污泥球团在转炉炼钢中应用的工艺理论问题 -[NTKO Office文档控件]

李明军 雷洲

[摘 要]为了研究炼钢过程中出现的低碳低磷钢冶炼困难以及转炉终点补吹回磷的现象，以转炉炼钢渣相为研究对象，利用扫描电镜测量分析了渣相的微观组成与C2S（2CaO·SiO2）富磷相在渣中的比例。研究结果表明，转炉脱磷由"氧化脱磷"+"固磷"两个环节组成；渣中SiO2通过影响C2S量的多少对脱磷产生影响，渣中FeO质量分数高，会分解C2S相进而导致钢水回磷；温度高导致固磷相分解，研究结果表明，通过控制转炉终渣固磷相熔点高于钢水温度，可实现低温出钢。

[关键词]转炉炼钢渣；磷元素；富集；影响因素

中图分类号：G638 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0336-01

一、转炉炼钢渣中的磷的回收利用

转炉炼钢渣是炼钢过程中的副产品之一。其产率约为粗钢量的10%～20%左右。根据统计，目前我国每年约产钢渣5500万吨。大部分钢渣选铁后堆置而没有被利用，不仅占用了大量的堆弃用地或者农田，而且还严重影响了生态环境。随着我国钢产量的迅速增长，钢渣处理极其再利用越来越受到重视。截止到目前为止，人们已经相继开发了多种转炉钢渣资源化再利用的途径。然而，由于钢渣在其再利用过程中不可避免的会造成磷的循环累积，增加冶炼环节的负担。因此，如果能够将钢渣中的磷元素进行有效的分离，那么就可以促使磷元素在钢铁冶金企业内部的循环外进行利用。

二、磷元素对钢铁的危害

①磷元素是钢铁中的有害元素之一，只有在极其特殊的钢铁中才能作为有用的元素加入。一般情况下，磷会使钢铁的韧性降低，可以略微增加钢的强度。磷的突出危害是产生“冷脆”，在低温的情况下，w[P]越高，冲击性能（冲击功AK，单位为J）降低就越大。钢中的w[P]允许范围：非合金钢中普通质量级钢w[P]≤；0.045%，优质级钢w[P]≤；o.035%，特殊质量级钢w[P]≤；0.025%，普通低磷钢w[P]≤；o.010%，超低磷钢w[P]≤；0.005%，极低磷钢w[P]≤；0.002%。但有些钢种如炮弹钢、耐腐蚀钢等，则需要加入磷元素。

②磷元素会使钢具有冷脆性，增加钢对脆性断裂的倾向。除此之外，磷对钢的焊接性能也有不利的影响，其夹杂物在钢中的偏析度较大，而且偏析度很难消除。对于高级别的钢铁需要将磷含量控制在很低的水平。由于炼铁过程为还原性气氛，几乎没有脱磷的能力，因此脱磷是炼钢过程中的重要任务之一。随着石油、天然气、汽车、电子等工的发展，用户对钢材质量的要求也越来越严格。

③磷在钢中作为一种有害的元素，必须在冶炼过程中将其去除。脱磷是转炉冶炼最重要的任务之一。低磷钢的冶炼对转炉冶炼工艺提出了更为严格的要求。在理论分析的基础之上，通过对实际生产中数据的汇总，分析了温度、炉渣碱度、碳含量、炉渣氧化性、留渣操作及双渣操作等因素对转炉脱磷效果的影响，为提高天钢转炉的脱磷效果提供了参考。结果表明，保持相对较低的熔池温度、造高碱度的炉渣、保持一定的炉渣氧化性以及留渣和双渣操作等，都会有利于脱磷反应的进行。

④磷是降低钢铁的表面张力的元素，随着磷元素含量的增加，钢液的表面张力降低显著，从而降低了钢的抗裂性能。

⑤磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的元素，而且在铁固熔体中扩散的速率很小，因而磷的偏析是很难消除的，从而严重影响了钢铁的性能，所以脱磷是炼钢过程的重要任务之一。磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在的，但通常是以[P]单质来表达的。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的。

三、磷元素富集的富集意义

近年来，随着天然铁矿石资源的逐渐减少、高品味铁矿石原料日趋短缺，高磷铁矿的处理及高磷铁水的演练必成为不可回避的客观事实。钢渣中的磷元素也会随之增加，这些都为回收钢渣中的磷创造了客观条件。另一方面，磷矿作为一种战略资源，其开发与利用越来越受到重视。我国磷矿资源丰富，但分布过于集中，而且中低品味磷矿多、富矿少，加之难选矿多、易选矿少，适用于大规模高强度开发的少。因此，对钢渣进行改质，从而实现高品味磷资源的回收，不仅有利于钢渣的企业内部循环，而且对推动钢渣分离后群获得的磷资源的高效利用也具有重要意义。

国内外许多研究学者对C2S（2CaO·SiO2）的脱磷以及影响进行了研究，通过对钢渣进行微观分析发现，转炉炼钢渣中的磷元素在渣中并非是均匀存在的，渣中的磷以磷酸钙的形式存在，磷酸钙在渣中非均匀存在，通过对钢渣进行ESM观察发现，磷酸钙以溶解于C2S中为主、CS（CaO·SiO2）中也溶解有相对较高的磷酸钙，CS与铁元素的氧化物主要在冶炼初期存在，冶炼末期时主要以C3P（3CaO·P2O5）-C2S固溶体的形式存在。

北京科技大学的学者为了研究炼钢过程中出现的低碳低磷钢冶炼困难以及转炉终点补吹回磷的现象，以轉炉炼钢渣相为研究对象，利用扫描电镜测量分析了渣相的微观组成与C2S（2CaO·SiO2）富磷相在渣中的比例。研究结果表明，转炉脱磷由“氧化脱磷”+“固磷”两个环节组成；渣中SiO2通过影响C2S量的多少对脱磷产生影响，渣中FeO质量分数高，会分解C2S相进而导致钢水回磷；温度高导致固磷相分解，研究结果表明，通过控制转炉终渣固磷相熔点高于钢水温度，可实现低温出钢。

四、磷元素的富集

为了从钢渣中回收高品味磷资源，需要对钢渣进行改质处理以实现磷元素的充分富集。其中，利用出渣过程中的钢渣自身所携带的物理显热进行熔融改质，可节约能源消耗，降低改质成本。近年来，随着人们对钢渣显热的日益关注，一些钢渣显热回收技术及钢渣熔融改质相关技术被相继开发，有效的促进了钢渣显热的利用和钢渣的循环利用。

转炉炼钢渣中的成分有很多，如：GaO，SiO2，FeO等等。而磷元素的本身对于钢铁来说是有害元素，必须在冶炼的过程中将其去除。而对于钢渣中富含的磷元素却是可以进行回收利用的。只要把磷元素从转炉炼钢渣中有效的分离出来，才能进行更好的回收。而想要分离磷元素的前提条件就是：对磷元素的富集。

事实上就是通过一种熔融改质的处理方法先将磷元素富集，然后把富集的磷元素从钢渣中分离出来，再然后对分离出来的磷元素进行回收利用，同时也促进了钢渣的回收利用。

参考文献

[1] 李光强，张峰等，高温碳热还原进行转炉渣资源化的研究[J]，材料与冶金学报，2003.29.

[2] 李光强，钢铁冶金的环保与节能[M]，北京，冶金工业出版社，2006.

[3] 柳正，我国磷矿资源的开发利用现状及发展战略[J]，中国非金属矿工业导刊，2006，52.