轉(zhuǎn)爐塵泥碳酸化球團(tuán)的脫磷研究

張志霞

（六盤(pán)水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院）

0 前言

鋼鐵企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)生大量的含鐵粉塵，尤其是轉(zhuǎn)爐粉塵，含鐵量高達(dá)50%以上，利用價(jià)值較大[1]。將轉(zhuǎn)爐塵泥采用碳酸化工藝制成壓塊或球團(tuán)，因配入的石灰發(fā)生碳酸化反應(yīng)，吸收固定了CO2，又因其含鐵高，可于轉(zhuǎn)爐煉鋼中，起到化渣劑、冷卻劑的效果[2-3]。因此，含鐵塵泥碳酸化制備球團(tuán)或壓塊，有助于減輕目前鋼鐵行業(yè)面臨的巨大環(huán)保壓力。

1 碳酸化球團(tuán)的脫磷分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼采用碳酸化球團(tuán)作化渣劑時(shí)，在冶煉初期，碳酸化球團(tuán)內(nèi)的碳酸鈣發(fā)生分解反應(yīng)，分解出的氣體（CO2）增強(qiáng)熔池?cái)嚢瑁欣跔t渣泡沫化，從而加快爐渣脫磷。與僅采用石灰作造渣劑相比：碳酸化球團(tuán)使用的粉塵鐵含量高，必將提高初期渣中（FeO）的含量，從而提高初期渣的氧化性，顯著降低爐渣粘度[4-5]。爐渣的流動(dòng)性得到改善，加快了爐渣內(nèi)的傳質(zhì)，從而提高了爐渣在石灰中的滲透能力。而且石灰溶解中產(chǎn)生的致密C2S 產(chǎn)物層遭到（FeO）破壞，進(jìn)一步加快了CaO 的溶解速度[6]。從上述分析可知，碳酸化球團(tuán)用于轉(zhuǎn)爐爐渣脫磷，不僅在熱力學(xué)上可行，在動(dòng)力學(xué)上也有利。

2 脫磷實(shí)驗(yàn)方案

（1）首先制取基準(zhǔn)鋼樣：僅以石灰做造渣劑，將生鐵、石灰和鐵精粉放入氧化鎂坩堝，將坩堝置于電阻爐中加熱至一定溫度，待生鐵熔化后，每間隔1 min 用石英棒攪拌一次，一定時(shí)間后取樣，獲得基準(zhǔn)鋼樣。

（2）制取對(duì)比鋼樣：再依次加入不同碳酸化反應(yīng)條件下得到的碳酸化球團(tuán)（球團(tuán)加入量為石灰加入量的8%），按上述操作得到對(duì)比鋼樣。

（3）對(duì)鋼樣進(jìn)行分析：在室溫下，用臺(tái)鉆鉆取鋼樣，所得鐵屑采用滴定法測(cè)得鋼中的磷含量。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

3.1 CaO 配比對(duì)脫磷的影響

碳酸化球團(tuán)中的CaCO3在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐后的分解過(guò)程中，會(huì)吸收一定的熱量，從而降低爐內(nèi)的溫度，因此碳酸化球團(tuán)在冶煉初期從一定程度上可以起到冷卻劑的效果，從而在熱力學(xué)上為冶煉初期的脫磷創(chuàng)造條件（初期爐渣溫度略低）。在其他碳酸化反應(yīng)參數(shù)一定的情況下，不同CaO 配比的碳酸化球團(tuán)與鋼中磷含量的關(guān)系如圖1 所示（反應(yīng)溫度為600 ℃、CO2比例為75%）。

圖1 CaO 配比與鋼中磷含量的關(guān)系

從圖1 可以看出，隨著CaO 比例的提高，鋼中的磷含量明顯降低。這是因?yàn)镃aO 配比越高，則其初期渣堿度越高；球團(tuán)內(nèi)的CaCO3分解吸收熱量越多，轉(zhuǎn)爐熔池冶煉初期溫度偏低。所述符合爐渣脫磷的熱力學(xué)，故：脫磷率會(huì)隨著CaO 配比的增加而升高。

3.2 碳酸化溫度對(duì)脫磷的影響

CaO 配比為15%、CO2分壓為 75%時(shí)，不同碳酸化反應(yīng)溫度制得的碳酸化球團(tuán)與鋼中磷含量的關(guān)系如圖2 所示。

圖2 碳酸化溫度與鋼中磷含量的關(guān)系

從圖2 可以看出，在 600 ℃制得的碳酸化球團(tuán)，脫磷效果較好，但與400 ℃的差異不是很大。

轉(zhuǎn)爐煉鋼中，前期最有利于脫磷，故成渣速度直接影響著脫磷率。碳酸化溫度越高，CaO 吸收CO2成為CaCO3的轉(zhuǎn)化率越高，自然碳酸化球團(tuán)的孔隙度越低。CaCO3含量高，分解吸收的熱量多；孔隙度低，不利于爐渣向球團(tuán)的擴(kuò)散傳質(zhì)，降低了成渣速度。故碳酸化溫度影響轉(zhuǎn)爐的爐渣脫磷效果，但溫度越高效果越不顯著。

3.3 不同CO2 分壓對(duì)脫磷的影響

25%CaO 配比、碳酸化溫度為600 ℃時(shí)，采用不同CO2比例的碳酸化球團(tuán)與鋼中磷含量的關(guān)系如圖3 所示。

圖3 CO2 分壓與鋼中磷含量的關(guān)系

從圖3 可以看出，75%的CO2分壓時(shí)，脫磷效果最佳。當(dāng)其他條件相同時(shí)，CO2分壓越高，球團(tuán)的CaCO3轉(zhuǎn)化率就越高，其分解吸收的熱量就越多，熔池溫度相對(duì)就低，故利于轉(zhuǎn)爐煉鋼的爐渣脫磷。

4 結(jié)論

在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，適當(dāng)配入由本車(chē)間所產(chǎn)轉(zhuǎn)爐塵泥經(jīng)碳酸化反應(yīng)的球團(tuán)，一是能夠快速提供爐渣脫磷所需的高氧化性（FeO）；二是球團(tuán)的CaCO3分解吸熱，適當(dāng)降低了初期渣的溫度，而分解產(chǎn)生的CO2攪拌熔池加速了石灰的溶解，有助于快速提高爐渣（尤其是初期渣）的堿度；三是因高氧化性使得爐渣流動(dòng)性變好。因此，加入高含鐵的碳酸化球團(tuán)，爐渣脫磷反應(yīng)，不僅從熱力學(xué)（高氧化性、高堿度、低溫）上得到改善，且從動(dòng)力學(xué)（流動(dòng)性好）上也得到改善。對(duì)比只加入石灰作為造渣劑的鋼樣，采用碳酸化球團(tuán)作為造渣劑后，脫磷效果明顯增強(qiáng)。

CaO 配比升高（實(shí)驗(yàn)最高25%）、碳酸化反應(yīng)溫度升高（實(shí)驗(yàn)最高600℃）、CO2比例升高（實(shí)驗(yàn)最高為75%），都因有助于提高球團(tuán)的CaCO3轉(zhuǎn)化率，故有助于轉(zhuǎn)爐爐渣脫磷。