鐵水預(yù)處理時(shí)氧化脫磷和預(yù)脫硅間的熱力學(xué)分析

朱坤學(xué)，陳傳磊，尹世友，梁連科

（1山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250014；2濟(jì)南鋼鐵股份有限公司，山東濟(jì)南250101；3東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧沈陽110004）

鐵水預(yù)處理時(shí)氧化脫磷和預(yù)脫硅間的熱力學(xué)分析

朱坤學(xué)1，陳傳磊2，尹世友2，梁連科3

（1山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250014；2濟(jì)南鋼鐵股份有限公司，山東濟(jì)南250101；3東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧沈陽110004）

從熱力學(xué)角度分析了鐵水預(yù)處理時(shí)預(yù)脫硅和脫磷之間的關(guān)系，經(jīng)理論推導(dǎo)后得到了終點(diǎn)［P］含量和［Si］含量之間關(guān)系計(jì)算公式。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，一定溫度下氧化法脫磷時(shí)，終點(diǎn)硅含量越低，其終點(diǎn)磷含量也越低，并提出了鐵水預(yù)處理脫磷的措施：首先脫硅要脫到較低含量；渣要有較高CaO含量來固定脫磷產(chǎn)物P2O5；脫磷結(jié)束后，要盡量扒除冶煉渣，防止溫度升高時(shí)回磷。

鐵水預(yù)處理；脫硅；脫磷；熱力學(xué)計(jì)算

1 前言

隨著石油、微電子、國防、航空航天等工業(yè)的發(fā)展，潔凈鋼生產(chǎn)成為煉鋼技術(shù)發(fā)展的核心內(nèi)容，其中磷含量的控制更是關(guān)鍵因素之一。很多鋼種要求［P］＜0.01%或0.005%，超低磷鋼則要求［P］≤50×10-6［1］。普通低磷鋼生產(chǎn)工藝要靠鐵水預(yù)脫磷和轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷將鋼中的磷脫除至0.01%以下，超低磷鋼生產(chǎn)工藝除了鐵水預(yù)脫磷和轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷外，對鋼水還進(jìn)行爐外精煉脫磷處理，將磷脫除至0.003%以下［2］。因此生產(chǎn)低磷鋼時(shí)鐵水預(yù)脫磷處理是必不可少的工序。本研究對鐵水預(yù)處理時(shí)氧化脫磷和預(yù)脫硅間的關(guān)系，從熱力學(xué)的角度進(jìn)行計(jì)算分析，為提高鐵水預(yù)處理脫磷效果提供理論指導(dǎo)。

2 氧化脫磷和預(yù)脫硅間的熱力學(xué)分析

2.1 脫磷和脫硅基本原理

鐵水預(yù)處理時(shí)氧化脫磷和預(yù)脫硅間化學(xué)反應(yīng)及基本熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下［3］：

當(dāng)設(shè)

則

或

由（7）式可看出，當(dāng)知Q值后，便可討論在一定溫度下ap與asi的關(guān)系。而式（6）中2CaO·SiO2，4CaO·P2O5和CaO組元在渣中活度的數(shù)據(jù)至今尚缺，所以，采用計(jì)算方法求出Q值。

2.2 Q值的計(jì)算［4］

設(shè)鋼中加硅鐵脫氧時(shí)，氧化渣中會產(chǎn)生回磷，其反應(yīng)如式（5）所示。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，溫度為1 600℃（1 873 K）時(shí)，由ΔG05可計(jì)算出K5=122 300。平衡時(shí)鋼中［Si］為0.25%，［P］為0.04%，此時(shí)設(shè)asi=0.25，aP=0.04；將上述數(shù)據(jù)代入式（7）得Q＝401 530。

2.3 鐵水脫［P］與脫［Si］間熱力學(xué)分析

假設(shè)鋼水脫磷和鐵水脫磷時(shí)Q值不變（近似假設(shè)）。將（7）式兩邊取對數(shù)得：

移項(xiàng)得：

式得：

或

或改寫作

用（10）式便可計(jì)算出不同溫度下平衡的［P］和［Si］值的關(guān)系。

2.4 計(jì)算結(jié)果分析

通過理論推導(dǎo)及計(jì)算，得到了鐵水預(yù)處理時(shí)［P］和［Si］關(guān)系的理論計(jì)算公式。利用（10）式可以得到不同溫度下，目標(biāo)脫磷值與預(yù)脫硅后硅含量之間的近似關(guān)系，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

