第一篇：鋼鐵冶金及材料制備新技術

一、填空

1、鐵芯損耗的影響因素：

2、制備過程。

34、粉末冶金新技術主要內容：粉末制備新技術、成型新技術、燒結技術。

二、名詞解釋

1、高爐余壓透平發電：是利用高爐冶煉的副產品——高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能，使煤氣通過透平膨脹機做功，將其轉化為機械能，驅動發電機或其它裝置發電的一種二次能源回收方式。

2、干熄焦：干熄焦是利用冷的惰性氣體，在干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅焦一種熄焦方法。

3、三維印刷：該法是根據印刷技術，通過計算機輔助設計，將粘結劑精確沉積到一層金屬粉末上。這樣反復逐層印刷, 直至達到最終的幾何形狀。

三、簡答題

1、新型多功能融化還原豎爐的原理、結構、特點？

答：原理：將高爐爐缸的熔融還原和化鐵爐的快速加熱組合在一起，采用氧—煤技術實現高的燃燒溫度，將處理劣質廢鋼、回收鋼鐵廠粉塵和冶煉合金母液融為一體，為短流程提供熱裝鐵水或合金母液。

結構：①爐體、②加料和煤氣系統、③出鐵、④出渣和送風系統。

特點：1）原料適應性廣；2）爐容小，產量高；3）投資少；4）環境友好；5）用途廣。

2、熔融還原技術定義、原理？

答：熔融還原：不用高爐而在高溫下，還原鐵礦石的方法，其成分是與高爐鐵水相近的液態生鐵。

熔融還原技術原理：

給料機脫氣O2煤干餾氣體混合塊煤 氣化爐頂部 焦炭煤氣

還原性氣體

出爐氣化爐熔融造渣液態鐵 冷卻除塵

4、燒結新技術？

答：1）微波燒結技術 微波燒結是通過被燒結粉體吸收微波，將電磁波能量直接轉化成物質中粒子的能量，使其內部產生熱而燒結的方法。

2）爆炸壓制技術 爆炸壓制又稱沖擊波壓制，它在粉末冶金中發揮了很重要的作用，爆炸壓制時，只是在顆粒的表面產生瞬時的高溫，作用時間短，升溫和降溫速度極快。

3）放電等離子燒結（SPS）該技術是在粉末顆粒之間直接通入脈沖電流進行加熱燒結，是將電能和機械能同時賦于燒結粉末的一種新工藝。

5、粉末還原？

答：工藝上所說的還原是指通過一種物質——還原劑，奪取氧化物或鹽類中的氧（或酸根）而使其轉變為元素或低價氧化物（低價鹽）的過程。用還原劑還原金屬氧化物及鹽類來制取金屬粉末是一種廣泛采用的制粉方法。還原劑可呈固態、氣態或液態；被還原的物料也可采用固態、氣態或液態物質。在粉末冶金中，可采用氣體、碳或某些金屬作還原劑。

答：1）還原氣體供氣強度和流速的影響、2）還原氣體壓力的影響、3）還原溫度的影響、4）氣象組分的影響

7、劣質廢鋼利用和粉塵回收

答：1）適當的二次燃燒，有助二惡英等的分解

2）柱較高，其中的礦、焦和溶劑又能夠吸收一部分生成的有害氣體 3）煤氣燃燒時也能將二惡英等有毒氣體分解

一、填空

1、鐵芯損耗的影響因素：

2、制備過程。

34、粉末冶金新技術主要內容：粉末制備新技術、成型新技術、燒結技術。

二、名詞解釋

1、高爐余壓透平發電：是利用高爐冶煉的副產品——高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能，使煤氣通過透平膨脹機做功，將其轉化為機械能，驅動發電機或其它裝置發電的一種二次能源回收方式。

2、干熄焦：干熄焦是利用冷的惰性氣體，在干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅焦一種熄焦方法。

3、三維印刷：該法是根據印刷技術，通過計算機輔助設計，將粘結劑精確沉積到一層金屬粉末上。這樣反復逐層印刷, 直至達到最終的幾何形狀。

三、簡答題

1、新型多功能融化還原豎爐的原理、結構、特點？

答：原理：將高爐爐缸的熔融還原和化鐵爐的快速加熱組合在一起，采用氧—煤技術實現高的燃燒溫度，將處理劣質廢鋼、回收鋼鐵廠粉塵和冶煉合金母液融為一體，為短流程提供熱裝鐵水或合金母液。

結構：①爐體、②加料和煤氣系統、③出鐵、④出渣和送風系統。

特點：1）原料適應性廣；2）爐容小，產量高；3）投資少；4）環境友好；5）用途廣。

2、熔融還原技術定義、原理？

答：熔融還原：不用高爐而在高溫下，還原鐵礦石的方法，其成分是與高爐鐵水相近的液態生鐵。

熔融還原技術原理：

給料機脫氣O2煤干餾氣體混合 塊煤 氣化爐頂部 焦炭煤氣

還原性氣體

出爐氣化爐熔融造渣液態鐵 冷卻除塵

4、燒結新技術？

答：1）微波燒結技術 微波燒結是通過被燒結粉體吸收微波，將電磁波能量直接轉化成物質中粒子的能量，使其內部產生熱而燒結的方法。

2）爆炸壓制技術 爆炸壓制又稱沖擊波壓制，它在粉末冶金中發揮了很重要的作用，爆炸壓制時，只是在顆粒的表面產生瞬時的高溫，作用時間短，升溫和降溫速度極快。

3）放電等離子燒結（SPS）該技術是在粉末顆粒之間直接通入脈沖電流進行加熱燒結，是將電能和機械能同時賦于燒結粉末的一種新工藝。

5、粉末還原？

答：工藝上所說的還原是指通過一種物質——還原劑，奪取氧化物或鹽類中的氧（或酸根）而使其轉變為元素或低價氧化物（低價鹽）的過程。用還原劑還原金屬氧化物及鹽類來制取金屬粉末是一種廣泛采用的制粉方法。還原劑可呈固態、氣態或液態；被還原的物料也可采用固態、氣態或液態物質。在粉末冶金中，可采用氣體、碳或某些金屬作還原劑。

答：1）還原氣體供氣強度和流速的影響、2）還原氣體壓力的影響、3）還原溫度的影響、4）氣象組分的影響

7、劣質廢鋼利用和粉塵回收

答：1）適當的二次燃燒，有助二惡英等的分解

2）柱較高，其中的礦、焦和溶劑又能夠吸收一部分生成的有害氣體 3）煤氣燃燒時也能將二惡英等有毒氣體分解

一、填空

1、鐵芯損耗的影響因素：

2、制備過程。

34、粉末冶金新技術主要內容：粉末制備新技術、成型新技術、燒結技術。

二、名詞解釋

1、高爐余壓透平發電：是利用高爐冶煉的副產品——高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能，使煤氣通過透平膨脹機做功，將其轉化為機械能，驅動發電機或其它裝置發電的一種二次能源回收方式。

2、干熄焦：干熄焦是利用冷的惰性氣體，在干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅焦一種熄焦方法。

3、三維印刷：該法是根據印刷技術，通過計算機輔助設計，將粘結劑精確沉積到一層金屬粉末上。這樣反復逐層印刷, 直至達到最終的幾何形狀。

三、簡答題

1、新型多功能融化還原豎爐的原理、結構、特點？

答：原理：將高爐爐缸的熔融還原和化鐵爐的快速加熱組合在一起，采用氧—煤技術實現高的燃燒溫度，將處理劣質廢鋼、回收鋼鐵廠粉塵和冶煉合金母液融為一體，為短流程提供熱裝鐵水或合金母液。

