CaO基含V2O5、TiO2半鋼渣系脫磷能力的研究

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CaO基含V2O5、TiO2半鋼渣系脫磷能力的研究劉崇1王寶華2,3劉綱4,5朱榮2張瑞忠1張明博3（1河鋼集團(tuán)鋼研總院，石家莊 050023；2北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083;3河鋼股份有限公…

CaO基含V₂O₅、TiO₂半鋼渣系脫磷能力的研究
劉崇¹  王寶華^2,3  劉綱^4,5  朱榮²  張瑞忠¹  張明博³
（1河鋼集團(tuán)鋼研總院，石家莊 050023；2北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083;3河鋼股份有限公司承德分公司，承德 067002；4中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司鋼鐵研究總院，北京 100081；5中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122；）

 
摘  要：為探索脫磷終渣中V₂O₅、TiO₂對(duì)半鋼渣系脫磷能力的影響規(guī)律，通過建立分子離子共存理論模型對(duì)承鋼CaO基含V₂O₅、TiO₂半鋼渣系脫磷能力進(jìn)行研究，結(jié)果表明：在不同溫度和堿度條件下，隨著爐渣中V₂O₅和TiO₂含量的增加，爐渣脫磷分配比降低，而且高溫條件可弱化(V₂O₅+TiO₂)對(duì)脫磷產(chǎn)生的不利影響，與TiO₂相比，V₂O₅對(duì)爐渣磷分配比影響較弱；隨著堿度和FeO含量增加，爐渣的磷分配比呈現(xiàn)出先增加后持平的規(guī)律；隨著MgO和MnO含量的增加，爐渣磷分配比降低；結(jié)合理論研究結(jié)果，對(duì)爐渣的成分進(jìn)行了優(yōu)化，平均脫磷率提高19.45%，終點(diǎn)磷含量降低50%。
關(guān)鍵詞：離子分子共存理論；活度；磷分配比
 

The study on the dephosphorization ability of the CaO base containing V₂O₅ and TiO₂ semi-steel slag
（LIU Chong1*，WANG Baohua2,3，Liu Gang4,5，Zhu Rong2，Zhang Ruizhong1，Zhang Mingbo3）
 
（1.Central Iron and Steel Reserch Institute ,HBIS Group,Shijiazhuang 050023,China；2.School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China；3.Chengde Steel Company of Heibei Steel Company Group，Chengde 067102；4.Central Iron & Steel Research Institute,CISRI,Beijing 100081,China;5.China Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China）

Abstract：V₂O₅ and TiO₂ have an important influence on the dephosphorization ability.This artical focuses on the study of dephosphorization ability of the CaO base containing V₂O₅ and TiO₂ semi-steel slag by the developed IMCT-Ni model based on the ion and molecule coexistence theory.The results indicate that the dephosphorization ability of slag gradually decreases at different temperatures and alkalinity conditions with the increasing of V₂O₅ and TiO₂ content in slag,and the adverse effect of (V₂O₅+TiO₂) on dephosphorization can be weakened at high temperature,and the TiO₂ has a more negative effect on phosphorus distribution ratio than V₂O₅.Along with the increasing of alkalinity and FeO, the change trend of phosphorus distribution ratio is first rise and then flat. The phosphorus distribution ratio gradually reduces with the increasing of MgO and MnO.According to the results of theoretical research, the composition of slag was optimized, the average dephosphorization rate was increased by 19.45%, and the end phosphorus content was decreased by 50%.
Key words：ion and molecule coexistence theory,activity,phosphorus distribution ratio 
CaO基含V₂O₅、TiO₂半鋼渣系脫磷能力的研究
劉崇¹  王寶華^2,3  劉綱^4,5  朱榮²  張瑞忠¹  張明博³
（1河鋼集團(tuán)鋼研總院，石家莊 050023；2北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083;3河鋼股份有限公司承德分公司，承德 067002；4中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司鋼鐵研究總院，北京 100081；5中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122；）
 
