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转炉熔渣低温气化脱磷行为

钢铁 2022年第11期57卷 64-76页

作者：周朝刚陈庆功艾立群王书桓薛月凯陈虎华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 唐山市特种冶金及材料制备重点实验室河北唐山063210 首钢京唐钢铁联合有限责任公司制造部河北唐山063200

在低温下脱磷转炉熔渣中的磷质量分数过高往往是限制转炉渣循环利用的重要因素,因此如何有效降低转炉熔渣中磷质量分数成为众多钢铁企业迫切需要解决的重点问题之一。基于此,从理论分析和工业试验角度,并结合XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等... 详细信息

在低温下脱磷转炉熔渣中的磷质量分数过高往往是限制转炉渣循环利用的重要因素,因此如何有效降低转炉熔渣中磷质量分数成为众多钢铁企业迫切需要解决的重点问题之一。基于此,从理论分析和工业试验角度,并结合XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等试验手段进一步分析研究了理论热力学条件、转炉渣熔点、矿相结构和炉渣结构对低温气化脱磷的影响。通过理论分析表明,较高温度、较低的FeO含量和碱度有利于低温气化脱磷反应。工业试验结果表明,当终点温度为1350~1360℃、转炉渣FeO质量分数为25%~35%、碱度控制为1.2~2.5时,气化脱磷率可以达到30%以上。当炉渣碱度小于1.25、FeO质量分数小于35%时,适当地提高炉渣碱度和FeO含量能促进炉渣熔点降低,进而有利于低温气化脱磷反应的发生。XRD和SEM-EDS分析结果表明,转炉渣主要由富磷相、基体相和RO相组成,其中Si、P、Ca质量分数高的Ca_(2)SiO_(4)-Ca_(3)(PO_(4))_(2)富磷相的存在不利于低温气化脱磷反应发生,Fe、Mn等金属氧化物质量分数高的RO相和基体相的存在有利于低温气化脱磷。通过转炉渣拉曼光谱分析表明,当转炉渣硅氧四面体结构Q^(n)(n=1,2,3)相对含量较低时,渣中聚合度降低,且Ca_(3)Si_(2)O_(7)相含量较少,炉渣流动性较好,此种渣结构有利于低温气化脱磷。通过本研究可以为钢铁企业实现脱磷转炉渣的二次利用提供借鉴。

关键词：转炉熔渣低温气化脱磷热力学条件矿相结构

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转炉熔渣气化脱磷与循环利用工业试验

材料与冶金学报 2023年第3期22卷 218-223页

作者：孙华康李晨晓王书桓佟帅薛月凯张凯璇华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063009

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%... 详细信息

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.

关键词：转炉炼钢气化脱磷焦粉溅渣护炉节能减排

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SiC还原磷灰石气化脱磷的热力学机理研究

金属矿山 2022年第8期51卷 131-137页

作者：贺腾罗果萍张婧张国成纪祥辉内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010 包头师范学院化学学院内蒙古包头014010

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... 详细信息

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。

关键词： SiC 气化脱磷热力学机理辅助脱磷剂

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转炉熔渣气化脱磷行为及矿相研究

炼钢 2022年第4期38卷 40-46页

作者：韩宇薛月凯崔小杰李晨晓王书桓河钢股份有限公司承德分公司河北承德067000 华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

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... 详细信息

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。

关键词：转炉渣还原气化脱磷矿相

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转炉熔渣气化脱磷时磷迁移规律研究

炼钢 2022年第1期38卷 32-37页

作者：佟帅王书桓李晨晓薛月凯张凯璇孙华康华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 唐山市特种冶金及材料制备重点实验室河北唐山063210

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... 详细信息

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。

关键词：气化脱磷熔渣 Fe相焦炭

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SiC还原磷灰石气化脱磷的动力学研究

SiC还原磷灰石气化脱磷的动力学研究

作者：纪祥辉内蒙古科技大学

学位级别：硕士

开发和利用国内中高磷铁矿石是减少钢铁企业铁矿石进口量和降低生产成本的有效措施。中高磷铁水进入转炉不仅会加重炼钢脱磷负担,而且会造成磷在整个钢铁制造流程中的恶性循环。如果能够在烧结过程中加入脱磷剂使磷元素转变成含磷气体... 详细信息