結構：①爐體、②加料和煤氣系統、③出鐵、④出渣和送風系統。

特點：1）原料適應性廣；2）爐容小，產量高；3）投資少；4）環境友好；5）用途廣。

2、熔融還原技術定義、原理？

答：熔融還原：不用高爐而在高溫下，還原鐵礦石的方法，其成分是與高爐鐵水相近的液態生鐵。

熔融還原技術原理：

給料機脫氣O2煤干餾氣體混合 塊煤 氣化爐頂部 焦炭煤氣

還原性氣體

出爐氣化爐熔融造渣液態鐵 冷卻除塵

4、燒結新技術？

答：1）微波燒結技術 微波燒結是通過被燒結粉體吸收微波，將電磁波能量直接轉化成物質中粒子的能量，使其內部產生熱而燒結的方法。

2）爆炸壓制技術 爆炸壓制又稱沖擊波壓制，它在粉末冶金中發揮了很重要的作用，爆炸壓制時，只是在顆粒的表面產生瞬時的高溫，作用時間短，升溫和降溫速度極快。

3）放電等離子燒結（SPS）該技術是在粉末顆粒之間直接通入脈沖電流進行加熱燒結，是將電能和機械能同時賦于燒結粉末的一種新工藝。

5、粉末還原？

答：工藝上所說的還原是指通過一種物質——還原劑，奪取氧化物或鹽類中的氧（或酸根）而使其轉變為元素或低價氧化物（低價鹽）的過程。用還原劑還原金屬氧化物及鹽類來制取金屬粉末是一種廣泛采用的制粉方法。還原劑可呈固態、氣態或液態；被還原的物料也可采用固態、氣態或液態物質。在粉末冶金中，可采用氣體、碳或某些金屬作還原劑。

答：1）還原氣體供氣強度和流速的影響、2）還原氣體壓力的影響、3）還原溫度的影響、4）氣象組分的影響

7、劣質廢鋼利用和粉塵回收

答：1）適當的二次燃燒，有助二惡英等的分解

2）柱較高，其中的礦、焦和溶劑又能夠吸收一部分生成的有害氣體 3）煤氣燃燒時也能將二惡英等有毒氣體分解

第二篇：鋼鐵冶金復習資料

鋼鐵冶金

第一章

1.高爐煉鐵生產工藝流程

爐料（鐵礦石 溶劑 焦炭）通過上料機裝入爐內，空氣通過鼓風機和熱風爐生成熱風鼓入爐內，噴吹燃料罐將燃料裝入爐內，它們在高爐內反應生成爐渣 生鐵和煤氣；爐渣分為水渣（建筑材料）和渣棉（絕熱材料）；生鐵分為鑄造生鐵 煉鋼生鐵和特殊生鐵；煤氣通過除塵產生凈煤氣加入熱風爐或者其他用途。

2.高爐煉鐵有哪些技術經濟指標

p

（1）有效容積利用系數?u?Vu

（2）焦比；K?其中P為生鐵日產量，Vu為高爐有效容積 QQ為焦炭日消耗量P

（K焦炭1）燃料比K燃??K煤粉?K重油??）

2）綜合焦比K綜?K?K干

(3)冶煉強度I?Q

Vu由此得出?u?IK

（4）焦炭負荷（5）生鐵合格率（6）休風率(7)生鐵成本（8）爐齡

3.高爐區域劃分

從上到下依次是塊狀帶，軟熔帶，滴落帶，燃燒帶，渣鐵盛聚帶。

第二章

1.高爐常用的鐵礦石有哪幾種？各有何特點？

赤鐵礦：紅礦，主要成分為三氧化二鐵，硫磷含量低，質軟，易碎，易還原

磁鐵礦：黑色，有磁性，四氧化三鐵，硫磷含量高，致密，堅硬，難還原

褐鐵礦：含水氧化鐵，褐色，磷含量高，質軟疏松，易還原

菱鐵礦：碳酸鐵礦石，灰色 淺黃色，褐色，碳酸亞鐵，易破碎，焙燒后易還原

2.評價鐵礦石質量的標準有哪些？

A成分：礦石品位 脈石成分 有害雜質和有益元素的含量

B粒度和強度C還原性D化學成分穩定性

3.燒結和球團有哪些區別？

（1）球團礦更始于處理細精礦粉。粒度越細，成球性越好，球團強度越高

（2）成品礦的形狀不同。球團礦較燒結礦粒度均勻，微氣孔多，還原性好，強度高，且易于貯存，有利于強化高爐生產。

（3）適用于球團法處理的原料來源較寬，產品種類多。

（4）固結成塊的機理不同。燒結礦是靠液相固結的，混合料中必須有燃料;而球團礦主要是依靠礦粉顆粒的高溫再結晶固結的，混合料中不加燃料

（5）生產工藝不同。燒結料的混合與造球是在混合機內同時進行的，成球不完全，混合料中仍然含有相當數量未成球的小顆粒。而球團礦生產工藝中必須有專門的造球工序和設備，將全部混合料造成10～25mm的球，小于10mm的小球要篩出重新造球。

4.高爐煉鐵中硫磷的危害

硫的危害：危害最大的元素，使產生熱脆（熱加工時，分布于晶界的共晶體先行熔化而導致開裂）磷的危害：使鋼具有冷脆性（磷使鋼材的室溫強度提高而脆性增加）

5.對堿度的描述

R=w（CaO）/w（SiO2）R小于1時，為酸性燒結礦，R等于1至1.4時為自熔性燒結礦，R大于1.4時為熔劑性燒

結礦

6.焦炭的作用

作燃料，還原劑，料柱骨架，生鐵滲碳的碳源

第三章

1.為什么用生鐵中德硅含量來表示爐溫？

因為渣溫和硅含量基本呈線性關系

為什么殘錳量表示熔池鋼液溫度？

（因為在堿性轉爐煉鋼中，溫度越高，還原出來的錳量就越大，殘錳量也就越高）

2.高爐煉渣是怎樣形成的？

初渣：固相反應，礦石軟化，初渣生成（熔融，滴落）

中間渣：在風口水平以上，軟熔帶以下

終渣：排出爐外的渣

3.哪些因素影響爐渣的脫硫能力？（提高能力的措施）

（1）提高爐渣堿度（2）提高爐缸（渣，鐵）溫度（3）強烈的還原性氣氛

第四章

1.哪些因素影響爐料的順利下降？

焦炭的不斷燃燒和消耗，爐料的熔化和渣，鐵的排出，直接還原和滲碳引起的溶解損失，爐料下降過程中小塊充填于大塊之間引起的體積收縮，粉料被吹出引起的爐塵損失，基本的危燃料的燃燒和渣，鐵的排放。高爐料柱壓差，壓差主要取決于氣流速度和料層通道的當量直徑，實質也就是料柱的透氣性增加料柱孔隙率和煤氣通道當量直徑，可以改善料柱透氣性，合理的煤氣流分布也是高爐順行的重要標志之一

2.高溫操作線圖P99

第七章

1.鋼和生鐵的區別

（1）含碳量不同。碳含量小于2.11%的稱為鋼，大于或等于2.11%的稱為生鐵

（2）性能不同。鋼具有很好的物理化學性能和力學性能

（3）其他元素。

2.鐵碳相圖P15

5第八章

鋼液的脫氧方式有哪幾種？各有什么特點？

沉淀脫氧法：效率高，操作簡單，成本低，對冶煉時間無影響，但是脫氧程度取決于脫氧劑的能力和脫氧產物的排出條件

擴散脫氧法：有利于提高鋼液的潔凈度，但速度慢，時間長；通過吹氬攪拌和鋼渣混沖加速進程；操作前需更換新渣，以防止回磷

真空脫氧法：脫氧比較徹底，脫氧產物為CO氣體，不污染鋼液，而且在排出CO的同時還具有脫氫 脫氮的作用

第九章

轉爐和電爐煉鋼用的原材料各有哪些？

轉爐：鐵水，廢鋼，鐵合金，造渣劑（石灰，螢石，白云石），增碳劑，氧化劑（氧氣，鐵礦石，氧化鐵皮）電爐：廢鋼，生鐵海綿鐵，鐵合金，造渣劑（石灰，螢石,白云石），增碳劑，氧化劑（氧化鐵皮）