摘  要：為探索脫磷終渣中V₂O₅、TiO₂對(duì)半鋼渣系脫磷能力的影響規(guī)律，通過建立分子離子共存理論模型對(duì)承鋼CaO基含V₂O₅、TiO₂半鋼渣系脫磷能力進(jìn)行研究，結(jié)果表明：在不同溫度和堿度條件下，隨著爐渣中V₂O₅和TiO₂含量的增加，爐渣脫磷分配比降低，而且高溫條件可弱化(V₂O₅+TiO₂)對(duì)脫磷產(chǎn)生的不利影響，與TiO₂相比，V₂O₅對(duì)爐渣磷分配比影響較弱；隨著堿度和FeO含量增加，爐渣的磷分配比呈現(xiàn)出先增加后持平的規(guī)律；隨著MgO和MnO含量的增加，爐渣磷分配比降低；結(jié)合理論研究結(jié)果，對(duì)爐渣的成分進(jìn)行了優(yōu)化，平均脫磷率提高19.45%，終點(diǎn)磷含量降低50%。
關(guān)鍵詞：離子分子共存理論；活度；磷分配比
 
The study on the dephosphorization ability of the CaO base containing V₂O₅ and TiO₂ semi-steel slag
（LIU Chong1*，WANG Baohua2,3，Liu Gang4,5，Zhu Rong2，Zhang Ruizhong1，Zhang Mingbo3）
 
（1.Central Iron and Steel Reserch Institute ,HBIS Group,Shijiazhuang 050023,China；2.School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China；3.Chengde Steel Company of Heibei Steel Company Group，Chengde 067102；4.Central Iron & Steel Research Institute,CISRI,Beijing 100081,China;5.China Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China
*Corresponding author, E-mail:liuchong01@hbisco.com）
Abstract：V₂O₅ and TiO₂ have an important influence on the dephosphorization ability.This artical focuses on the study of dephosphorization ability of the CaO base containing V₂O₅ and TiO₂ semi-steel slag by the developed IMCT-Ni model based on the ion and molecule coexistence theory.The results indicate that the dephosphorization ability of slag gradually decreases at different temperatures and alkalinity conditions with the increasing of V₂O₅ and TiO₂ content in slag,and the adverse effect of (V₂O₅+TiO₂) on dephosphorization can be weakened at high temperature,and the TiO₂ has a more negative effect on phosphorus distribution ratio than V₂O₅.Along with the increasing of alkalinity and FeO, the change trend of phosphorus distribution ratio is first rise and then flat. The phosphorus distribution ratio gradually reduces with the increasing of MgO and MnO.According to the results of theoretical research, the composition of slag was optimized, the average dephosphorization rate was increased by 19.45%, and the end phosphorus content was decreased by 50%.
Key words：ion and molecule coexistence theory,activity,phosphorus distribution ratio
1 引言
為精確表征爐渣的脫磷能力，包燕平^[1]和李鵬程^[2]等人在分子離子共存理論的基礎(chǔ)上提出了IMCT-Lp預(yù)報(bào)模型，對(duì)CaO-SiO₂- MgO-Fe₂O₃-FeO渣系磷分配比進(jìn)行計(jì)算，并與其他計(jì)算模型以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，表明IMCT-L_P預(yù)報(bào)模型的準(zhǔn)確性較高。河鋼承鋼使用的釩鈦磁鐵礦中磷含量較高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐脫磷負(fù)擔(dān)重，而且對(duì)含TiO₂、V₂O₅渣系脫磷能力的研究鮮有報(bào)道，為了實(shí)現(xiàn)高效低成本脫磷，本文采用分子離子共存理論對(duì)CaO基含V₂O₅、TiO₂的CaO-FeO-MgO-SiO₂-MnO-TiO₂-V₂O₅-P₂O₅半鋼渣系的脫磷能力進(jìn)行探索，重點(diǎn)研究渣中TiO₂、V₂O₅、堿度-(TiO₂+V₂O₅)、FeO-(TiO₂+V₂O₅)、MgO-(TiO₂ +V₂O₅)、MnO-(TiO₂ +V₂O₅)對(duì)爐渣磷分配比的影響，為優(yōu)化含釩鐵水脫磷終渣的成分提供理論依據(jù)，另外通過工業(yè)化實(shí)驗(yàn)，對(duì)理論研究進(jìn)行驗(yàn)證。