圖1 不同溫度下氧化脫磷時(shí)平衡［P］和［Si］的關(guān)系

鐵水預(yù)處理時(shí)，將不同溫度（1 250～1 450℃）和不同目標(biāo)的磷含量帶入（10）式，可以得到預(yù)脫硅后的理論硅含量，計(jì)算結(jié)果如圖1所示。℃）要保證終點(diǎn)［P］含量＜0.01%，預(yù)脫硅后的［Si］含量范圍應(yīng)控制在0.079%～0.053%。隨著預(yù)處理溫度的升高，預(yù)脫硅后的［Si］含量也越低。

3 脫磷措施探討

為保證鐵水預(yù)處理脫磷效果，利用該理論計(jì)算公式可以得到鐵水預(yù)處理時(shí)的最佳預(yù)脫硅［Si］的含量，提高控制精度，以達(dá)到優(yōu)化工藝的目的。預(yù)脫硅時(shí)要將硅脫到一個(gè)較低水平，即渣要保持較高的氧化能力，否則當(dāng)溫度升高時(shí)，硅含量高于平衡值即發(fā)生回磷反應(yīng)，影響脫磷效果。脫磷產(chǎn)物為4CaO·P2O5，因此渣同時(shí)要有較高的堿度來固定脫磷產(chǎn)物為P2O5。脫磷結(jié)束后，要盡量扒除冶煉渣，防止后續(xù)冶煉操作回磷。

4 結(jié)論

4.1 在一定溫度下，鐵水預(yù)處理氧化法脫磷過程中，欲得到較低的終點(diǎn)磷含量，則要求鐵水中硅含量足夠低；當(dāng)目標(biāo)［P］一定時(shí)，鐵水溫度越高，要求［Si］含量越低。

4.2 在1 350℃溫度下，當(dāng)鐵水預(yù)處理要求終點(diǎn)磷［P］＝0.02%時(shí)，其［Si］≤0.1%；當(dāng)要求終點(diǎn)磷［P］＝0.01%時(shí)，其［Si］≤0.06%。

4.3 為保證鐵水預(yù)處理脫磷效果，應(yīng)做到：首先脫硅要脫到較低含量；渣要有較高CaO含量，來固定脫磷產(chǎn)物P2O5；脫磷結(jié)束后，要盡量扒除冶煉渣，防止溫度升高時(shí)回磷。

［1］劉君，李光強(qiáng)，朱誠意，等.高磷鐵礦處理及高磷鐵水脫磷研究進(jìn)展［J］.材料與冶金學(xué)報(bào)，2007，6（3）：173-179.

［2］翟玉春，劉喜海，徐家振.現(xiàn)代冶金學(xué)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2000：371.

［3］梁英教，車蔭昌.無機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊［M］.沈陽：東北大學(xué)出版社，1993.

［4］汪大洲.鋼鐵生產(chǎn)中的脫磷［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1986.

通過理論計(jì)算得出，鐵水預(yù)處理時(shí)（1 250～1 450

Thermodynamic Analysis between Dephosphorization and Desilication in Molten Iron Pretreatment

ZHU Kun-xue1,CHEN Chuan-lei2,YIN Shi-you3,LIANG Lian-ke3
（1 Shandong Province Metallurgic Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250014,China;2 Jinan Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China; 3 School of Materials and Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110004,China）

Based on the thermodynamic analysis,the relation between dephosphorization and desilication was researched,and the calculation equation of［P］and［Si］was established by theoretical derivation.The calculation results showed that［P］decreases with the decreasing of［Si］under same temperature.Furthermore,the dephosphorized measures were given in molten iron pretreatment. That is,First,the slag must maintain the higher oxidation ability by escaping silicon to a lower content;In order to fix the dephosphorization product（P2O5）,the slag should have higher content of CaO;We try best to remove the metallurgical slag after the dephosphorization,avoiding the phosphorus returning by the temperature rising.

molten iron pretreatment;desilication;dephosphorization;thermodynamic calculation

TF704.4

A

1004-4620（2010）03-0051-02

2009-12-17

朱坤學(xué)，男，1979年生，2005年畢業(yè)于東北大學(xué)冶金工程專業(yè)。現(xiàn)為山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司煉鋼室助理工程師，從事煉鋼設(shè)計(jì)與研究工作。