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钢水炉外深脱磷实验研究

史慧恩  
【摘要】: 磷作为绝大多数钢种中有害元素一直是钢铁冶炼中努力去除的成分,磷容易在晶界偏析引起钢的冷脆,能够显著降低钢材的低温冲击韧性。 本文根据氧化脱磷的特点和宝钢超低磷钢生产的实际需要,以确定低磷钢水炉外深脱磷所需合理脱磷剂和脱磷效果为目标,以管线钢为实验钢种研究了三大渣系脱磷剂及工艺因素对脱磷效果的影响。实验研究了CaO渣、BaO渣、Na_2O渣脱磷时,钢液氧含量、渣料加入量、碱度等变化对含磷100×10~(-4)%钢液的脱磷效果。综合三渣系CaO-CaF_2-Fe_tO、BaO-CaF_2-Fe_tO、Na_2SiO_3的特点得出以下结果: (1)CaO-CaF_2-Fe_tO渣价格低廉、材料易于获得,而且有较高的脱磷率,在碳管炉实验中当渣组成范围在60~75%CaO:15~25%CaF_2:10~20%Fe_tO时可以使钢液中的磷平均降至37.7×10~(-4)%,平均脱磷率为54.09%,而在中频炉实验中可使钢液中磷平均降至38.75×10~(-4)%,平均脱磷率为67.3%,适宜在实际生产中使用。 (2)BaO-CaF_2-Fe_tO渣在组成为10~20%BaO:50~65%CaO:15~20%CaF_2:10% Fe_tO或30~60%BaO:20~55%CaO:15~20%CaF_2时,碳管炉实验中可将钢中磷平均降至33.67×10~(-4)%,平均脱磷率为58%,中频炉实验中在上述渣组成范围下可使钢液中磷平均降至45.8×10~(-4)%,平均脱磷率为62.35%,BaO渣在钢中氧含量较低时仍有较好的脱磷效果。 (3)Na_2SiO_3渣当转炉渣:偏硅酸钠=2:1~4:1时,碳管炉实验中可以使钢液中的磷平均降至36.7×10~(-4)%,平均脱磷率为49%,而在中频炉实验中可使钢液中磷平均降至51.3×10~(-4)%,平均脱磷率为56.2%,反应过程中挥发严重,损失较大。 本文建立了低磷钢液脱磷的动力学模型,并通过实验验证了模型的正确性;结果表明,100×10~(-4)%以下低磷钢液脱磷时磷的传质系数约在0.02~0.08 cm/s。反应进程的限制性环节主要在于钢液侧磷的传质扩散,而磷的氧化产物在渣中的扩散对脱磷速率的影响很小;认为钢液搅拌、增大反应界面等有助于加快磷扩散的措施均能够从整体上提高脱磷反应速率。 以实验室实验为基础,在宝钢炼钢厂进行了现场试验,试验结果表明采用所选脱磷剂在转炉出钢磷含量为100×10~(-4)%左右时,通过转炉出钢——加渣深脱磷——炉后扒渣——LF精炼的工艺能够冶炼最终产品含磷量在50×10~(-4)%左右的超低磷钢。


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