2爐渣作用濃度計(jì)算模型的建立
2.1 CaO-FeO-MgO-SiO2-MnO-TiO2-V2O5-P2O5渣系的結(jié)構(gòu)單元
根據(jù)分子離子共存理論^[3,4]以及相圖^[5]CaO-P₂O₅-SiO₂、MgO-P₂O₅ CaO-FeO-P₂O₅、CaO-MnO-P₂O₅、CaO-MgO-SiO₂、FeO-SiO₂、MnO-SiO₂、CaO-SiO₂-TiO₂、FeO-MnO-TiO₂等，經(jīng)過分析研究CaO-FeO-MgO-SiO₂-MnO-TiO₂-V₂O₅-P₂O₅半鋼渣系中所包含的結(jié)構(gòu)單元如下：
簡(jiǎn)單陽(yáng)離子：Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、O^2-；
簡(jiǎn)單氧化物：P₂O₅、SiO₂、V₂O₅、TiO₂；
復(fù)雜化合物：CaO∙SiO₂、2CaO∙SiO₂、3CaO∙SiO₂、2CaO∙P₂O₅、3CaO∙P₂O₅、4CaO∙P₂O₅、CaO∙TiO₂、3CaO∙2TiO₂、4CaO∙3TiO₂、2FeO∙SiO₂、3FeO∙P₂O₅、4FeO∙P₂O₅、FeO∙TiO₂、FeO∙2TiO₂、2FeO∙TiO₂、FeO∙V₂O₃、3MnO∙P₂O₅、MnO∙SiO₂、2MnO∙SiO₂、MnO∙TiO₂、2MnO∙TiO₂、MgO∙SiO₂、2MgO∙SiO₂、2MgO∙P₂O₅、3MgO∙P₂O₅、MgO∙TiO₂、MgO∙2TiO₂、2MgO∙TiO₂、CaO∙MgO∙SiO₂、CaO∙MgO∙2SiO₂、2CaO∙MgO∙2SiO₂、3CaO∙MgO∙2SiO₂、CaO∙FeO∙SiO₂、CaO∙SiO₂∙TiO₂、3CaO∙V₂O₅、2CaO∙V₂O₅、CaO∙V₂O₅、2MgO∙V₂O₅、MgO∙V₂O₅、MnO∙V₂O₅

2.2 渣系中各個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間的平衡關(guān)系
八元渣系中各個(gè)組元的作用濃度用N_i表示，表1為組元之間的反應(yīng)及達(dá)到平衡時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能ΔG^θ。a₁、a₂、a₃、a₄、b₁、b₂、b₃、b₄分別為100g爐渣中各相應(yīng)物質(zhì)的總摩爾數(shù)，設(shè)平衡時(shí)各組元的物質(zhì)的量分別用a₁=Ʃn(SiO₂)、a₂=Ʃn(TiO₂)、a₃=Ʃn(V₂O₅)、a₄=Ʃn(P₂O₅)、b₁=Ʃn(CaO)、b₂=Ʃn(FeO)、b₃=Ʃn(MgO)、b₄=Ʃn(MnO)來(lái)表示，Ʃn=100g爐渣中平衡后各組元的摩爾數(shù)之和。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，得到以下關(guān)系式(1)~(9)。

表1 CaO-FeO-MgO-SiO₂-MnO-TiO₂-V₂O₅-P₂O₅渣系中形成復(fù)雜分子的化學(xué)反應(yīng)及平衡時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能和作用濃度的表達(dá)式^[4,6,7]