第十章

1.頂吹工藝流程

（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設備等并進行必要的修補和修理；

（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；

（3）降槍開吹，同時加入第一批渣料（起初爐內噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰；3～5min后硅錳氧接近結束，碳氧反應逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時渣料熔化，噪聲減弱）；

（4）3～5min后加入第二批渣料繼續吹煉（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；

（5）倒爐，測溫、取樣，并確定補吹時間或出鋼；

（6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。

2.頂吹，底吹，頂底復吹的特點

頂吹：優點（1）熔煉速度快，生產率高（一爐鋼只需20min）

（2）熱效率高，冶煉中不需外來熱源，且可配用10-30%的廢鋼

（3）鋼的品種多，質量好（高低碳鋼都能煉，且硅、硫、磷、氫、氮、氧及夾雜含量低

（4）便于開展綜合利用和實現生產過程計算機控制

缺點吹損較高（10%），所煉鋼種仍受一定限制（冶煉含大量難熔元素和易氧化元素的高合金鋼有一定的困難。）噴濺和返干時有發生，而且吹煉后期熔池的攪拌弱（主要靠脫碳反應攪拌），鋼渣間反應未達平衡，渣中的氧化亞鐵含量高而吹損高、脫氧劑消耗高。

底吹：優點（1）金屬收得率高（2）Fe Mn Al等合金的消耗量降低

（3）脫氧劑和石灰降低（4）氧耗降低（5）煙塵少，噴濺少

（6）脫碳速度快，冶煉周期短，生產率高（7）廢鋼比增加

（8）攪拌能力大，氮含量低

缺點（1）爐齡較低（2）（ΣFeO）少，化渣比較困難，脫磷不如頂吹

（3）鋼中氫元素含量較高

頂底復吹：1）頂底復吹轉爐石灰單耗低，2）渣量少，3）鐵合金單耗相當于底吹轉爐，4）氧耗介于頂吹與底吹之間。5）頂底復吹轉爐能形成高堿度氧化性爐渣，提前脫磷，6）直接拉碳，生產低碳鋼種，對吹煉中、高磷鐵水有很大的適應性。

第十一章

1.現代電爐煉鋼工藝操作特點和操作流程，并且與傳統工藝的不同

2.廢鋼預熱節能技術有哪幾種？

料籃預熱法，雙殼電爐法，豎窯式電爐法，爐料連續預熱法

3.電爐煉鋼六個操作過程：補爐、裝料、熔化、氧化、還原與出鋼

第十二章

1.如何實現鐵水同時脫硫，脫磷？

（1）在溫度和鐵水成分一定時，選擇磷容量CP和硫容量CS較大的渣系，實現同時脫磷脫硫。

（2）用脫硫和脫磷能力大的Na2O和石灰系渣進行實驗，可找出同時滿足脫磷和脫硫所必需的氧位。

（3）用蘇打作熔劑，很容易達到同時脫磷脫硫效果。用石灰渣系時將難以達到同時脫磷脫硫的要求。

（4）噴吹法可以在鐵水罐內不同部位造成不同的氧勢。噴嘴和噴槍附近氧勢高，脫磷；罐底、內襯及渣-鐵界面附近氧勢低，脫硫。老師課件沒有化

2.鋼水二次精煉的主要方法有哪些？

LF法：電弧加熱的鋼包吹氬爐

RH法：循環真空脫氣精煉法

VD法：真空脫氣法

VOD法：真空吹氧脫碳法

AOD法：氬-氧脫碳法

3.鐵水預處理方法：脫硫，脫磷，脫硅

4.爐外精煉四個基本手段：攪拌，真空，加熱，添加精煉劑

第十三章

1.連鑄的主要設備

主要設備由鋼包、中間包、結晶器、結晶器振動裝置、二次冷卻和鑄坯導向裝置、拉坯矯直裝置、切割裝置、出坯裝置等部分組成。

2.連鑄的操作工藝

（1）連鑄鋼水的溫度要求1）鋼液溫度的控制：主要是通過穩定出鋼溫度，提高終點溫度的命中率；減少鋼液傳遞過程的溫降；充分發揮精煉的調節作用

2）鋼液成分的控制：包括鋼液的成分、流動性（可澆性）、潔凈度的控制。

（2）澆注前的準備包括鋼包的準備，中間包的準備，結晶器的檢查，二冷區的檢查，拉坯機剪切裝置的檢查，堵引錠頭

（3）澆鋼操作1）鋼包澆注@鋼包放在回轉臺，轉至澆注位置并鎖定@中間包運至澆注位置，與結晶器重新嚴格對中定位@在中間包底均勻撒放Ca-Si合金粉@調節中間包小車，將侵入式水口伸入結晶器到認定位置，然后多次啟閉塞棒，再次檢查其開啟的靈活性和關閉的嚴密性。@采用保護澆注時，鋼包就位后安裝保護套管

2）中間包澆注：當流入中間包的鋼液達到1/2的高度，中間包開澆。

3）連鑄機的啟動：拉矯機構的起步就是連鑄機的啟動。

4）正常澆注

5）多爐連澆：轉入正常澆注后，還需實現多爐連澆操作，包括更換鋼包和快速更換中間包等。

6）澆注結束

（4）澆注溫度控制控制過熱度，保持均勻、穩定的澆注溫度。可采用中間包加熱技術補償鋼液溫降損失。

（5）拉速控制確定鋼種和鑄坯斷面后，拉速隨澆注溫度進行調節

（6）冷卻水控制1)結晶器冷卻：結晶器冷卻水采用經過處理的軟水，用量根據鑄坯尺寸而定

2）二次冷卻：采用噴水冷卻。二冷區的供水量沿連鑄機長度方向從上到下逐漸減少。

（7）保護澆注采用全過程的保護澆注嚴格控制鋼的二次污染。

（8）結晶器保護渣

3.如何評價連鑄坯的質量，他們各自的缺陷和發生在哪部分？

（1）連鑄坯的純凈度，指鋼中夾雜物的含量、形態和分布。

（2）連鑄坯表面質量。指連鑄坯表面是否存在裂紋、夾渣及皮下氣泡等缺陷。

（3）連鑄坯內部質量。指連鑄坯是否有正確的凝固結構和裂紋、偏析、疏松等缺陷的程度

（4）連鑄坯形狀缺陷。形狀是否規矩、尺寸誤差是否符合規定要求。

第三篇：鋼鐵冶金論文

煉鋼中脫磷的研究

摘要：主要研究近年來脫磷的方法，一些防止回磷的措施，復吹轉爐成渣過程對脫磷的影響，高磷鐵水脫磷效率影響因素，以及鋼渣在微波場中還原脫磷的工藝。

關鍵詞：脫磷；回磷；爐渣堿度；還原；預熔脫磷劑；高磷鐵水；煉鋼工藝

1.前言

一般情況下，磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。磷能溶于a-Fe中(可達1.2％)，固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒問的強度大大增高，從而使鋼材的室溫強度提高而脆性增加，稱為冷脆。但含磷鐵水的流動性好，充填性好，對制造畸形復雜鑄件有利。此外，磷可改善鋼的切削性能、易切削鋼中磷含量可達0.08％一0.15％。2．轉爐的脫磷

