CN110699510A - 一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，包括：根据脱碳反应和脱磷反应，耦合出一个碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应；根据现场实际转炉熔池金属液成分及转炉渣成分的数据，分别计算出脱碳反应、脱磷反应、碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应的热力学反应平衡式；利用脱碳反应、脱磷反应、碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应的热力学反应平衡式建立热力学反应平衡曲线图模型，得出T1、T2、T3、T4和T5五个熔池温度节点，单位为k；五个熔池温度节点将转炉吹炼过程划分为6个温度阶段，按热力学反应特征，分阶段控制金属液脱磷，提高转炉吹炼过程脱磷效果。

Description

一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及钢铁冶炼中一种按熔池温度分阶段控制的转炉高 效脱磷方法。

背景技术

磷元素在钢中会降低钢的塑性和韧性，尤其是低温下，使钢发生“冷脆”现象。市场上高品质钢对磷的要求日趋苛刻，一些低温用钢、海洋用钢等要求磷含量小于0.01％以下。因此实现转炉低磷钢冶炼目标，需要充分利用转炉吹炼过程中的动力学、热力学条件来强化脱磷工艺。目前高效脱磷工艺主要是优化渣量控制、氧枪枪位与供氧强度控制、吹炼终点渣成分及温度控制等。以上控制措施均以吹炼时间为指导，往往因控制时机不对，造成前期渣不化，中期渣返干，终点回磷等风险。

发明内容

为解决转炉吹炼过程中前期渣不化，中期渣返干，终点回磷等问题，本发明实施例提 供一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，优化转炉吹炼过程的脱磷控制工艺， 能使转炉高效脱磷，降低钢中磷含量，有利于冶炼低磷钢。

为达上述目的，本发明实施例提供一种转炉脱磷方法，尤其是一种按熔池温度分阶段 控制的转炉高效脱磷方法，包括：根据脱碳反应和脱磷反应，耦合出一个碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应，其中，4CaO.P₂O₅为磷酸钙。

根据现场实际转炉熔池金属液成分及转炉渣成分的数据，分别计算出脱碳反应、脱磷 反应、碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应的热力学反应平衡式；

利用脱碳反应、脱磷反应、碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应的热力学反应平衡式建 立热力学反应平衡曲线图模型，得出T1、T2、T3、T4和T5五个熔池温度节点，单位为K， 所述T1<T2<T3<T4<T5；

五个熔池温度节点将转炉吹炼过程划分为6个温度阶段，按热力学反应特征，分阶段 控制金属液脱磷，提高转炉吹炼过程脱磷效果。

进一步地，所述的脱碳反应及其热力学反应平衡式为：

[C]+(FeO)＝CO+[Fe]…………………(1)

ΔG^θ(1)＝98799-90.76T.

式中：C：碳；FeO：氧化亚铁；CO：一氧化碳；Fe：铁；[C]：金属液中的碳；[Fe]： 金属液中的铁；(FeO)：渣中的氧化亚铁；ΔG^θ(1)为反应式(1)的标准吉布斯自由能，单 位为J；ΔG(1)为反应式(1)的实际吉布斯自由能，单位为J；α_c为C的活度，单位为Bq；α_Feo为 FeO的活度，单位为Bq；

为CO的炉气分压，单位为KPa；R为常数8.314；T为反应温 度，单位为K；ln：自然对数。

进一步地，所述的脱磷反应及其热力学反应平衡式为：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO.P₂O₅)+5[Fe]………….(2)

ΔG^θ(2)＝-767162.85+288.35T.

式中：[P]：金属液中的磷；FeO：氧化亚铁；(FeO)：渣中的氧化亚铁；CaO：氧化 钙；[CaO]：金属液中的氧化钙；4CaO.P₂O₅为磷酸钙；(4CaO.P₂O₅)：渣中的磷酸钙；Fe： 铁；[Fe]：金属液中的铁；ΔG^θ(2)为反应式(2)的标准吉布斯自由能，单位为J；ΔG(2)为反 应式(2)的实际吉布斯自由能，单位为J；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；α_CaO为 CaO的活度，单位为Bq；α_FeO为FeO的活度，单位为Bq；α_P为P的活度，单位为Bq；T为 反应温度，单位为K；R为常数8.314；ln：自然对数。

进一步地，所述的回磷反应及其热力学反应平衡式为：

(4CaO.P₂O₅)+5[C]＝2[P]+5CO+4(CaO)……………(3)

ΔG^θ(3)＝1261157.85-742.15T.

