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耐候板知识

Q295GNH耐候钢脱磷处理主要的实验方法

来源:山东源达旺钢材有限公司 发布时间: 2015-4-15 8:59:25 【返回上一步】
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近年来,为减少炼钢过程中渣量和提高反应效率,实施了铁水预处理。其中脱磷处理是主要的工艺,至今已进行了许多研究。在以往的研究中,从环保的观点出发,进行了把转炉钢渣再利用于铁水预处理的试验,可提高渣-铁水界面的氧活度,有利于脱硅,还可用于脱磷。

  脱磷剂一般使用苏打系和石灰系熔剂。目前主要是使用在石灰系熔剂中添加CaF2或CaCl2等化渣促进剂的混合熔剂,这种脱磷剂廉价且好用,但是,由于将来对卤化物排放的限制,因此希望开发出不含卤化物的熔剂。基于此因,本研究分别采用以往研究中认为有助于脱磷的转炉渣和铁酸钙进行实验,对脱磷效果进行了比较研究,并采用偶合反应模型进行速度解析,研究反应机理。

  1 实验方法

  在铝制塔曼坩锅中装入大约120g金属试料,在氩气氛下进行加热熔化。首先,对初期金属分析试料进行取样。接着,把渣试料添加在金属熔液上,并以此时作为反应开始时间,然后对以规定时间间隔取样的金属试料进行分析,求出铁水中各元素随时间的变化。实验结束后,在对包括坩锅在内的渣试料进行急冷后,对渣试料进行取样。

  金属试料是把电解铁、石墨、硅铁、磷铁和硫化铁按一定量添加、预先熔化而成,其基本组成为Fe-4.5%C-0.3%Si-0.1%P-0.07%S。A渣是使用普通铁水时的转炉渣,B渣是使用脱磷铁水时的转炉渣,C、D渣是在脱磷铁水的B渣中分别添加20%和50%氧化铁(FeO)。实验用铁酸钙有3 种:一种是根据铁酸钙(CaO.Fe2O3,2CaO.Fe2O3,3CaO.Fe2O3)的组成,把碳酸钙(CaCO3)和三氧化二铁(Fe2O3)作为试剂添加,制成大约2g重的颗粒,在1175℃烧结而成的铁酸钙;另一种是只混合粉末,按颗粒状成型的铁酸钙;再一种是将生石灰(CaO)和三氧化二铁混合制成颗粒状的铁酸钙。

  2 实验结果和研究

  添加渣后,在脱碳的同时,Si发生氧化。由于渣中磷含量相当高,因此单独使用A渣时会发生回磷。另外,MnO也会同时进行还原反应。在渣中FeO和MnO含量减少、界面氧位势下降的反应后期,能看见若干的脱硫。

  为调查氧化能力的影响,根据在B渣中添加FeO后,FeO含量不同的渣所产生的脱硅、脱磷和脱碳行为可知,在FeO含量基本相同的A渣和B渣中几乎看不到脱硅的差异,但在脱磷方面,渣中P含量低的B渣能抑制回磷,而且在FeO添加量为20%和50%(C渣和D渣)的情况下,在促进脱硅反应的同时,能进行脱磷反应。这是因为界面的氧位势从反应初期就保持很高的缘故,由此可知只要供氧充足,用转炉渣也能进行脱磷。

  为弄明脱硅处理后残余Si的影响,根据初期Si含量变化时的情况可知,随着初期Si含量的下降,脱硅反应的停滞时间会提早,脱碳量也仅增加一点点,而脱磷速度却增大。当初期Si含量为零时,虽然可期待能进一步促进脱磷,但当初期Si含量为0.1%,脱磷情况几乎相同。

  根据以往的结果可知,由于供氧速度对脱磷影响很大,因此还对采用偶合反应模型进行速度解析所得的界面氧活度(Henry标准)随时间变化的情况进行了研究。结果可知,随着初期Si含量的减少,脱磷是在Si含量更高的情况下开始。另外,脱磷开始时界面氧活度的值都在0.0006左右。尤其是在添加FeO的实验(No.D-1)和使用铁酸钙的实验(No.CF-2和C2F-2)中,脱磷从反应开始时就进行,这是因为界面的氧活度从反应初期就保持在很高的缘故。因此可知,保持界面高的氧活度对脱磷是很重要的。

  关于采用铁酸钙作脱磷剂时的情况,研究了采用CaO.Fe2O3(下称CF)、2CaO.Fe2O3(下称C2F)、CaO与Fe2O3混合比为3∶1时的渣(下称C3F)和采用转炉B渣时的脱碳、脱磷行为。金属组成为Fe-4.5%C-0.1%P-0.07%S。结果可知,尽管脱磷剂的添加量少,但使用CF、C2F和C3F时的脱磷效果比使用转炉渣好。另外,根据CF、C2F和C3F的比较可知,CaO含量高的C2F和C3F的脱磷效果更好,并能抑制脱碳反应。脱碳反应受FeO的供给速度支配,且CaO越高,渣中P2O5越大,因此可以认为C2F和C3F能抑制脱碳反应和回磷。另外,C2F和C3F的脱磷速度比CF慢,这是因为C2F和C3F的熔点高,化渣性变差的缘故。

  另外,在反应后期实测值和后文的速度解析值有偏差。虽然原因还不能定论,但根据速度解析,推测这是因为渣是均匀的熔融体,不会发生飞溅等,利用3CaO.P2O5的生成和造渣后一部分渣在坩锅壁的粘附等可以抑制回磷的缘故。

  根据CaO和Fe2O3混合形态的影响可以看出,Fe2O3和生石灰(CaO)或碳酸钙(CaCO3)混合的渣比烧结CF更有利于脱碳和脱磷,但反应初期的脱碳和脱磷行为基本相同。可以认为这是由于渣会因碳酸钙的分解反应而吸热,反应界面的温度会下降的缘故。由于混合生石灰的渣和混合碳酸钙的No.CF-13渣的脱磷行为几乎没什么差别,因此认为起影响作用的是熔剂的形态。与CF时的况一样,即使是在C2F中只混合试剂的渣,也能看到其脱碳、脱磷效果比烧结的CF好。

  在促进脱磷反应的C2F中,几乎看不到初期Si含量对脱碳反应的影响。与使用转炉渣时的情况一样,当金属中的初期Si含量低时,有利于脱磷,但当初期Si含量降至0.2%时,脱磷行为几乎没有差别。

  根据使用初期组成Fe-4.5%C-0.3%Si-0.1%P-0.07%S的金属和CF、C2F及转炉渣C时,Si、C和P随时间变化的情况可知,脱碳反应没什么差别,随着FeO含量的升高,会促进脱硅。另外,CF和C2F的反应比转炉渣快,其脱磷行为基本相同。因此,在脱磷中考虑供氧量和碱度的平衡是很重要的。 

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