2.1轉爐脫磷的基本原理

通常認為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程中的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后與（CaO）結合成穩定的磷酸鈣，其反應式可表示為： 2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或 2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe] 2.2影響脫磷的因素

磷的氧化在鋼渣界面進行，按爐渣分子理論的觀點，反應式如下： 2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）

3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）

（3 FeO·P2O5）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推導出（4）：

2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高堿度、高氧化性渣對脫磷有利，去磷是放熱反應，故從熱力學講低溫條件有利于去磷反應的進行。

（1）氧化性對爐渣去磷能力影響的理論分析

由上式不難看出（FeO）在脫磷過程中起雙重作用，一方面作為磷的氧化劑起氧化磷的作用；另一方面充當把（P2O5）結合成（3 FeO·P2O5）的基礎化合物的作用。可以認為渣中存在（FeO）是去磷的必要條件。由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃時不穩定的，因此只有當熔池內石灰熔化后生成穩定的化合物(4CaO·P2O5)才能達到去磷的目的。（2）爐渣堿度對爐渣去磷能力的影響理論分析

CaO具有較強的脫磷能力，(4CaO·P2O5)在煉鋼溫度下很穩定，因此，提高爐渣堿

度可以提高脫磷的效率。但不能無止盡的提高爐渣的堿度，如果CaO加入過多，爐渣的熔點增大，CaO顆粒不能完全熔入爐渣，則導致爐渣的流動性減弱，黏度增強，從而影響脫磷反應在鋼液與爐渣之間的界面進行而降低脫磷效果。另外，爐渣堿度與氧化鐵的活度也有關系，過高堿度減少氧化鐵的活度，從而降低脫磷效果。（3）溫度對爐渣去磷能力影響的理論分析

溫度對去磷反應的影響從兩個方面來看：一方面，去磷反應是放熱反應，高溫不利于去磷，然而，熔池溫度的提高，將加速石灰的熔化，提高熔渣堿度，從而提高磷在爐渣和鋼水中的分配比；另一方面，高溫能提高渣的流動性，能加強渣—鋼界面反應，提高去磷速度，所以過低的溫度不利于去磷。

總之脫磷的條件為：高堿度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流動性熔渣、充分的熔池攪動、適當的溫度及大渣量。

2.3回磷現象

所謂的回磷現象，就是磷從熔渣中又返回到鋼液中。成品鋼中磷含量高于終點鋼中的磷含量也屬于回磷現象。熔渣的堿度或氧化亞鐵含量降低，或石灰劃渣不好，或溫度過高等，均會引起回磷現象。出鋼過程中，由于脫氧合金加入不當，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導致成品鋼中磷高于終點鋼[P]含量。由于脫氧，爐渣堿度、（FeO）含量降低，鋼包內有回磷現象，反應式如下：

2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe]

(FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]

2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P]

(P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]

3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P] 通常采用避免鋼水回磷措施：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當提高脫氧前堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼包脫氧，而不采取爐內脫氧；加入鋼包改質劑。

2.4 還原脫磷

還原條件下進行脫磷近年來也很受關注，要實現還原脫磷，必須加入比鋁更強的脫氧劑，使鋼液達到深度還原。通常加入Ca，Ba或CaC2等強還原劑。還原脫磷反應：

3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C] 還原脫磷加入強還原劑的同時，還需加入CaF2，CaO等熔劑造渣。還原脫磷一般是在金屬不宜用氧化脫磷的情況下使用，如含鉻高的不銹鋼，采用氧化脫磷會引起鉻的大量氧化。還原脫磷后的渣應立即去除，否則渣中P3-又會被重新氧化成PO43-而造成回磷。【1】 3 鋼渣在微波場中還原脫磷

微波技術在加熱高電介質耗損原料方面是一種簡單而有效的方法, 在冶金還原領域有著廣闊的應用

前景。相較于傳統加熱還原工藝需要較高的溫度和損耗, 具有體積性加熱、選擇性加熱、非接觸性加熱、即時性等加熱特性的微波場在較低溫度下能夠提供更多的熱量。因為通過渣料表面點位與微波能的強烈作

用, 物料表面點位選擇性被很快加熱至很高溫度。鐵氧化物是一種高微波響應材料, 而且如果Fe3+ /(Fe2++ Fe3+)的比率在一個合適的范圍內, 鋼渣能得到有效加熱, 碳質微粒物質具有良好的微波吸收特性, 有利于迅速加熱原料。

3.1結果與討論

實驗表明鋼渣為微波的良吸收體, 如圖3所示, 當時間達到15~ 20min時, 純渣料及各配碳量條件下的結構示意圖

圖3 物料的微波升溫曲線 圖1 微波冶金試驗爐 物料溫度均達到1000e 并呈線性穩定增加。還原結果如圖表4所示, 溫度對還原反應的影響很大, 隨著溫度的上升, 脫磷率穩定增加。1400e 時脫磷率可達到87.15%。當溫度達到1200e 時, 渣料中出現大量直徑小于1mm的金屬顆粒, 并且呈均一彌散分布。由此證明微波體無溫度梯度的加熱方式使其中不同位置的物料獲得均一穩定的加熱特性。當溫度達到1300e 時, 渣料中即出現易從渣相分離出的直徑在10~ 20 mm的大顆粒金屬球.碳熱還原鋼渣的反應機理是: Ca3(PO4)2 + 5C= 3CaO+ 1 /2P4 + 5CO 該反應在超過1000e 時能自發進行, 傳統工藝中溫度達到1400e 才能迅速反應。微波場中當溫度達到1200e 脫磷率就已經達到85% 以上。所實驗表明, 較傳統加熱工藝, 微波促進鋼渣脫磷, 使得還原脫磷反應在低溫下得以實現。

圖4 溫度對脫磷率的影響

實驗表明Ceq對還原反應的影響顯著。在微波場中升溫到1300e 保溫20min檢測發現, 隨著碳當量的增加, 渣中鐵和磷含量降低, 脫磷率增加。如圖6，當Ceq= 1時, 即體系中的還原劑剛好夠還原鋼渣氧化物所用, 由于體系開放, 部分碳質還原劑在空氣環境下微波輻射氧化消耗, 使得還原劑的有效參與率降低,從而導致脫磷率較低。隨著Ceq增加, 當Ceq= 3時, 碳還原反應劇烈, CO氣泡從坩堝界面和料面不斷冒出,遇空氣燃燒劇烈, 此時的脫磷率達到8619%。實驗發現配碳量較高情況下氣化脫磷占總脫磷率比重很大。主要由于高還原劑條件下產生大量CO氣體, CO上升過程將更多P(g)帶出, 促進了磷的氣化逸散。此外,微波加熱在1300e 下即可較充分的發生還原反應, 此溫度尚未產生宏觀熔池, 為固固相反應, 料柱松散, 磷蒸汽逸散阻力小, 易被CO氣體攜帶出體系。上述結果表明, 鋼渣的還原效果很大程度上還是受還原劑的影響, 碳當量越高, 鐵和磷在渣鐵間的分配比越小, 金屬聚集阻力和磷的氣化阻力越小, 即高碳當量有利于磷的還原和遷移。但過高的碳當量在反映出其對

于體系升溫有負面影響。所以選擇合適的過量碳當量是必要的。本次實表明, 2~ 3倍碳當量既能返祖快速升溫啟動和促進脫磷反應, 又能避免碳資源的浪費。為研究保溫時間對還原效果的影響, 在1300e , 3Ceq條件下, 分別設定保溫時間0 min、10 min、20m in、30 min進行對比實驗, 結果如圖7。實驗證明, 保溫時間越長, 渣相中出現Fe2C合金球直徑越大, 可回收金屬量越大, 脫磷率也越高。這說明適當延長保溫時間, 能提供更長時間和更多熱量促進金屬球的聚集長大,利于合金采集和回收。

