高磷錳硅合金深度還原脫磷機(jī)理研究.pdf

1、錳硅合金是鐵合金中產(chǎn)量較大、使用較廣的合金之一。近年來，中國鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，錳合金產(chǎn)量不僅嚴(yán)重過剩，而且由于中國錳礦品位普遍低下，生產(chǎn)的錳硅合金中磷雜質(zhì)含量嚴(yán)重超標(biāo)，給銷售和應(yīng)用帶來了雙重壓力，亟需找到有效途徑，低成本下深度脫除磷雜質(zhì)，使錳硅合金國標(biāo)化。
　　本課題針對重慶城口縣某鐵合金企業(yè)生產(chǎn)的高磷錳硅合金的脫磷問題進(jìn)行了探索，基于冶金熱力學(xué)基本原理，從錳硅熔體內(nèi)部和熔渣兩個方面，研究磷在熔體中的熱力學(xué)行為及脫磷機(jī)理；同時，構(gòu)

2、建一種無氟、高磷容量、無害化的脫磷渣（如CaO-SiO2-Al2O3渣系）用于錳硅合金脫磷，使脫磷終渣對環(huán)境友好、無害。
　　采用“中頻感應(yīng)爐+硅鉬爐”對高磷錳硅合金進(jìn)行還原脫磷實驗，結(jié)合ICP、SEM、XRD、XRF等分析手段，重點探討了錳硅合金成分、熔渣組分和堿度對磷在錳硅熔體內(nèi)部和渣金界面的熱力學(xué)行為的影響。論文研究得到以下結(jié)論：
　?、匐S著錳硅合金中Si含量的增加，脫磷率得到顯著提高。Si與CaO在渣金界面發(fā)生了還原

3、反應(yīng)，生成游離Ca，Ca從熔渣擴(kuò)散到錳硅熔體中并與P結(jié)合，生成固態(tài)Ca3P2，上浮到渣中，從而提高了脫磷率；Si含量的增加有利于錳硅熔體中氧活度的降低和磷活度系數(shù)的提高；此外，隨著Si含量的增加，錳硅合金中C含量逐漸降低，并形成SiC進(jìn)入到脫磷渣中。
　?、诿摿自谻a、Ce和Al雖然理論上都與P元素具有較好的結(jié)合能力，但是Ca更容易揮發(fā)與損耗，Ce與P結(jié)合形成的脫磷產(chǎn)物附著在石墨球上而無法從錳硅合金中排出。實驗結(jié)果表明，鋁基脫磷

4、劑具有更好的脫磷效果；初步計算了在1400℃溫度下，錳硅熔體中Al和P的相互作用系數(shù)為：εAlP=14.97。
　?、垭S著渣中 w(Na2O)的增加，脫磷渣的磷分配比和磷容量逐漸升高，初始渣中，w(Na2O)應(yīng)控制在2％為宜；隨著Na2O替代CaO的量的增加，磷分配比逐漸增加；當(dāng)Na2O替代CaO的量超過3.19%時，渣中的O2濃度達(dá)到飽和，脫磷渣堿度保持一定，磷分配比基本保持不變。
　?、墚?dāng)CaO-SiO2-Al2O3脫磷

5、配渣的堿度為1.0時，隨著渣中w(Al2O3)的逐漸降低，渣中AlxOz-y聚合物的聚合度逐漸降低，該渣系的黏度逐漸降低，渣的流動性得到改善，有利于渣金間物質(zhì)的快速轉(zhuǎn)換，磷分配比逐漸升高。
　?、?CaO-SiO2-Al2O3熔渣的堿度是影響渣金界面處錳硅合金液脫磷反應(yīng)的重要因素。在CaO-SiO2-Al2O3三元相圖的低熔點區(qū)域①內(nèi)，隨著脫磷配渣堿度的升高，渣中氧離子活度增加，同時，該渣系的黏度顯著降低，渣的流動性得到明顯改善，

6、磷分配比逐漸升高。
　?、拊贑aO-SiO2-Al2O3三元相圖的低熔點區(qū)域②內(nèi)，由于Al2O3濃度過高，熔渣中有大量大分子鋁氧絡(luò)離子聚合物形成，黏度變大。此時，錳硅熔體與熔渣界面處， Si與CaO反應(yīng)生成的游離鈣在相同的冶煉時間內(nèi)無法快速擴(kuò)散到熔體內(nèi)，從而減弱了渣的脫磷效果。當(dāng)渣中w(SiO2)保持不變時，隨著配渣中CaO/Al2O3的增加，熔渣中大分子鋁氧絡(luò)離子團(tuán)逐漸解體，渣的流動性變好，渣金間磷分配比緩慢升高；當(dāng)CaO/Al