編號(hào)	反應(yīng)方程式	ΔGθ/(J∙mol-1)	Ni
1	(Ca2++O2-)+(SiO2)=(CaO∙SiO2)	-81416-10.498T	N9=K9∙N1∙N5
2	2(Ca2++O2-)+(SiO2)=(2CaO∙SiO2)	-160431+4.106T	N10=K10∙N1∙N52
3	3(Ca2++O2-)+(SiO2)=(3CaO∙SiO2)	-93366-23.03T	N11=K11∙N1∙N53
4	2(Ca2++O2-)+(P2O5)=(2CaO∙P2O5)	-120427.13-290.52T	N12=K12∙N4∙N52
5	3(Ca2++O2-)+(P2O5)=(3CaO∙P2O5)	-694563.13+49.9T	N13=K13∙N4∙N53
6	4(Ca2++O2-)+(P2O5)=(4CaO∙P2O5)	-822509.8+95.89T	N14=K14∙N4∙N54
7	(Ca2++O2-)+(TiO2)=(CaO∙TiO2)	-79900-3.35T	N15=K15∙N2∙N5
8	3(Ca2++O2-)+2(TiO2)=(3CaO∙2TiO2)	-207100-11.51T	N16=K16∙N22∙N53
9	4(Ca2++O2-)+3(TiO2)=(4CaO∙3TiO2)	-292900-17.573T	N17=K17∙N23∙N54
10	2(Fe2++O2-)+(SiO2)=(2FeO∙SiO2)	-28596+3.349T	N18=K18∙N1∙N62
11	3(Fe2++O2-)+(P2O5)=(3FeO∙P2O5)	-430404+92.71T	N19=K19∙N4∙N63
12	4(Fe2++O2-)+(P2O5)=(4FeO∙P2O5)	-381831.47+47.38T	N20=K20∙N4∙N64
13	(Fe2++O2-)+(TiO2)=(FeO∙TiO2)	27293.75-26.25T	N21=K21∙N2∙N6
14	(Fe2++O2-)+2(TiO2)=(FeO∙2TiO2)	-27839.2+3.6T	N22=K22∙N22∙N6
15	2(Fe2++O2-)+(TiO2)=(2FeO∙TiO2)	-33913.08+5.86T	N23=K23∙N2∙N62
16	(Fe2++O2-)+(V2O3)=(FeO∙V2O3)	-45190+16.32T	N24=K24∙N3∙N6
17	3(Mn2++O2-)+(P2O5)=(3MnO∙P2O5)	-526421.41+102.05T	N25=K25∙N4∙N83
18	(Mn2++O2-)+(SiO2)=(MnO∙SiO2)	-30013-5.02T	N26=K26∙N1∙N8
19	2(Mn2++O2-)+(SiO2)=(2MnO∙SiO2)	-86670+16.81T	N27=K27∙N1∙N82
20	(Mn2++O2-)+(TiO2)=(MnO∙TiO2)	-24662+1.254T	N28=K28∙N2∙N8
21	2(Mn2++O2-)+(TiO2)=(2MnO∙TiO2)	-37620-1.672T	N29=K29∙N2∙N82
22	(Mg2++O2-)+(SiO2)=(MgO∙SiO2)	-36425+1.675T	N30=K30∙N1∙N7
23	2(Mg2++O2-)+(SiO2)=(2MgO∙SiO2)	-63220+1.884T	N31=K31∙N1∙N72
24	2(Mg2++O2-)+(P2O5)=(2MgO∙P2O5)	168369-339.35T	N32=K32∙N4∙N72
25	3(Mg2++O2-)+(P2O5)=(3MgO∙P2O5)	-486715.5+36.84T	N33=K33∙N4∙N73
26	(Mg2++O2-)+(TiO2)=(MgO∙TiO2)	-26400+3.41T	N34=K34∙N2∙N7
27	(Mg2++O2-)+2(TiO2)=(MgO∙2TiO2)	-27600-0.63T	N35=K35∙N22∙N7
28	2(Mg2++O2-)+(TiO2)=(2MgO∙TiO2)	-25500-1.26T	N36=K36∙N2∙N72
29	(Ca2++O2-)+(Mg2++O2-)+(SiO2) =(CaO∙MgO∙SiO2)	-124766.6+3.768T	N37=K37∙N1∙N5∙N7
30	(Ca2++O2-)+(Mg2++O2-)+2(SiO2) =(CaO∙MgO∙2SiO2)	-80386-51.916T	N38=K38∙N12∙N5∙N7
31	2(Ca2++O2-)+(Mg2++O2-)+2(SiO2) =(2CaO∙MgO∙2SiO2)	-73688-63.639T	N39=K39∙N12∙N52∙N7
32	3(Ca2++O2-)+(Mg2++O2-)+2(SiO2) =(3CaO∙MgO∙2SiO2)	-315469+24.786T	N40=K40∙N12∙N53∙N7
33	(Ca2++O2-)+(Fe2++O2-)+(SiO2) =(CaO∙FeO∙SiO2)	-72996.8-29.3169T	N41=K41∙N1∙N5∙N6
34	(Ca2++O2-)+(SiO2)+(TiO2) =(CaO∙SiO2∙TiO2)	27078.6-76.3T	N42=K42∙N1∙N2∙N5
35	3(Ca2++O2-)+(V2O5)=(3CaO∙V2O5)	-321960-24.686T	N43=K43·N3·N53
36	2(Ca2++O2-)+(V2O5)=(2CaO∙V2O5)	-262338-10.042T	N44=K44·N3·N52
37	(Ca2++O2-)+(V2O5)=(CaO∙V2O5)	-143512-8.368T	N45=K45·N3·N5
38	2(Mg2++O2-)+(V2O5)=(2MgO∙V2O5)	-82006-19.3337T	N46=K46·N3·N72
39	(Mg2++O2-)+(V2O5)=(MgO∙V2O5)	-972780-2.748T	N47=K47·N3·N7
40	(Mn2++O2-)+(V2O5)=(MnO∙V2O5)	-53356-8.368T	N48=K48·N3·N8