3.2鋼渣微波場中還原脫磷結論

(1)實驗結果表明, 轉爐鋼渣為微波的良吸收體可在20m in被迅速加熱至1000e 以上。微波加熱能促進鋼渣的還原反應, 實現鋼渣在1400e 以下的低溫還原脫磷。平均脫磷率達85% 以上, 最優可達9115%。

(2)微波碳熱還原鋼渣反應生成的Fe2C合金球, 最大直徑可達18mm, 易從渣中提取。其余呈均一彌散分布于殘渣中, 直徑大多在3mm以下, 需篩分與渣相分離。

(3)在1100e ~ 1400e 低溫范圍內, 鋼渣脫磷率隨溫度升高而增大, 1100e 時脫磷率達到80% , 1400e時脫磷率增高至8715%。適當增加保溫時間, 更利于還原反應的進行。

(4)鋼渣的還原效果很大程度受還原劑影響。金屬收得率和脫磷率隨著碳當量Ceq的增加而增加,1Ceq時脫磷率67%, 3Ceq鋼渣脫磷率上升至86.19%。【2】 4 預熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗

4.1w(CaO)/w(Fe2O3)對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

根據脫磷的主要反應式(式(1))可知, 脫磷劑中Fe2O3 在鐵水中的溶解氧[ O] 能將鐵水中的[ P] 氧化為P2O5 , 但P2O5 不穩定, 必須和堿性氧化物(CaO)反應生成穩定的磷酸鹽渣(4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5), 才能使鐵水中的磷脫除掉。通過實驗欲找到一個能使鐵水中磷含量降到最低的w(CaO)/w(Fe2O3)比值, 以達到最佳的脫磷效果。2[ P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)+(P2O5)+ 5[ Fe](1)為此, 在1350℃下固定w(CaF2)為10%不變,改變預熔脫磷劑中w(CaO)和w(Fe2 O3)的比值進行脫磷實驗, 脫磷劑加入量為鐵水量的10%, 處理時間為10 min, 結果如圖2 所示。可看出, 在w(CaO)/w(Fe2O3)的值介于0.5~ 1.0 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸上升, 當w(CaO)與w(Fe2O3)的比值為1.0 左右時, 脫磷率最大, 為95.22%, 這主要是由于w(CaO)/w(Fe2O3)約為1 時, 使鐵水中[ P] 與[ O] 充分結合生成的P2O5 能被CaO 完全固定為4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 實現較好的脫磷效果;而在w(CaO)/ w(Fe2 O3)介于1.00~1．25 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸下降。

圖

2w(CaO)/ w(Fe2O3)對脫磷率的影響

4.2 助熔劑含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

固定w(CaO)/w(Fe2O3)=1.0不變, 改變助熔劑CaF2 的含量在6% ~ 15% 之間變化進行脫磷實驗。處理10 min 的結果如圖3 所示, 可以看到在CaF2 含量為6% 時, 脫磷率相對較低, 進一步增加CaF2 的含量, 當w(CaF2)為10% 時, 脫磷率最大,為96.24% , 使鐵水中的磷由0.21% 降低為0.0079%, 這主要因為CaF2 與CaO 能形成低熔點化合物, 經預熔處理后脫磷劑熔點和粘度得到了降低 ,使脫磷反應的動力學條件得到了明顯改善;當w(CaF2)進一步增加為15%時, 脫磷率有一定程度的降低, 為91.43%。由于在脫磷劑加入量一定的情況下, 當助熔劑量多時, 氧化劑和固定劑的相對加入量就會減少, 因此, 脫磷效果反而不好;且預熔脫磷劑中CaF2 大于15% 時將對爐襯產生明顯的侵蝕。

圖3 預熔脫磷劑中CaF2 含量對脫磷效果的影響

4.3鐵水初始磷含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

為適應鐵水中初始磷含量的波動對脫磷反應效果的影響, 對初始磷含量不同的鐵水用相同配比關系的預熔脫磷劑進行了實驗研究。在1 300℃, 加入量為10%的條件下, 分別選用初始磷的質量分數為0．21%、0.168%、0.119% 的生鐵進行實驗, 結果如圖4 所示。可以看出隨初始磷含量的增大脫磷率略有增大, 當鐵水中的初始磷的質量分數為0.21%時, 經過10 min 的脫磷處理后可使磷的質量分數降低到0.007 9%, 脫磷率為96.24%;當初始磷的質量分數為0.168% 時, 可將鐵水中的磷的質量分數降低到0.015% 的較低水平;初始磷的質量分數進一步降低為0.119% 時, 鐵水中的磷的質量分數也能降低到0.012% 的水平, 脫磷率可達到89.92%。結果表明鐵水中初始磷含量對用預熔脫磷劑進行鐵水預處理脫磷的脫磷效果影響不大。

圖4 初始鐵水中磷含量對脫磷率的影響

4.4 處理溫度對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

由熱力學分析可知, 脫磷反應是強放熱反應(ΔH =O 反應大量進行, 保證脫磷在低溫下進行。快速提高渣中FeO 含量, 保證爐渣熔化速度和具有較好的氧化性。此時, 控制溫度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO 質量百分數在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 同時加強爐內攪拌, 促進渣-金反應的快速進行。脫碳升溫期的主要任務是脫碳升溫防止回磷。此時, 脫磷任務已基本完成, 隨著脫碳的進行帶來的高溫會使脫磷反應逆向進行, 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學條件來進一步強化脫磷，的目的。控制終點ΣFeO質量百分數在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產條件的差異應做適當的調整, 以滿足生產的穩定。但需要指出的是, 化渣脫磷期可采用高槍位軟吹或降低供氧強度, 即可以控制爐內溫度, 在促進化渣的同時也可適當延長化渣脫磷期, 使脫磷反應充分進行。脫碳升溫期, 盡量提高供氧強度, 快速脫碳升溫來降低回磷。在條件準許的情況下, 可以采用留鋼操作是獲得高質量鋼的有效手段。

6.2復吹轉爐成渣對脫磷結論

1)成渣過程決定脫磷的效率, 冶煉的不同時期應合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度, 鐵水磷含量的不同應選擇不同的成渣方式。

2)化渣脫磷期鐵水中磷含磷較高脫磷的驅動力較大, 主要通過改善動力學條件來加快脫磷, 采用鐵質成渣。控制溫度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO質量百分數在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 促進渣-金反應的快速進行。

3)脫碳升溫期鐵水溫度較高是脫磷的不利條件, 因此改善熱力學條件來進一步強化脫磷。控制終點ΣFeO 質量百分數在15% ～20% , 爐渣堿度在315～410。【5】 7 結語

我國作為鋼材生產和消費大國, 煉鋼工序作為鋼鐵生產不可缺少的環節, 鋼渣的產生不可避免。近年來, 我國鋼渣和鐵渣的堆置達3億多噸, 鋼渣占鋼鐵工業固體廢物的12109%。在冶金工業生產中, 排放的主要固體廢棄物是高爐渣和轉爐渣。其中高爐渣是利用技術最成熟的工業廢渣, 而轉爐渣的回收利用相對差很多, 對鋼渣利用比較好的國家主要有美國、德國和日本, 利用率均達到95%以上。而我國在2002年調查中鋼渣利用率僅為36% , 與國外先進國家相比, 在鋼鐵渣綜合利用方面還有較大差距。因而我們要多開發新技術如脫磷，做到如何在低成本下實現最大化的脫磷同時又不影響環境，從而做出高產出。新的技術還有待開發。