开发和利用国内中高磷铁矿石是减少钢铁企业铁矿石进口量和降低生产成本的有效措施。中高磷铁水进入转炉不仅会加重炼钢脱磷负担,而且会造成磷在整个钢铁制造流程中的恶性循环。如果能够在烧结过程中加入脱磷剂使磷元素转变成含磷气体而气化脱除,这对降低磷在整个钢铁制造流程中的危害具有重要意义。本文以SiC为还原剂,研究了辅助脱磷剂和还原温度对磷灰石气化脱磷的动力学影响,确定了磷灰石气化脱磷反应的活化能、反应机理函数和限制性环节,研究结果为实现烧结过程的气化脱磷提供了理论依据。论文首先采用Fact Sage热力学模拟与实验研究相结合的方法,对有、无辅助脱磷剂时SiC还原磷灰石的热力学条件进行了探索。结果表明,当焙烧温度为1300℃且不添加辅助脱磷剂时的气化脱磷率只有17.8%;选用NaCO、Si O和AlO作为辅助脱磷剂,通过反应生成霞石Na Al Si O打开脉石包裹生成液相来改善脱磷反应的动力学条件,对于NaCO含量为8wt%的辅助脱磷剂体系可以获得86.5%的最高脱磷率。为了探明SiC还原磷灰石反应的动力学机理,在热力学研究的基础上采用SiC、Ca(PO)、NaCO、Si O、AlO纯化学试剂配制1#试样,通过TG-DSC实验得出反应的相关数据,进行动力学分析。由于1#试样的失重包含了CO和含磷气体的挥发,会影响气化脱磷动力学分析的准确性,论文将NaCO、AlO、Si O试剂按照化学计量关系进行配料、混料和压片,制备Na Al Si O试样。然后采用SiC、Ca(PO)和Na Al Si O配制2#试样,进行TG-DSC动力学实验,控制升温速率分别为5℃/min、7.5℃/min、10℃/min、12.5℃/min和15℃/min,得到脱磷反应的活化能E=392.84k J/mol,ln A(s)=35.98,反应的机理函数为g(α)=(1-α)-1,限制性环节为界面化学反应。

关键词：烧结气化脱磷辅助脱磷剂动力学

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转炉气化脱磷渣循环再利用成渣脱磷基础研究

转炉气化脱磷渣循环再利用成渣脱磷基础研究

作者：佟帅华北理工大学

学位级别：硕士

我国转炉渣排放量巨大,但利用水平很低,大量堆弃的炉渣污染环境,因此,提高转炉渣利用率迫在眉睫。近年来,转炉留渣操作能够有效地“源头把控”转炉新渣的产生,但转炉渣中P的富集限制了其炉内循环利用。针对P的富集问题,提出在溅渣护炉... 详细信息

我国转炉渣排放量巨大,但利用水平很低,大量堆弃的炉渣污染环境,因此,提高转炉渣利用率迫在眉睫。近年来,转炉留渣操作能够有效地“源头把控”转炉新渣的产生,但转炉渣中P的富集限制了其炉内循环利用。针对P的富集问题,提出在溅渣护炉过程中加入还原剂进行气化脱磷,气化脱磷能够有效地减少渣中PO含量,但转炉气化脱磷渣循环利用成渣必然会对转炉脱磷产生影响。因此,对转炉气化脱磷渣循环利用时用于脱磷研究十分重要,通过对气化脱磷渣用于成渣脱磷研究,总结了气化脱磷渣的脱磷效果及石灰的熔解行为。研究结果表明:终渣中P普遍存在于高Ca和高Si含量的硅酸盐相微区。转炉渣气化脱磷后,终渣中白色小颗粒状和长条状的RO相被还原成亮白色大直径颗粒状Fe相,并在Fe相赋存大量P元素。还原温度为1420～1540℃时,气化脱磷渣的磷分配比随温度的升高而降低;终渣碱度为2.81～3.71时,终渣碱度增大,气化脱磷渣的磷分配比增大;终渣Fe O含量为16%～28%时,气化脱磷渣的磷分配比随Fe O含量的增大而增大。气化脱磷渣的初期脱磷效果明显,终点脱磷率低;配制脱磷剂的初期脱磷效果差,终点脱磷率高,高达90%。因此根据两种脱磷剂的脱磷优势,当气化脱磷渣与配制脱磷剂比例为1:4时,脱磷效率最高。石灰在炉渣中熔解时,熔渣组元Si O主要向石灰表层扩散,形成Ca O-Si O复合相,Fe或Fe向石灰内部扩散渗透形成Ca O-Fe O复合相。图45幅;表23个;参72篇。

