转炉气化脱磷炉渣留渣吹炼成渣路线理论分析

转炉渣作为炼钢工艺的副产品,具有极大的综合利用潜力,但磷元素富集限制了在炉内循环利用。基于溅渣护炉过程中进行熔渣气化脱磷操作,在实验室开展焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验。研究结果表明:留渣碱度在2.81~3.71时,气化脱磷渣的磷分配比随炉渣碱度的升高而增大;留渣的FeO质量分数在16%~28%时,随着FeO含量的增加,气化脱磷渣的磷分配比增大。气化脱磷渣具备一定的脱磷能力,在脱磷阶段的理论成渣路线应遵循高FeO含量,碱度先由高到低,然后缓慢增加,成渣过程中理论渣系控制在R=1.55~3.17,w(FeO)=28%~46%。采用该成渣路线进行生产实践,终点钢水磷质量分数降低了0.006百分点,钢铁料消耗降低了4 kg/t,渣料消耗降低了4.6 kg/t,既保证了高效脱磷,又降低了冶炼成本。

转炉熔渣气化脱磷与循环利用工业试验

为深入研究转炉渣气化脱磷后循环利用的工艺效果,在承钢公司100 t转炉上采用焦粉进行气化脱磷试验并分析了焦粉还原P的可行性.试验结果表明:在溅渣护炉阶段添加焦粉进行气化脱磷,熔渣中先被还原的是P2O5,试验炉次平均气化脱磷率为36.78%;应用气化脱磷渣循环利用工艺后,试验炉次冶炼终点钢液成分合格,钢液中P质量分数呈现降低趋势;试验中吨钢的钢铁料消耗量平均降低0.04 kg,吨钢的石灰消耗量平均降低5.54 kg,吨钢的CO_(2)排放量降低约1 kg.

转炉气化脱磷渣用于铁水脱磷及节能减排评估研究

目前在溅渣护炉过程中进行气化脱磷是一种有效的炉渣除磷技术。为保证转炉熔渣气化脱磷后循环利用的冶炼效果,在实验室进行了气化脱磷渣作为返料用于造渣脱磷的试验研究。研究结果表明,气化脱磷渣用于铁水脱磷时前期脱磷能力强,终点脱磷率低,其终点铁水脱磷率和脱磷速率分别为53.3%和0.16%/min;对比配制脱磷剂炉次可知,配制脱磷剂前期脱磷效果差,终点脱磷率高,其终点铁水脱磷率和脱磷速率分别为91.6%和0.32%/min。根据两者脱磷剂的脱磷优势采用混合配比铁水脱磷,当气化脱磷渣大比例用于铁水脱磷时出现回磷现象;当混合比例为1∶4时脱磷效果最好,终点脱磷率为64.4%。采用生命周期评价法对混合渣料比例为1∶4铁水脱磷进行CO_(2)减排评估,从系统边界的起点到终点预估吨钢可减排CO_(2)6.034~10.34 kg,吨钢可节省石灰成本1.8~3.0元。

高磷赤铁矿采用CaCl_2气化脱磷的试验研究

对高磷赤铁矿在烧结过程中添加CaCl2气化脱磷进行热力学分析,并通过微型烧结试验对影响气化脱磷率的因素进行研究。结果表明,在烧结过程中添加CaCl2可以使高磷赤铁矿中的P元素以PCl3气体形式随烧结废气排出;气化脱磷率受配碳量、加热温度、CaCl2加入量、矿石碱度等因素影响;当配碳量为4%、加热温度为900℃、CaCl2加入量为1.36%、通过添加白灰使矿石碱度增加到1.2时,脱磷率可以达到18.3%。

脱磷剂对高磷钢渣气化脱磷率影响的研究

通过热力学分析,结合HSC热力学软件计算结果,发现C6H12O6、CaCl2和SiO2在一定程度上能够促进高磷钢渣中磷酸钙分解,实现气化脱磷。借助微型烧结实验手段,试探性研究了不同脱磷剂对气化脱磷率的影响。结果表明,用C6H12O6、CaCl2、SiO2配比分别为0.18%、0.29%和0.69%的混合物作脱磷剂,烧结过程中气化脱磷率能达到40.5%。结合生产成本考虑,是比较适宜的。

高磷鲕状赤铁矿气化脱磷动力学研究

为探索烧结过程中高磷鲕状赤铁矿的脱磷机理,采用综合热分析仪,在升温速率分别为10、15、20℃/min的条件下,通过与Fe2O3的对比试验,对高磷铁矿进行了气化脱磷动力学研究。结果表明:气化脱磷反应在第2失重阶段发生,且温度为850℃时,Ca5(PO4)3F和脱磷剂反应开始,1 050℃左右,脱磷反应最剧烈。采用Ozawa法计算了高磷铁矿反应的第1、2阶段和Fe2O3反应的第2阶段活化能,分别为104.71,250.55和168.80 k J/mol,脱磷反应过程中克服能垒需要更高能量;气化脱磷反应机理函数符合二维扩散Valensi方程。