參考文獻

【1】朱苗勇。《現代冶金學》（鋼鐵冶金卷）冶金工業出版社.2008 【2】呂 巖, 張 猛, 陳 津, 艾立群, 周朝剛。《鋼渣在微波場中還原脫磷的工藝》。《河北理工大學學報》(自然科學版)2010年8月，第32卷 第3期

【3】魏穎娟,袁守謙,張西鋒,王偉,梁德安,張啟業。《預熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗研究》。《鋼鐵》2008年10月第43卷第10 期

【4】金焱,畢學工《高磷鐵水脫磷效率影響因素的研究》。《武漢科技大學學報》2010年2月第33卷第1 期 【5】王學斌 , 張珊珊, 張炯。《復吹轉爐成渣過程對脫磷的影響》。《萊鋼科技》2010年6月

第四篇：鋼鐵冶金論文

專科論 文

題 目: 科 生 姓 名: 學 科、專 業: :

業論文

鋼鐵中對脫磷反應的

蔡月亮

冶金工程（高起專函授）

內蒙古科技大學成人教育學院

畢專學院（系、所）

內蒙古科技大學成人教育學院

畢業設計(論文)任務書

專業 冶金工程（高起專函授）班級09級冶金班

學號 姓名蔡月亮

畢業設計(論文)題目:鋼鐵中對脫磷反應的研究

設計期限:自2009年 9 月 1 日 至2011年 5 月 20 日

指導老師:龐峰淼

系 主 任:

2011年 4 月 27日

摘要

主要研究近年來脫磷的方法，一些防止冷脆和回磷的措施，復吹轉爐成渣過程對脫磷的影響，高磷鐵水脫磷效率影響因素等。

關鍵詞：脫磷；爐渣堿度；速率；預熔脫磷劑；高磷鐵水

Abstract Research in recent years dephosphorization method, some of the phosphorus to prevent cold crisp and return measures, blowing converter process for dephosphorization slag into the impact of high phosphorus hot metal dephosphorization efficiency influencing factors.Keywords: dephosphorization;slag basicity;rate;pre-melting dephosphorization agent;high phosphorus hot metal

前言

脫除鋼液中有害雜質磷的物理化學過程。在高爐煉鐵時，原料中的磷幾乎全部還原到生鐵中，隨著鐵礦石磷含量的不同，生鐵中的磷可達0.1％～1.0％，特殊的可高達2.0％以上。鐵合金中同理也含有相當多磷。磷使鋼材在低溫下變脆，即產生“冷脆”現象。實驗研究證明，磷在鋼凝固過程中偏析聚集在晶界處，很少量的磷，例如0.01％(100ppm)即可使鋼呈現低溫脆性。冶煉普通鋼要求將磷降到0.030％～0.040％，而低溫用鋼如寒冷地帶鉆井平臺用鋼、液化氣體儲存和輸送用鋼等要求含磷低到0.002％～0.003％(即20～30ppm)。因此，脫磷是煉鋼過程的主要任務之一。

2．轉爐的脫磷

2.1轉爐脫磷的基本原理

通常認為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程中的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后與（CaO）結合成穩定的磷酸鈣，其反應式可表示為：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或 2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe] 2.2影響脫磷的因素

磷的氧化在鋼渣界面進行，按爐渣分子理論的觀點，反應式如下： 2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）

3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）

（3 FeO·P2O5）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推導出（4）： 2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高堿度、高氧化性渣對脫磷有利，去磷是放熱反應，故從熱力學講低溫條件有利于去磷反應的進行。

（1）氧化性對爐渣去磷能力影響的理論分析

由上式不難看出（FeO）在脫磷過程中起雙重作用，一方面作為磷的氧化劑起氧化磷的作用；另一方面充當把（P2O5）結合成（3 FeO·P2O5）的基礎化合物的作用。可以認為渣中存在（FeO）是去磷的必要條件。由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃時不穩定的，因此只有當熔池內石灰熔化后生成穩定的化合物(4CaO·P2O5)才能達到去磷的目的。（2）爐渣堿度對爐渣去磷能力的影響理論分析

CaO具有較強的脫磷能力，(4CaO·P2O5)在煉鋼溫度下很穩定，因此，提高爐渣堿

度可以提高脫磷的效率。但不能無止盡的提高爐渣的堿度，如果CaO加入過多，爐渣的熔點增大，CaO顆粒不能完全熔入爐渣，則導致爐渣的流動性減弱，黏度增強，從而影響脫磷反應在鋼液與爐渣之間的界面進行而降低脫磷效果。另外，爐渣堿度與氧化鐵的活度也有關系，過高堿度減少氧化鐵的活度，從而降低脫磷效果。

（3）溫度對爐渣去磷能力影響的理論分析

溫度對去磷反應的影響從兩個方面來看：一方面，去磷反應是放熱反應，高溫不利于去磷，然而，熔池溫度的提高，將加速石灰的熔化，提高熔渣堿度，從而提高磷在爐渣和鋼水中的分配比；另一方面，高溫能提高渣的流動性，能加強渣—鋼界面反應，提高去磷速度，所以過低的溫度不利于去磷。

總之脫磷的條件為：高堿度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流動性熔渣、充分的熔池攪動、適當的溫度及大渣量。

2.3冷脆現象

磷是鋼中有害雜質之一。含磷較多的鋼,在室溫或更低的溫度下使用時,容易脆裂，稱為“冷脆”。鋼中含碳越高，磷引起的脆性越嚴重。一般普通鋼中規定含磷量不超過 0.045％，優質鋼要求含磷更少。生鐵中的磷，主要來自鐵礦石中的磷酸鹽。氧化磷和氧化鐵的熱力學穩定性相近。在高爐的還原條件下，爐料中的磷幾乎全部被還原并溶入鐵水。如選礦不能除去磷的化合物，脫磷就只能在（高）爐外或堿性煉鋼爐中進行。

2.4回磷現象

所謂的回磷現象，就是磷從熔渣中又返回到鋼液中。成品鋼中磷含量高于終點鋼中的磷含量也屬于回磷現象。熔渣的堿度或氧化亞鐵含量降低，或石灰劃渣不好，或溫度過高等，均會引起回磷現象。出鋼過程中，由于脫氧合金加入不當，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也有導致成品鋼中磷高于終點鋼[P]含量。由于脫氧，爐渣堿度、（FeO）含量降低，鋼包內有回磷現象，反應式如下：

2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe]

(FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]

2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P]

(P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]

3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P] 通常采用避免鋼水回磷措施：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當提高脫氧前堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼包脫氧，而不采取爐內脫氧；加入鋼包改質劑。2.5 還原脫磷

還原條件下進行脫磷近年來也很受關注，要實現還原脫磷，必須加入比鋁更強的脫氧劑，使鋼液達到深度還原。通常加入Ca，Ba或CaC2等強還原劑。還原脫磷反應：

3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C] 還原脫磷加入強還原劑的同時，還需加入CaF2，CaO等熔劑造渣。還原脫磷一般是在金屬不宜用氧化脫磷的情況下使用，如含鉻高的不銹鋼，采用氧化脫磷會引起鉻的大量氧化。還原脫磷后的渣應立即去除，否則渣中P3-又會被重新氧化成PO43-而造成回磷。【1】