 

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，渣系中各組元之間的物料平衡關(guān)系如下：
 

由上式組成的高次非線性方程組即是求解CaO-FeO-MgO-SiO₂-MnO-TiO₂-V₂O₃-P₂O₅中八元渣系活度的計(jì)算模型。根據(jù)爐渣的成分?jǐn)?shù)據(jù)，采用牛頓迭代法求解各個(gè)組元的作用濃度。

3 八元渣系磷分配比計(jì)算模型
    八元渣系CaO-FeO-MgO-SiO₂-MnO-TiO₂-V₂O₅-P₂O₅與鋼液之間的脫磷過程可以由渣系中的堿性離子對(duì)(Ca²⁺+O^2-)、(Mg²⁺+O^2-)、(Mn²⁺+O^2-)、(Fe²⁺+O^2-)，和氧化性的(Fe²⁺+O^2-)反應(yīng)生成九種脫磷產(chǎn)物P₂O₅、2CaO∙P₂O₅、3CaO∙P₂O₅、4CaO∙P₂O₅、3FeO∙P₂O₅、4FeO∙P₂O₅、3MnO∙P₂O₅、2MgO∙P₂O₅、3MgO∙P₂O₅^[68-69]。




根據(jù)脫磷反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與磷分配比之間的關(guān)系，可推導(dǎo)出八元渣系CaO-FeO-MgO-SiO₂-MnO-TiO₂-V₂O₅-P₂O₅的磷分配比L_P數(shù)學(xué)關(guān)系式：