SiC还原磷灰石气化脱磷的热力学机理研究

以SiC为还原剂,Na_(2)CO_(3)、Al_(2)O_(3)和SiO_(2)为辅助脱磷剂研究磷酸钙的还原气化脱磷机理。利用Fact Sage7.1热力学软件计算以及试验分析了不同温度以及辅助脱磷剂添加量对气化脱磷的影响。结果表明:脱磷反应在无液相参与时还原程度较低,在1300℃下气化脱磷率为17.83%。辅助脱磷剂Na_(2)CO_(3)添加量分别为6%、8%和10%时生成液相,气化脱磷率显著提高。X射线衍射分析结果显示,产物中硅酸钙盐较多,与模拟中脱磷反应的固相产物一致。最佳的辅助脱磷剂Na_(2)CO_(3)添加量为8%、Al_(2)O_(3)添加量为7.7%、SiO_(2)添加量为14.06%,在1300℃下对应的气化脱磷率为86.50%。当辅助脱磷剂Na_(2)CO_(3)添加量达到10%时,气化脱磷率降低到35.79%,检测到固相产物中有Na_(2)Ca_(3)Al_(2)(PO_(4))_(2)(SiO_(4))_(2)存在,这是霞石与磷酸钙在1300℃下的反应产物,导致磷元素被固定在其中无法气化脱除,从而降低了气化脱磷率。

不同底吹气体流量对转炉炉渣气化脱磷的影响

以65t顶底复吹转炉为研究对象,经理论计算,在1750~2000K时,P的还原产物为P2,而进一步分解为单原子磷的可能性极少,因此在溅渣期间添加碳质还原剂时,反应以方程式P2O5(1)+5C(s)=P2(g)+5CO(g)为主。同时在转炉实际生产中实验了底吹气体流量为120、350、450和550m3/h时的气化脱磷率、碱度、碳质还原剂等指标,实验表明,底吹气体量为350m3/h时气化脱磷率达到最佳值37.9%。

微波焙烧对高磷铁矿气化脱磷的影响

为实现高磷铁矿粉在焙烧过程中气化脱磷,促进高磷铁矿的开发利用。试验基于微波加热的方式和加入复合脱磷剂条件下,研究了微波焙烧工艺参数(温度、煤粉粒度、升温速率、保温时间)对气化脱磷率的影响。结果表明,随着温度的提高、升温速率加快及煤粉粒度的加粗,气化脱磷率明显提高,而保温时间对脱磷率的影响呈现先增加后降低的趋势,通过优化焙烧工艺参数后,高磷铁矿粉的气化脱磷率达到最大值为25.71%。

脱磷剂对铁精矿预还原烧结过程中气化脱磷的影响

白云鄂博铁精矿磷含量较高为0. 08%,磷主要以氟磷灰石的形式存在。为了探索白云鄂博铁精矿预还原烧结过程中磷的气化脱除机理,利用Factsage6. 2热力学软件模拟研究了不同脱磷剂对铁精矿预还原烧结过程中气化脱磷的影响,并以热力学计算为基础,采用真空管式电阻炉进行了还原烧结脱磷试验,对烧结产物的磷含量进行了检测。结果表明,碳直接还原烧结脱磷所需温度较高,气化脱磷率较低;配加Si O_2和Na_2CO_3作为辅助脱磷剂,能有效降低碳的还原脱磷温度,使磷的气化脱除率显著升高,在配碳20%、SiO_23%、Na_2CO_31%的条件下,磷的气化脱除率可以达到29%。

燃料对高磷鲕状赤铁矿气化脱磷的影响

以酒泉烟煤、阳泉无烟煤、焦煤混合物和木炭作为燃料,在900℃下模拟烧结预热层进行焙烧,研究燃料种类和用量对气化脱磷的影响。结果表明:由于不同煤和木炭的挥发分不同,对于气化脱磷的影响不同,在配碳量为4%时,挥发分最高的烟煤脱磷效果最好。

转炉熔渣气化脱磷时磷迁移规律研究

气化脱磷能够有效地去除熔渣中部分P_(2)O_(5),扩大其磷容量。在实验室进行了焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验,热力学计算研究结果表明,在1540℃下焦炭会优先还原P_(2)O_(5),还原产物为可能的P_(2),而P_(2)O_(5)的实际还原率与理论计算值基本一致。通过SEM-EDS对还原前后炉渣形貌进行分析,转炉终渣主要由C_(2)S相、RO相、钙铁橄榄石和钙镁橄榄石构成,并且P存在于高Ca和高Si含量的硅酸盐相微区,可推断C_(2)S相是P的富集相;经气化脱磷后,转炉熔渣中的FeO被焦炭还原成亮白色大直径颗粒状单质Fe相,此相会吸附逸出的P_(2),随着Fe含量的增加,赋存P元素也会增多。因此可推断在气化脱磷时,一部分P以P_(2)的形式通过炉气排出炉外,另有部分P_(2)会被Fe相吸附,并赋存在单质Fe相中形成磷化铁化合物。