关键词：转炉渣气化脱磷循环利用脱磷石灰熔解

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焦炭还原脱磷转炉熔渣的气化脱磷试验

钢铁 2020年第9期55卷 118-124页

作者：郭瑞华王书桓李晨晓周朝刚赵定国陈虎华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 唐山市特种冶金及材料制备重点实验室河北唐山063210 首钢京唐钢铁联合有限责任公司制造部河北唐山063200

为了解决脱磷转炉熔渣中磷含量过高而不能直接实现转炉内循环利用的问题,在实验室进行了焦炭还原脱磷转炉熔渣热态试验,系统研究了不同碳当量、温度、碱度、FeO质量分数、氮气流量对气化脱磷率的影响规律。研究结果表明,试验采用2倍碳... 详细信息

为了解决脱磷转炉熔渣中磷含量过高而不能直接实现转炉内循环利用的问题,在实验室进行了焦炭还原脱磷转炉熔渣热态试验,系统研究了不同碳当量、温度、碱度、FeO质量分数、氮气流量对气化脱磷率的影响规律。研究结果表明,试验采用2倍碳当量气化脱磷效果较好,气化脱磷率随着温度的升高而逐渐增加,1733K时气化脱磷率为68.6%;气化脱磷率随着碱度的降低而逐渐增加,当碱度控制为1.4时气化脱磷率可以达到45.6%;FeO质量分数在10%~30%范围变化时,气化脱磷率随着FeO质量分数的增加先升高后降低,FeO质量分数为25%时气化脱磷率最高可以达到43.5%。气化脱磷率随着氮气流量的增加先升高后降低,氮气流量为80L/h时,气化脱磷率为45.37%。由SEM分析结果可知,脱磷炉渣中的磷主要富集在硅钙富集区域,气化脱磷反应后微区内磷分布无特殊规律。

关键词：脱磷转炉熔渣气化脱磷微观形貌溅渣护炉

SiO2、Na2CO3对预还原烧结过程中气化脱磷的影响

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钢铁研究学报 2020年第3期32卷 204-211页

作者：赵东张婧罗果萍陈衍彪张翔内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010

白云鄂博铁精矿磷含量较高为0.08%(质量分数),且磷元素主要以氟磷灰石的形式存在。基于前期白云鄂博矿磷的赋存状态及白云鄂博矿预还原烧结工艺对脱磷影响的研究,同时为了开发利用其他中、高磷铁矿,研究了白云鄂博铁精矿预还原烧结过程... 详细信息

白云鄂博铁精矿磷含量较高为0.08%(质量分数),且磷元素主要以氟磷灰石的形式存在。基于前期白云鄂博矿磷的赋存状态及白云鄂博矿预还原烧结工艺对脱磷影响的研究,同时为了开发利用其他中、高磷铁矿,研究了白云鄂博铁精矿预还原烧结过程中磷的气化脱除机制。利用FactSage热力学软件、XRD、SEM-EDS对比分析不同SiO2、Na2CO3添加量对预还原烧结过程中气化脱磷率、金属化率以及物相转变的影响。结果表明:最佳的SiO2、Na2CO3添加量(质量分数)分别为3%、1%,对应的脱磷率为31%,金属化率为96%,实现了预还原烧结过程中磷的有效脱除,进一步明确预还原烧结脱磷机制,为以后中、高磷铁矿脱磷的研究指明了方向。

关键词：铁精矿预还原烧结气化脱磷脱磷剂