2.6脫磷反應的速率

脫磷是渣一鋼界面反應，反應的進行包括3個環節：(1)鋼液中磷和氧向渣鋼界面傳質；(2)在渣鋼界面進行化學反應；(3)生成物在渣相內的傳質。高溫下脫磷的化學反應是極快的，傳質是脫磷速率的限制環節。對于渣相和金屬相中的傳質快慢比較，不同研究者所得結果各異。這可能因兩相中的傳質速率差別不大，所以測定有分歧。然而無論是哪個相中，增大傳質速率的因素都是加強攪拌，增大界面流動速度，增大渣鋼界面面積等。頂吹轉爐中有大量金屬液滴彌散于渣中，造成良好的脫磷動力學條件，許多人捕集液滴進行化學分析，發現液滴中磷含量比同一時刻的熔池含磷量低得多。可以認為，頂吹轉爐的脫磷都是在液滴表面進行的。氧氣底吹轉爐，如果隨同氧氣噴入石灰粉，則石灰粉粒與生成的氧化鐵可以形成低熔點的鐵酸鈣渣滴，造成良好的脫磷熱力學條件和動力學條件，使脫磷能提前到脫碳時進行，大約有50％～70％的磷靠渣滴來脫除。所以說，加強冶煉過程的攪拌造成液滴乳化，是提高脫磷速率的根本性措施。預熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗

3.1 w(CaO)/w(Fe2O3)對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

根據脫磷的主要反應式(式(1))可知, 脫磷劑中Fe2O3 在鐵水中的溶解氧[ O] 能將鐵水中的[ P] 氧化為P2O5 , 但P2O5 不穩定, 必須和堿性氧化物(CaO)反應生成穩定的磷酸鹽渣(4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5), 才能使鐵水中的磷脫除掉。通過實驗欲找到一個能使鐵水中磷含量降到最低的w(CaO)/w(Fe2O3)比值, 以達到最佳的脫磷效果。2[ P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)+(P2O5)+ 5[ Fe](1)為此, 在1350℃下固定w(CaF2)為10%不變,改變預熔脫磷劑中w(CaO)和w(Fe2 O3)的比值進行脫磷實驗, 脫磷劑加入量為鐵水量的10%, 處理時間為10 min, 結果如圖2 所示。可看出, 在w(CaO)/w(Fe2O3)的值介于0.5~ 1.0 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸上升, 當w(CaO)與w(Fe2O3)的比值為1.0 左右時, 脫磷率最大, 為95.22%, 這主要是由于w(CaO)/w(Fe2O3)約為1 時, 使鐵水中[ P] 與[ O] 充分結合生成的P2O5 能被CaO 完全固定為4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 實現較好的脫磷效果;而在w(CaO)/ w(Fe2 O3)介于1.00~1．25 之間時, 隨比值增大脫磷率逐漸下降。

圖

2w(CaO)/ w(Fe2O3)對脫磷率的影響

3.2 助熔劑含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

固定w(CaO)/w(Fe2O3)=1.0不變, 改變助熔劑CaF2 的含量在6% ~ 15% 之間變化進行脫磷實驗。處理10 min 的結果如圖3 所示, 可以看到在CaF2 含量為6% 時, 脫磷率相對較低, 進一步增加CaF2 的含量, 當w(CaF2)為10% 時, 脫磷率最大,為96.24% , 使鐵水中的磷由0.21% 降低為0.0079%, 這主要因為CaF2 與CaO 能形成低熔點化合物, 經預熔處理后脫磷劑熔點和粘度得到了降低 ,使脫磷反應的動力學條件得到了明顯改善;當w(CaF2)進一步增加為15%時, 脫磷率有一定程度的降低, 為91.43%。由于在脫磷劑加入量一定的情況下, 當助熔劑量多時, 氧化劑和固定劑的相對加入量就會減少, 因此, 脫磷效果反而不好;且預熔脫磷劑中CaF2 大于15% 時將對爐襯產生明顯的侵蝕。

圖3 預熔脫磷劑中CaF2 含量對脫磷效果的影響

3.3 鐵水初始磷含量對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

為適應鐵水中初始磷含量的波動對脫磷反應效果的影響, 對初始磷含量不同的鐵水用相同配比關系的預熔脫磷劑進行了實驗研究。在1 300℃, 加入量為10%的條件下, 分別選用初始磷的質量分數為0．21%、0.168%、0.119% 的生鐵進行實驗, 結果如圖4 所示。可以看出隨初始磷含量的增大脫磷率略有增大, 當鐵水中的初始磷的質量分數為0.21%時, 經過10 min 的脫磷處理后可使磷的質量分數降低到0.007 9%, 脫磷率為96.24%;當初始磷的質量分數為0.168% 時, 可將鐵水中的磷的質量分數降低到0.015% 的較低水平;初始磷的質量分數進一步降低為0.119% 時, 鐵水中的磷的質量分數也能降低到0.012% 的水平, 脫磷率可達到89.92%。結果表明鐵水中初始磷含量對用預熔脫磷劑進行鐵水預處理脫磷的脫磷效果影響不大。

圖4 初始鐵水中磷含量對脫磷率的影響

3.4 處理溫度對預熔脫磷劑脫磷效果的影響

由熱力學分析可知, 脫磷反應是強放熱反應(ΔH =O 反應大量進行, 保證脫磷在低溫下進行。快速提高渣中FeO 含量, 保證爐渣熔化速度和具有較好的氧化性。此時, 控制溫度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO 質量百分數在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 同時加強爐內攪拌, 促進渣-金反應的快速進行。脫碳升溫期的主要任務是脫碳升溫防止回磷。此時, 脫磷任務已基本完成, 隨著脫碳的進行帶來的高溫會使脫磷反應逆向進行, 使渣中的磷又回到鋼中。因此改善爐渣熱力學條件來進一步強化脫磷，的目的。控制終點ΣFeO質量百分數在15%左右爐渣堿度在315 ～410。各廠的生產條件的差異應做適當的調整, 以滿足生產的穩定。但需要指出的是, 化渣脫磷期可采用高槍位軟吹或降低供氧強度, 即可以控制爐內溫度, 在促進化渣的同時也可適當延長化渣脫磷期, 使脫磷反應充分進行。脫碳升溫期, 盡量提高供氧強度, 快速脫碳升溫來降低回磷。在條件準許的情況下, 可以采用留鋼操作是獲得高質量鋼的有效手段。

5.2復吹轉爐成渣對脫磷結論

1)成渣過程決定脫磷的效率, 冶煉的不同時期應合理控制爐渣堿度、氧化性和溫度, 鐵水磷含量的不同應選擇不同的成渣方式。

2)化渣脫磷期鐵水中磷含磷較高脫磷的驅動力較大, 主要通過改善動力學條件來加快脫磷, 采用鐵質成渣。控制溫度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO質量百分數在35% ～40% , 使爐渣具有較高的氧化性, 爐渣堿度在210左右, 這樣在保證爐渣有良好的氧化性前提下有很好的流動性, 促進渣-金反應的快速進行。

3)脫碳升溫期鐵水溫度較高是脫磷的不利條件, 因此改善熱力學條件來進一步強化脫磷。控制終點ΣFeO 質量百分數在15% ～20% , 爐渣堿度在315～410。【5】 結語

我國作為鋼材生產和消費大國, 煉鋼工序作為鋼鐵生產不可缺少的環節, 鋼渣的產生不可避免。近年來, 我國鋼渣和鐵渣的堆置達3億多噸, 鋼渣占鋼鐵工業固體廢物的12109%。在冶金工業生產中, 排放的主要固體廢棄物是高爐渣和轉爐渣。其中高爐渣是利用技術最成熟的工業廢渣, 而轉爐渣的回收利用相對差很多, 對鋼渣利用比較好的國家主要有美國、德國和日本, 利用率均達到95%以上。而我國在2002年調查中鋼渣利用率僅為36% , 與國外先進國家相比, 在鋼鐵渣綜合利用方面還有較大差距。因而我們要多開發新技術如脫磷，做到如何在低成本下實現最大化的脫磷同時又不影響環境，從而做出高產出。新的技術還有待開發。

