钢渣还原脱磷技术研究现状及展望-炼铁技术炼钢技术.docVIP

钢渣还原脱磷技术研究现状及展望 田铁磊，张玉柱，李 杰 ( 河北联合大学冶金与能源学院 河北省现代冶金技术重点实验室，河北 唐山 063009) 摘 要: 分析了磷在钢渣中的赋存状态，介绍了目前关于钢渣中磷的脱除技术现状。通过采用热力学分析，在加入部分锰铁矿的基础上，提出了钢渣作为烧结原料于烧结过程脱磷的技术构想。该技术对钢渣在烧结过程中大规模应用具有重要参考价值。 关键字: 钢渣; 脱磷; 烧结原料; 锰铁矿 1 引言 近些年，随着钢产量的逐步增加，炼钢产生的钢渣也在持续不断增加。2009 年中国的粗钢产量达到 5． 65 亿 t，钢渣的产生量超过 7400 万 t［1］。大量钢渣如不进行综合利用，不仅占用大量的土地资源，而且给土壤、水体、大气带来严重的环境污染，甚至对人们的身体健康构成了威胁。旧渣无法消化，新渣不断增多，这个严峻问题是影响我国乃至世界钢铁产业可持续发展的一道难题，因此钢渣综合循环利用已成为钢铁工业废弃物利用的重中之重。转炉渣碱度较高，矿物相主要为硅酸三钙( 3CaO·SiO2) 、硅酸二钙( 2CaO·SiO2) 、铁( 铝) 酸钙及 RO 相( MgO、FeO、MnO 等形成的连续固溶体) 。因此，转炉渣可以作为部分烧结原料加以利用。然而，目前钢渣在烧结厂进行循环利用量甚少，主要原因为钢渣中含磷元素，这在高炉内容易产生富集循环，而且加重炼钢过程脱磷负担。按照宝山钢铁集团公司的统计数据，在烧结原料中钢渣配入量增加 10 kg/t，烧 结 矿 的 磷 含 量 将 增 加 约 0．0038% ，铁水中磷含量将相应增加 0． 0076%［2］。鉴于此，近几年部分学者致力于钢渣的脱磷研究，且在还原脱磷方面具有相当好的效果。 2 钢渣中磷的存在状态 钢渣中 P 元素主要由高炉中加入的天然块状铁矿石、烧结矿、球团矿、焦炭及煤粉等原料产生，而高炉内部为还原性气氛无法脱除磷元素，只能随铁水进入转炉，并在转炉炼钢过程中铁水中［P］元素被氧枪中的高速氧气气流氧化形成 P2O5，然后再经过扩散进入炉渣中。Shinya FUKAGAI 等人［3］研究磷化合物在熔渣中形成反应表明: 渣中 P2O5大部分都向 CaO·SiO2内部扩散并与之生成 2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶体。DeO 等人［4］研究了钢渣中磷在各个相的分布状况，实验结果表明: 磷主要以2CaO·SiO2-3CaO·P2O5固溶体形式存在于 2CaO-SiO2中，而存在于富铁相等其它矿物及玻璃相中的量很少，其中当磷在 2CaO-SiO2的固溶量为 5% 时，在铁酸相中的固溶量仅为 0． 32%。因此基于以上研究可以看出，钢渣中磷元素大部分存在于 2CaO-SiO2相中，并以 2CaO-3CaO·P2O5固溶体形式赋存在钢渣中。 3 钢渣还原脱磷技术现状分析 3． 1 微波法脱磷 艾立群等［5］在微波加热的前提下对钢渣脱磷的升温特性进行了研究，试验结果表明: 使用微波手段脱除钢渣中磷具有较好的效果，并且钢渣中磷主要以气体形式脱除，留在还原铁相中的磷极少。钢渣粒度与温度对气化脱磷率影响规律为在试验温度1300 ℃ 及保温 20 min 的条件下，粒度越细气化脱磷率越高，并在粒度为 0． 075 mm 时，气化脱磷率将近达 50%。而温度对气化脱磷影响较大，即随着温度升高，气化脱磷率越高，并且在 1 600 ℃ 时达到了62． 33% 。 3． 2 碳热法脱磷 项长祥等人［6］采用煤粉及煤矸石等作还原剂于 1 600 ℃的温度下处理上钢三厂的转炉渣，试验结果表明: 随还原时间的增加，转炉渣中 TFe 含量及P2O5被碳还原显著下降，渣中其它成分不参与反应，其含量随 FeO 及 P2O5的还原而呈上升趋势，并且研究了转炉渣中 TFe 与 P2O5之间的关系，得出当转炉渣中 TFe 量降至 10% 左右时，P2O5开始急剧被还原。 李光强、张峰等人［7］对转炉渣进行了高温碳热还原脱磷研究，分析了转炉渣于感应炉中 1 650 ℃和1 800 ℃的脱磷效果: 在 1 650 ℃温度下，由于钢渣不能完全熔化，导致钢渣的流动性差，无法使钢渣和还原剂充分接触发生反应，并且钢渣中的磷大部分进入了铁碳合金中，形成 Fe-C-P 合金，少部分以气态挥发。1 800 ℃转炉渣完全熔化，经碳热还原，渣中的磷 62． 7% 进入铁碳合金，32． 8% 进入气相，4． 5% 留在还原后的残渣中，可以除去 95． 5% 的磷，进入气相的磷明显提高。所以，提高温度有利于渣中磷进入气相。 3． 3 硅热法脱磷 王书桓［8-9］等从转炉渣脱磷热力学分析入手，在1 450 ～ 1 700 ℃ 温度范围内，用真空碳管电阻炉对转炉渣进行硅热还原，并设计正交试验研究温度、碱度、FeO 与气化脱磷率之间的关