式中：4CaO.P₂O₅：磷酸钙；(4CaO.P₂O₅)：渣中的磷酸钙；C：碳；[C]：金属液中的碳；CaO：氧化钙；[CaO]：渣中的氧化钙；CO：一氧化碳；P：磷；[P]：金属液中的磷； ΔG^θ(3)为反应式(3)的标准吉布斯自由能，单位为J；ΔG(3)为反应式(3)的实际吉布斯自由能， 单位为J；T为反应温度，单位为K；R为常数8.314；ln：自然对数；α_c为C的活度，单位为 Bq；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；α_CaO为CaO的活度，单位为Bq；α_P为P的活 度，单位为Bq；

为CO的炉气分压，单位为KPa。

进一步地，所述的根据现场实际转炉熔池金属液成分及转炉渣成分的数据，分别计算 出脱碳反应(1)、脱磷反应(2)、碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应(3)的热力学反应平衡式△ G(1)、△G(2)、△G(3)包括以下步骤：

A、金属液中α[Fe]＝1Bq,炉气中的P_CO＝1KPa；

B、计算渣中氧化物活度，利用分子理论计算：

式中，n_FeO为组元FeO的摩尔数；x_FeO为FeO的摩尔分数；

为P₂O₅的摩尔数；P₂O₅：氧化磷；为P₂O₅的摩尔分数；n_CaO为CaO的摩尔数；x_CaO为CaO的摩尔分数；∑n_i表 示FeO、P₂O₅、CaO摩尔数的求和；4CaO.P₂O₅：磷酸钙，单位为Bq；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；FeO：氧化亚铁；CaO：氧化钙；α_CaO为CaO的活度，单位为Bq；α_FeO为 FeO的活度，单位为Bq；

C、计算金属液中碳元素活度，在碳氧反应初期，碳含量处于饱和状态，采用纯物质为标准态；

α_C＝γ_C.x([C])，其中

α_c为C的活度，单位为Bq；ω([C])为金属液中元素C的质量百分数；γ_C为C的活度系数； x([C])为金属液中的C的摩尔分数；lg：常用对数；T为反应温度，单位为K；

D、计算金属液中磷元素活度，ω([P])<0.5％时，活度服从亨利定律；

α_P＝f_P.ω([P])

式中，Si：硅；Mn：锰；S：硫；α_P为P的活度，单位为Bq；

为元素C对元素P的相互作用系数，值为0.13；

为元素Si对元素P的相互作用系数， 值为0.12；

为元素Mn对元素P的相互作用系数，值为0；

为元素S对元素P的相互作用 系数，值为0.028；为元素P对元素P的相互作用系数，值为0.062；

ω([C])为金属液中元素C的质量百分数；ω([Si])为金属液中元素Si的质量百分数； ω([Mn])为金属液中元素Mn的质量百分数；ω([S])为金属液中元素S的质量百分数；ω([P]) 为金属液中元素P的质量百分数；

f_p为元素P的活度系数，无量纲；T为反应温度，单位为K；lg：常用对数。

E、将A、B、C、D的计算结果代入计算出反应的热力学平衡方程式△G(1)、△G(2)、△G(3)。

进一步地，当温度＜T1，自由脱磷期，控制碱度在1.2～1.8之间，控制氧化镁MgO质量 分数在7％以下，控制氧化亚铁FeO质量分数在15％左右，以增加炉渣的熔化性能，促进脱 磷反应动力学条件为主；T1是开始发生碳还原渣中4CaO.P₂O₅而回磷的温度节点，如果是双渣工艺，应在低于T1温度将高磷渣倒出。

进一步地，当T1＜温度＜T2，提碱度脱磷期。加入石灰，将渣碱度控制在2.5～3.0，提 高渣中有效氧化钙CaO，高碱度条件促进脱磷反应及减少碳还原渣中4CaO.P₂O₅。

进一步地，当T2＜温度＜T3，提氧化性脱磷期。高于T2温度，脱碳反应优先于脱磷，碳氧反应剧烈，消耗大量渣中的氧化亚铁FeO为保证脱磷及渣的流动性，此阶段要加入矿石冷却剂等，降温的同时可补充渣中的氧化性促进脱磷反应继续进行；渣中氧化亚铁FeO质量分数控制在15％～18％。

进一步地，当T3＜第四温度＜T4，调碱度脱磷期，高于T3温度，从热力学角度看，渣中被碳C还原回磷的反应比金属液脱磷反应更容易，为促进脱磷并减少回磷，可进一步提高渣碱度，将渣碱度调整至3.0～3.5。

进一步地，当T4＜第五温度＜T5，稠渣防止回磷期，高于T4温度，碳开始优先还原渣 中4CaO.P₂O₅回磷，且回磷明显优先于脱磷反应，为抑制回磷，应在低于T4温度把金属液中的碳含量控制在0.5％以内，且保持高碱度渣3.0～3.5，并压枪稠渣，降低渣的流动性，渣中氧化亚铁FeO质量分数控制在12％～15％。

