zhì)還原劑等進行實驗，結(jié)果表明，底吹氣體流量為350 m3/h時氣化脫磷率達到最佳值37.9%。

《落花》陳皆通