∑n_i——所有結(jié)構(gòu)單元總平衡物質(zhì)的量，mol；
 N_i——爐渣中CaO、MgO、FeO和MnO的作用濃度；

4爐渣成分對(duì)lgLp的影響
4.1 V₂O₅和TiO₂對(duì)爐渣lgLp的影響
根據(jù)上述爐渣熱力學(xué)計(jì)算模型得出，當(dāng)渣中MgO、FeO、P₂O₅、MnO含量分別為5.85%、19.18%、6.08%和6.82%，溫度為1300℃和1400℃，堿度為2.5、3.5時(shí)，得到V₂O₅和TiO₂對(duì)半鋼爐渣lgL_p的影響曲線，由圖1可知：
（1） 當(dāng)溫度為1300℃，隨著V₂O₅或TiO₂含量的增加，半鋼爐渣的lgL_p逐漸降低。當(dāng)爐渣中的V₂O₅和TiO₂含量相同時(shí)，TiO₂對(duì)爐渣lgL_p的影響更大；在不同爐渣堿度情況下，V₂O₅和TiO₂對(duì)爐渣lgL_p的影響規(guī)律相同，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：1從氧化物酸堿性角度分析，V₂O₅和TiO₂在堿性爐渣中表現(xiàn)出酸性氧化物的性質(zhì)，隨著TiO₂和V₂O₅含量的增加，爐渣的全堿度減小，使脫磷能力降低；2根據(jù)熔渣離子理論，脫磷過程中部分PO₄^3-取代SiO₄^4-并隨Ca₂SiO₄一起析出，同時(shí)，離子間的取代也發(fā)生在TiO₃^2-或VO₃^-與SiO₄^4-之間，當(dāng)TiO₂或V₂O₅含量過高時(shí)，會(huì)抑制PO₄^3-隨Ca₂SiO₄的析出過程^[9]；3從共存理論角度分析，隨著TiO₂和V₂O₅含量的增加，渣中SiO₂、CaTiO₃和CaTiSiO₅活度增大，而CaO、Ca₂SiO₄的活度減小，林路^[10]等人的研究也發(fā)現(xiàn)爐渣中TiO₂的含量從0.98%增至10%時(shí)，可使渣中的CaSiO₄含量下降30%，故TiO₂和V₂O₅含量的增加導(dǎo)致半鋼lgL_p降低。
（2） 當(dāng)溫度為1400℃，隨著V₂O₅或TiO₂含量的增加，爐渣的lgL_p變化較小，因此在高溫條件下，V₂O₅或TiO₂對(duì)半鋼爐渣的lgL_p影響較弱，原因可能是溫度對(duì)lgL_p的影響程度占主要優(yōu)勢(shì)，因此溫度的升高，可弱化TiO₂或V₂O₅對(duì)lgL_p的影響，而且高溫條件下的磷分配降低。




4.2 堿度-( V₂O₅+TiO₂)對(duì)爐渣lgLp的影響
當(dāng)渣中MgO、FeO、P₂O₅、MnO含量分別為5.85%、19.18%、6.08%和6.82%，溫度為1300℃和1400℃時(shí)，得到堿度-(V₂O₅+TiO₂)對(duì)半鋼爐渣lgL_p的影響曲線，由圖2可知：
當(dāng)溫度為1300℃和1400℃、堿度在1.0~3.0之間時(shí)，隨著堿度增加半鋼爐渣的lgL_p逐漸增加；當(dāng)堿度大于3.0時(shí)，半鋼爐渣的lgL_p變化不明顯，隨著(V₂O₅+TiO₂) 含量的增加，爐渣lgL_p逐漸降低。從圖中分析可知，采用堿度大于4的爐渣，對(duì)提高半鋼爐渣脫磷熱力學(xué)是沒有意義的，反而造成脫磷成本的增加。僅從堿度-(V₂O₅+TiO₂)的角度考慮，將爐渣堿度控制在3.0~3.5左右較為適宜，不僅保持了較高的lgL_p，并且堿度可以弱化(V₂O₅+TiO₂)對(duì)lgL_p的影響。