參考文獻

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【3】魏穎娟,袁守謙,張西鋒,王偉,梁德安,張啟業。《預熔脫磷劑進行鐵水脫磷的實驗研究》。《鋼鐵》2008年10月第43卷第10 期

【4】金焱,畢學工《高磷鐵水脫磷效率影響因素的研究》。《武漢科技大學學報》2010年2月第33卷第1 期 【5】王學斌 , 張珊珊, 張炯。《復吹轉爐成渣過程對脫磷的影響》。《萊鋼科技》2010年6月

第五篇：鋼鐵冶金方面知識

1冶金的定義。冶金方法包括(火法冶金)，(濕法冶金)和 電冶金。鋼鐵生產的 傳統流程和 短流程的特點比較。

（1）冶金：

定義：研究任何經濟地從礦石中或其他原料中提取金屬或金屬化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學。

①火法冶金：高溫條件下通過一系列的物理化學反應使礦石和精礦中的有價金屬與脈石成分分離，達到提取、提純金屬目的。整個過程包括原料準備、冶煉和精煉三個工序。

②濕法冶金；在低溫下通過溶劑處理，使礦石和精礦中的有價金屬與脈石成分分離，達到提取、提純金屬的目的。

包括浸出、分離、富集和提取工序。

③電冶金：利用電能提取和精煉金屬的方法。

包括電熱冶金和電化學冶金

（1）傳統長流程（間接煉鋼法）

高爐煉鐵——轉爐煉鋼

特點：工藝成熟，生產率高，但成本高、使用焦炭。

（2）短流程（直接煉鋼法）

直接還原——電爐

特點：工序少、避免反復氧化、還原過程、解決焦碳緊缺。但需要使用高品位精礦和高質量的一次能源，電耗高。

高爐本體結構五部分名稱。

爐喉 爐身 爐腰 爐腹爐缸

高爐五大附屬系統名稱及作用。

（1）原料系統；保證及時準確，穩定地將合格原料從儲礦槽送上高爐爐頂。

（2）送風系統；保證連續可靠地給高爐冶煉提供所需數量和溫度的熱風。

（3）渣鐵處理系統；處理高爐排放的渣，鐵保證高爐生產正常進行。

（4）煤氣清洗系統；回收高爐煤氣。

（5）噴吹系統。保證噴入高爐所需燃料，以代替部分焦炭，降低焦炭消耗。

4、高爐冶煉指標？

1爐有效容積利用系數2焦比3煤比（油比）（4）冶煉強度（5）休風率6炭負荷7

爐齡(高爐一代壽命）

有效容積利用系數、焦比的 定義。高爐有效容積利用系數（ηｖ）高爐有效容積(Vu)：指大鐘落下時其底邊平面至出鐵口中心線之間的爐內容積。

高爐有效容積利用系數：指在規定的工作時間內，每米3有效容積平均每晝夜（日）生產的合格鐵水的噸數。說明了技術操作及管理水平。（單位：噸/米3.日）

焦比：指每噸生鐵消耗的干焦（或綜合焦炭）的千克數

5、四種天然鐵礦石的名稱和分子式。

（1）磁鐵礦：主要含鐵礦物為Fe3O4,（2）赤鐵礦：主要含鐵礦物為Fe2O3，（3）褐鐵礦：主要含鐵礦物為含結晶水的氧化鐵，mFe2O3·nH2O，（4）菱鐵礦：主要含鐵礦物化學式為FeCO3，焦炭在高爐冶煉中的 作用。

（1）發熱劑（2）還原劑

（3）高爐料柱骨架

7、高爐添加熔劑的 作用。

（1）使高熔點化合物生成低熔點化合物，從而使還原出的液態生鐵與礦石中的脈石和焦炭灰分實現良好的分離，并使液態鐵具有良好的流動性。

（2）使爐渣堿度為1.0-1.2,爐渣脫硫，保證生鐵質量合格。堿性熔劑：石灰石，白云石。普遍使用。

中性熔劑：高鋁質熔劑，用于調整爐渣流動性。

很少使用。

堿性熔劑：硅石，很少使用。

人造富礦的 種類名稱

（燒結礦和球團礦）。

鐵氧化物還原特點（逐級還原），寫出以H2/CO還原鐵氧化物的 方程式。

遵循逐級還原的原則

T > 570℃ : Fe2O3→Fe3O4→FeO →Fe

T< 570℃Fe2O3→Fe3O4→Fe(FeO →Fe3O4+Fe)

（1）用CO還原鐵氧化物

T > 570℃:

Fe2O3+CO→Fe3O4+CO

2Fe3O4 +CO →FeO + CO2FeO +CO →Fe+ CO2

T<570℃:2O3+CO→Fe3O4+CO2Fe3O4 +CO →Fe +CO2

用 H2還原鐵氧化物

T > 570℃:

Fe2O3+ H2 →Fe3O4+ H2O

Fe3O4 +H2 →FeO +H2O

FeO +H2→Fe + H2O

T< 570℃:

Fe2O3+ H2 →Fe3O4+ H2O

Fe3O4 + H2 →Fe+H2O

高爐內間接還原和 直接還原的 定義和區別。

（1）還原劑和氣體產物不同。

（2）直接還原為強吸熱反應，間接還原為弱吸熱反應或放熱反應。

（3）直接還原發生在高溫區，間接還原發生在中、低溫區。

（4）直接還原時一個C原子可以奪取氧化物中的一個氧原子，而間接還原需要過量CO+H2。

高爐中爐渣的 作用？

（1）性能良好的爐渣，可以實現金屬與氧化物脈石的有效分離。

（2）渣鐵間熱量及質量的交換是決定金屬成品最終成分及溫度的關鍵。

（3）爐渣對爐襯起保護作用。

高爐渣形成的 三各 階段？

三個階段：

初渣

中間渣

終渣

爐渣的熔化性溫度定義。

為其固相完全轉變為均勻液相或液相爐渣冷卻時開始析出固相時的溫度，亦稱液相線溫度。

高爐內有利于爐渣脫硫的熱力學條件有哪些？

（1）提高溫度；

（2）提高爐渣堿度；

（3）降低渣的氧勢；

如何降低鐵水中硫的含量。

（1）提高溫度；

（2）提高爐渣堿度；

（3）降低渣的氧勢；

（4)改善動力學條件，提高鐵液中硫的活度系數fs及渣鐵交界面積。

①鐵水滴下穿過渣層時，在渣層中脫硫，此時渣鐵接觸好，脫硫反應快。

②渣鐵界面上，雖接觸面積不如前者大，但接觸時間長，可保證充

分反應，最終完成脫硫反應。

（5）保證高爐穩定順行。

強化高爐生產有哪些方法。

（1）高爐大型化、矮胖

（2）精料技術

（3）綜合鼓風

① 高風溫

② 富氧

③ 噴吹

（4）高壓操作

（5）長壽技術

（6）TRT余壓發電

（7）高爐機械化和自動 化高爐內按物料變化五個區域的 劃分，并簡單了解各部分的 變化過程。

塊狀區 主要特征：焦與炭呈現交替分布狀，皆為固體狀態。主要反映：礦石間接還原，碳酸鹽分解。

軟熔區主要特征：礦石呈軟熔狀，對煤氣阻力大。

主要反應：礦石的直接還原，滲碳和焦炭的氣化反應。

滴落區 主要特征：焦炭下降，期間夾雜渣鐵液滴。

主要反應：非鐵元素還原，脫硫，滲碳，焦炭的氣化反應。焦炭回旋區 主要特征：焦炭作回旋運動。

主要反應：鼓風中的氧和蒸汽與焦炭及噴入的輔助燃燒發生燃燒反應。

爐缸區 主要特征：渣鐵的相對靜止，并暫存于此。

主要反應：最終的渣鐵反應。