基于赤泥基熔劑的煉鋼渣系基礎(chǔ)性能及脫磷行為研究隨著社會(huì)的快速發(fā)展,各行業(yè)對(duì)鋼的質(zhì)量要求越來越高,磷的高效脫除是保證鋼的質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)煉鋼工藝形成的是CaO-FetO-SiO2渣系,該渣系在煉鋼初期熔點(diǎn)高、流動(dòng)性差,是限制高效冶煉的關(guān)鍵因素。具體表現(xiàn)為前期脫磷效率低、冶煉后期脫磷負(fù)荷大導(dǎo)致過氧化出鋼、鋼水純凈度低。因此,需要在CaO-FetO-SiO2渣系中添加助熔劑,促進(jìn)石灰溶解,改善脫磷動(dòng)力學(xué)條件和反應(yīng)效率。由于環(huán)境污染問題,煉鋼中常用的助熔劑CaF2的使用已受嚴(yán)格限制。盡管增加渣中FeO含量也能降低渣的熔點(diǎn),但此方法會(huì)造成鐵損且影響鋼水純凈度。因此,尋找合適的煉鋼助熔劑,研發(fā)一種新煉鋼渣系,使其不再依賴FeO和CaF2化渣,實(shí)現(xiàn)煉鋼前期高效脫磷是十分必要的。研究表明A1203、Na2O可降低CaO-FetO-SiO2渣系的熔點(diǎn),改善煉鋼初期渣的流動(dòng)性。而鋁業(yè)赤泥含有豐富的Al2O3和Na2O,將赤泥應(yīng)用于煉鋼中,能改善傳統(tǒng)的CaO-FetO-SiO2渣系熔點(diǎn)高、化渣困難等缺點(diǎn),開發(fā)出一種新型的CaO-FetO-SiO2-Al2O3-Na2O煉鋼渣系,實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐煉鋼前期高效脫磷。且前期的高效脫磷十分利于高碳出鋼,可有效避免過氧化出鋼,提高鋼的潔凈化。故本論文采用理論分析、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、中間擴(kuò)大試驗(yàn)及工業(yè)試驗(yàn)研究的方法,對(duì)赤泥在煉鋼中形成的CaO-FetO-SiO2-Al2O3-Na2O渣系的各種基礎(chǔ)物化性質(zhì)和赤泥基熔劑在煉鋼中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)研究CaO-FetO-SiO2-Al2O3-Na2O渣系的熔化性能、黏性特點(diǎn)等基礎(chǔ)物理特性。結(jié)果顯示,Al2O3和Na2O能顯著擴(kuò)大CaO-FeO-SiO2渣系液相面積,降低渣的熔點(diǎn)。在CaO-Fe2O3-SiO2-MgO-Al2O3-Na2O-P2O5渣系中,熔渣粘度隨Na2O的增加而逐漸降低,隨著Al2O3含量的增加而逐漸增大。但即使在1350℃較低溫度下,加入A12O3后熔渣粘度亦保持較低值,A12O3對(duì)煉鋼渣系粘度的影響有限。(2)為探究CaO-FetO-SiO2-Al2O3-Na2O-(TiO2)渣系的脫磷能力,對(duì)該渣系與碳飽和鐵水間的磷分配比、該渣系的磷容量及磷富集行為等進(jìn)行了研究。渣與碳飽和鐵水間的磷分配比隨A1203和溫度的增加而降低,隨渣中Na2O和堿度的升高而升高,隨FeO的增加先升高后降低。該渣系磷容量隨Al2O3、FeO和溫度的增加而降低,隨Na2O和堿度的增加而增加。在CaO-SiO2-Fe2O3-MgO-A1203-Na20-Ti02渣系中,磷主要存在于nC2S-C3P固溶體的磷富集相中。A1203、Ti02和Na2O可以促進(jìn)磷的富集,增加磷富集相中P2O5含量,且對(duì)磷富集的影響效果的強(qiáng)弱順序?yàn)門iO2>Al2O3>Na2O。(3)為初步探索基于赤泥在煉鋼中形成的CaO-FetO-SiO2-Al2O3-Na2O基渣系在煉鋼中的應(yīng)用效果,通過實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究赤泥在鐵水脫磷中的應(yīng)用。結(jié)果顯示,拜耳高鐵赤泥具有良好的助熔效果。與傳統(tǒng)CaO-FetO-SiO2脫磷渣系相比,赤泥基熔劑與金屬相具有更好的渣鐵分離效果,渣鐵界面清晰、分離容易。拜耳高鐵赤泥與CaO質(zhì)量比控制在1～2范圍內(nèi),可將鐵水終點(diǎn)[P]降低到0.018%以下,脫磷率大于80%。(4)在10kg級(jí)感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐吹氧煉鋼模擬實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,拜耳赤泥基熔劑流動(dòng)性良好,在高碳條件下([C]=2.0～3.0%)具有良好的脫磷效果,可將普通鐵水[P]脫至0.018%以下,脫磷率高于88%,非常利于純凈鋼冶煉。模擬中高磷鐵水轉(zhuǎn)爐煉鋼的實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)赤泥:CaO的質(zhì)量比為1:1.2,渣鐵比為8%時(shí),在高碳情況下([C]=1.36%)可獲得高達(dá)95%的脫磷率。而在赤泥含碳球團(tuán)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼的實(shí)驗(yàn)中,赤泥球團(tuán)中加入適量的碳時(shí)(C/O摩爾比控制在1～1.2),可有效減弱赤泥本身對(duì)鐵水的溫降影響,且不影響其脫磷效果,非常利于適應(yīng)當(dāng)今的大廢鋼比冶煉。(5)在200kg級(jí)感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行了擴(kuò)大試驗(yàn),進(jìn)一步研究赤泥基熔劑在煉鋼中的應(yīng)用。結(jié)果顯示,赤泥基熔劑具有很好的脫磷、助熔效果。在半鋼條件下([C]=2.5～3.0%)能獲得近90%的脫磷率,將鋼水中[P]脫至0.02%。當(dāng)將[C]降低到極低水平后(≈0.01%),鋼中[P]仍能控制在0.02%以內(nèi),完全沒有出現(xiàn)返磷現(xiàn)象。終渣中FeO含量可控制在8.5%以內(nèi),大幅降低鐵損。(6)在前期實(shí)驗(yàn)室研究及擴(kuò)大試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模下應(yīng)用赤泥基熔劑的技術(shù)可行性及實(shí)際助熔、化渣、脫磷效果。結(jié)果顯示,赤泥基熔劑在煉鋼初期能快速助熔化渣,很好地解決煉鋼中后期的“返干”現(xiàn)象