4. 3 FeO-(V₂O₅+TiO₂)對(duì)爐渣lgLp的影響
當(dāng)爐渣堿度為3.1、MgO、P₂O₅、MnO含量分別為5.85%、6.08%和6.82%，溫度為1300℃和1400℃時(shí)，得到FeO-(V₂O₅+TiO₂)對(duì)半鋼爐渣lgL_p影響曲線，由圖3可知：
    溫度在1300℃或1400℃時(shí)，隨著渣中FeO含量的增加，半鋼爐渣lgL_p均呈現(xiàn)出先增加后持平的變化趨勢(shì)，分析認(rèn)為：1隨著FeO含量的增加，可以使渣中自由氧離子[O^2-]的濃度增大，致使aO2-增大^[11]，提高了爐渣的脫磷能力；2渣中氧的活度系數(shù)增大，其氧化能力增強(qiáng)，因而使鋼液中[P]元素發(fā)生強(qiáng)烈氧化反應(yīng)，并且在CaO的作用下，生成穩(wěn)定的磷酸鈣，使渣中的磷含量增加；3但是過高的FeO含量會(huì)稀釋渣中CaO含量，降低渣中CaO活度降低，導(dǎo)致無(wú)法形成穩(wěn)定的磷酸鈣鹽，進(jìn)而影響脫磷效果，故此隨著渣中FeO含量的增加，半鋼爐渣lgL_p基本呈現(xiàn)出先升高后持平的變化趨勢(shì)。并且隨著爐渣中(V₂O₅+TiO₂)的含量逐漸增加，爐渣的lgL_p逐漸降低。



4. 4 MgO-(V₂O₅+TiO₂)對(duì)爐渣lgLp的影響
當(dāng)爐渣堿度為3.1、當(dāng)渣中FeO、P₂O₅、MnO含量分別為19.18%、6.08%和6.82%，溫度為1300℃和1400℃時(shí)，得到MgO-(V₂O₅+TiO₂）對(duì)半鋼爐渣lgL_p影響曲線，由圖4可知：
 隨著渣中MgO含量的增加，爐渣lgL_p逐漸降低。在不同溫度下，隨著(V₂O₅+TiO₂)含量增加，爐渣lgL_p逐漸降低；而且高溫條件下，(V₂O₅+TiO₂)對(duì)爐渣lgL_p影響減弱。由脫磷反應(yīng)式可知，w(MgO) 增加對(duì)脫磷有正面的作用，但是MgO含量的增加會(huì)弱化CaO、FeO對(duì)爐渣脫磷作用^[12]，兩者的協(xié)同作用，反而使得lgL_p降低。



4. 5 MnO-(V₂O₅+TiO₂)對(duì)爐渣lgLp的影響
當(dāng)爐渣堿度為3.1、MgO、FeO、P₂O₅、含量分別為 5.85%、19.18%和6.08%，溫度為1300℃和1400℃時(shí)，得到MgO-(V₂O₅+TiO₂）對(duì)半鋼爐渣lgL_p影響曲線，由圖5可知：
當(dāng)溫度在1300℃和1400℃時(shí)，隨著渣中 MnO含量增加，爐渣的lgL_p逐漸降低；隨著渣中(V₂O₅+TiO₂)含量增加，爐渣的lgL_p逐漸降低；分析可知，隨著爐渣中MnO具有助熔劑的作用，同時(shí)也可形成磷酸錳的化合物，但其的助熔作用和與P₂O₅結(jié)合的能力遠(yuǎn)不如FeO和CaO，w(MnO) 增加對(duì)脫磷隨有正面的作用，但是MnO含量的增加會(huì)弱化CaO、FeO對(duì)爐渣脫磷作用，反而使得lgL_p降低。



5含V、Ti高磷鐵水預(yù)脫磷的工業(yè)試驗(yàn)
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，在堿度維持在現(xiàn)狀的情況下，提高預(yù)脫磷渣中FeO的含量，以降低爐渣熔點(diǎn)，提高脫磷率和脫磷效果，為轉(zhuǎn)爐冶煉奠定原料基礎(chǔ)。為了驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果和提高脫磷率，在150提釩轉(zhuǎn)爐開展的工業(yè)試驗(yàn)，每爐次氧化鐵皮球的加入量控制在1.5~2.0t之間。  
（1）優(yōu)化后對(duì)爐渣主要成分的影響
圖6給出含V、Ti高磷鐵水預(yù)脫磷渣優(yōu)化前后爐渣堿度和FeO的含量。由圖6（a）可知，優(yōu)化前的預(yù)脫磷渣終渣堿度在2.48~3.80之間，平均堿度為3.20，優(yōu)化后的預(yù)脫磷渣終渣堿度在2.56~3.34之間，平均堿度為2.90。優(yōu)化后的爐渣堿度平均降低了0.3，這對(duì)預(yù)脫磷渣的脫磷效果幾乎沒有任何影響，但是卻有助于降低爐渣的熔點(diǎn)。