高磷赤铁矿气化脱磷反应活化能研究

研究了高磷赤铁矿气化脱磷过程中活化能的变化。采用综合热分析仪，在样品重量为80mg、温度范围100～1350℃、升温速率分别为10、15、20℃／min的条件下，对高磷赤铁矿和Fe2O3在不同阶段的反应活化能进行对比试验。结果表明：气化脱磷反应在第二失重阶段发生；采用Ozawa法计算得出高磷铁矿反应的第一、二失重阶段和Fe2O3反应的第二失重阶段平均活化能分别为104．71kJ／mol、250．55kJ／mol和168．80kJ／mol，气化脱磷反应为吸热反应，脱磷反应过程中克服能垒需要更高能量。

转炉渣气化脱磷技术研究

转炉渣是转炉炼钢过程中产生的固体废弃物。介绍了转炉渣的组成、应用及一些常规的处理方法,重点介绍了气化脱磷技术的研究现状、工艺特点及华北理工大学在转炉渣气化脱磷技术方面所取得的实验成果。

高磷铁矿球团气化脱磷影响因素研究

通过XRD衍射仪分析了高磷铁矿中磷的赋存状态,并结合FactSage 7.2热力学分析结果,采用配料造球、球团焙烧等手段,探究了不同配碳量、温度和焦粉粒度对高磷铁矿球团气化脱磷的影响规律。结果表明:高磷铁矿中磷的存在形式为Ca5(PO4)3F,加入0.8%SiO2和1.6%CaCl2作为混合脱磷剂,在焙烧温度1 250℃、配碳量8%、焦粉粒度0.074~0.15 mm时,气化脱磷率达24.1%。

石灰在气化脱磷渣中熔解时渣中离子迁移行为研究

针对转炉气化脱磷渣渣系,研究了静态石灰在熔渣中熔解动力学。研究结果表明,在1200~1500℃内,随着温度的升高,石灰熔解速度增大。石灰熔解的表观活化能为E_(a)=203.1 kJ/mol,拟合反应速率常数与温度关系的直线方程为ln v_(r)=-24.43/T-14.62,其石灰熔解的限制性环节为扩散控制。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对熔渣层-交界层-石灰层进行离子迁移分析,研究结果表明,由石灰表层向内部深入,熔渣组元Fe_(2)+的迁移速率比SiO_(4)^(4-)的迁移速率快,在石灰表层主要生成CaO-SiO_(2)复合相,内部会存在更多的Fe元素,形成主要的CaO-FeO复合相。

转炉熔渣气化脱磷行为及矿相研究

针对转炉渣循环使用过程中的P元素富集问题,提出在溅渣护炉阶段利用还原剂气化脱除熔渣中的部分P元素。目前工业试验中熔渣气化脱磷率达到接近40%水平,为进一步提高熔渣脱磷率,对熔渣脱磷过程中不同相内P元素的变化规律进行了研究,进而为脱磷工艺操作提供理论指导和优化方向。利用SEM-EDS及XRD检测设备对转炉渣还原前后的矿相进行了分析,研究表明:转炉渣P元素主要富集在大直径颗粒状、板条状的2CaO·SiO_(2)、3CaO·SiO_(2)相中,电镜观测中这些微区内平均w(P)=2.4%,气化脱磷反应主要在这些富磷相中进行,反应后富磷相破裂变小,微区内平均w(P)=0.7%;转炉渣铁酸钙(CaO·Fe_(2)O_(3))相和RO相中的w(P)偏低,平均分布分别为1.1%和1.5%,此部分微区脱磷后两相混合,平均w(P)降低至0.27%;为进一步促进富磷相中的脱磷反应,应从动力学条件入手。

半钢冶炼炉渣气化脱磷实验研究

在介绍某炼钢系统工艺流程及基于溅渣过程气化脱磷原理和特点的基础上,探讨了温度、Fe O含量、碱度、氮气流量四大因素对半钢冶炼炉渣气化脱磷的影响问题。结果显示,在实际生产过程中,需谨慎选择出钢温度,可以适当提高炉渣中Fe O的含量,适当增加氮气流,使终渣的碱度适当的降低。将气化脱磷渣进行循环使用后,可减少资源、能源消耗,降低对环境影响,节约生产成本,且对后续炉次的冶炼无影响,因此值得在钢铁工业中推广实践。

底吹气量对钢渣气化脱磷率影响研究

为研究转炉渣气化脱磷后循环利用的冶炼效果，在唐钢55t转炉上采用焦粉进行气化脱磷试验。试探性的研究了不同底吹气量对脱磷率的影响，研究结果表明：底吹气体量为350Nm^3／h时气化脱磷率最大。

转炉溅渣护炉中固体C气化脱磷可行性研究

通过选取多组转炉实际终渣试样，分别对其进行热力学计算，得出了不同气化脱磷产物在不同温度下的平衡分压。进而确定了气化脱磷的主要反应形式，论证了采用固体C进行气化脱磷的可行性。