由圖6（b）可知，優(yōu)化前的預(yù)脫磷渣終渣的FeO含量在12.08~17.30%之間，平均的FeO含量為14.72%。優(yōu)化后的預(yù)脫磷渣終渣的FeO含量在19.82~27.04%之間，平均的FeO含量為23.55%，通過比較可知優(yōu)化后的爐渣的FeO含量平均增加了8.83%。增加渣中的FeO含量有助于增加爐渣的磷分配比和磷容量，降低爐渣的熔點(diǎn)，有利于快速成渣，提高脫磷的效果。
（2）優(yōu)化后對(duì)脫磷率的影響
圖7對(duì)含V、Ti高磷鐵水預(yù)脫磷渣優(yōu)化前后的脫磷率做出了對(duì)比。由圖可知，優(yōu)化前的脫磷率為42.58~73.21%，平均的脫磷率為59.75%，而優(yōu)化后的脫磷率為72.83~ 88.51%，平均的脫磷率為79.20%。通過對(duì)比工業(yè)試驗(yàn)可知，優(yōu)化后的脫磷率明顯好于優(yōu)化前，使脫磷率大幅提高19.45%。工業(yè)實(shí)驗(yàn)表明，采用加入1.5~2.0t氧化鐵皮球的措施，可以顯著提高脫磷效果。



（3）優(yōu)化后對(duì)終點(diǎn)磷含量的影響
圖8給出了含V、Ti高磷鐵水預(yù)脫磷優(yōu)化前后的終點(diǎn)[P]含量。由圖可知，優(yōu)化前后的脫磷后半鋼終點(diǎn)[P]含量分別在0.045~0.101%和0.021~ 0.048%之間，平均終點(diǎn)[P]含量分別為0.0685%和0.0363%。對(duì)比終點(diǎn)[P]含量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的終點(diǎn)[P]含量降低了約50.0%左右，鋼液[P]含量全部達(dá)到了小于0.060%的要求，為轉(zhuǎn)爐減輕了很大的壓力，提高了轉(zhuǎn)爐一次吹煉成功的命中率。



6結(jié)論
    通過對(duì)CaO基含V₂O₅、TiO₂渣系脫磷熱力學(xué)研究以及工業(yè)化實(shí)驗(yàn)可知：
   （1）在不同溫度和堿度條件下，隨著渣中V₂O₅和TiO₂含量的增加，爐渣的脫磷能力降低，與TiO₂相比，V₂O₅對(duì)爐渣lgL_p影響相對(duì)較弱，高溫條件可弱化(V₂O₅+TiO₂)對(duì)脫磷的影響。
   （2）隨著爐渣堿度的增加，爐渣的lgL_p分別呈現(xiàn)先升高后持平的趨勢(shì)，在爐渣堿度大于4.0時(shí)，爐渣的脫磷能力基本不再變化，甚至出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，因此應(yīng)控制爐渣堿度在3.0左右。
   （3）隨著渣中FeO含量的增加，半鋼爐渣lgL_p均呈現(xiàn)出先升高后持平的趨勢(shì)。
   （4）隨著渣中MgO和MnO含量的增加，爐渣的lgL_p呈現(xiàn)出逐漸降低的變化趨勢(shì)。
   （5）工業(yè)試驗(yàn)研究表明，采用加入氧化鐵皮球1.5~2.0t/爐的預(yù)脫磷工藝冶煉，可以使?fàn)t渣的堿度和FeO含量分別控制在2.56~3.34和19.82~27.04%之間，大大提高了爐渣的脫磷能力。含V、Ti高磷鐵水的脫磷率升至72.83~ 88.51%，平均脫磷率為79.20%，終點(diǎn)[P]含量全部在0.042%以下，比優(yōu)化前終點(diǎn)[P]下降近50.0%。
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