当第六温度＞T5，高温回磷期，这一阶段脱磷反应逆向回磷，应低于T5温度出钢。

本发明根据吹炼过程中各温度阶段脱磷热力学反应的有利条件，提供一种以熔池温度 为指导，分阶段精准控制吹炼工艺，促进炉渣高效脱磷的一种炼钢方法，对提高转炉脱磷 效果具有非常重要的指导意义。上述技术方案具有如下有益效果：本发明通过对脱磷反应 热力学条件计算出5个温度节点，通过分析各温度阶段下脱磷反应的热力学条件，优化了 转炉吹炼过程的脱磷控制工艺。对指导转炉高效脱磷，冶炼低磷钢有非常重要的指导意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的热力学反应平衡曲线模型图

图2是本发明具体实施例的热力学反应平衡曲线图

图3是本发明与原技术的脱磷效果对比图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供复吹转炉吹炼过程中根据熔池温度分阶段控制的高效脱磷方法。利用脱碳 和脱磷热力学反应方程式建立一个新的数学计算模型，根据实际生产中的转炉熔池金属液 成分和转炉渣成分，计算出各反应的热力学平衡曲线。然后利用曲线中的各个温度节点， 分阶段控制金属液脱磷，达到吹炼过程高效脱磷的一种方法。

本发明提出一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法；包括：

(1)建立热力学反应的数学计算模型。

当熔池金属液中的硅、锰氧化至痕迹量时，磷和碳元素开始氧化，热力学反应方程式 如下：

[C]+(FeO)＝CO+[Fe]…………………(1)

ΔG^θ(1)＝98799-90.76T.

式中：C：碳；FeO：氧化亚铁；CO：一氧化碳；Fe：铁；[C]：金属液中的碳；[Fe]： 金属液中的铁；(FeO)：渣中的氧化亚铁；ΔG^θ(1)为反应式(1)的标准吉布斯自由能，单位 为J；ΔG(1)为反应式(1)的实际吉布斯自由能，单位为J；α_c为C的活度，单位为Bq；α_Feo为 FeO的活度，单位为Bq；

为CO的炉气分压，单位为KPa；R为常数8.314；T为反应温度 (熔池温度)，单位为K；ln：自然对数。

2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO.P₂O₅)+5[Fe]………….(2)

ΔG^θ(2)＝-767162.85+288.35T.

式中：[P]：金属液中的磷；FeO：氧化亚铁；(FeO)：渣中的氧化亚铁；CaO：氧化 钙；[CaO]：金属液中的氧化钙；4CaO.P₂O₅为磷酸钙；(4CaO.P₂O₅)：渣中的磷酸钙；Fe： 铁；[Fe]：金属液中的铁；ΔG^θ(2)为反应式(2)的第二标准吉布斯自由能，单位为J；ΔG(2)为 反应式(2)的实际吉布斯自由能，单位为J；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；α_CaO为CaO的活度，单位为Bq；α_FeO为FeO的活度，单位为Bq；α_P为P的活度，单位为Bq；T为 反应温度(熔池温度)，单位为K；R为常数8.314；ln：自然对数。

脱碳和脱磷反应在钢渣界面发生，都要消耗渣中的(FeO)，反应(2)为高温可逆反应，当温度高时将发生逆向反应回磷。将两个反应式耦合如式(3)：

(4CaO.P₂O₅)+5[C]＝2[P]+5CO+4(CaO)……………(3)

ΔG^θ(3)＝1261157.85-742.15T.

式中：4CaO.P₂O₅：磷酸钙；(4CaO.P₂O₅)：渣中的磷酸钙；C：碳；[C]：金属液中的碳；CaO：氧化钙；[CaO]：渣中的氧化钙；CO：一氧化碳；P：磷；[P]：金属液中的磷；ΔG^θ(3)为反应式(3)的标准吉布斯自由能，单位为J；ΔG(3)为反应式(3)的实际吉布斯自由能，单位为J；T为反应温度(熔池温度)，单位为K；R为常数8.314；ln：自然对数；α_c为C的活度，单位 为Bq；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；α_CaO为CaO的活度，单位为Bq；α_P为P的 活度，单位为Bq；

为CO的炉气分压，单位为Kpa。

热力学反应方程式(3)是一个耦合反应，当渣中(FeO)少，[C]过剩或渣中(4CaO.P₂O₅) 高或渣中(CaO)低，将促进该反应正向发生，既[C]还原渣中的磷进入金属液中回磷。

(2)利用实际生产中的熔池金属液成分和渣成分数据计算出以上反应的热力学平衡 方程式。

包括以下步骤：

A、金属液中Fe的活度α[Fe]＝1Bq,炉气中的CO分压P_CO＝1Kpa。

B、计算渣中氧化物活度，利用分子理论计算：(式中

为组元i的活度；

为组元i的 摩尔数；

组元i的摩尔分数。)

式中，n_FeO为组元FeO的摩尔数；x_FeO为FeO的摩尔分数；

为P₂O₅的摩尔数；P₂O₅：氧化磷；为P₂O₅的摩尔分数；n_CaO为CaO的摩尔数；x_CaO为CaO的摩尔分数；∑n_i表 示FeO、P₂O₅、CaO摩尔数的求和；4CaO.P₂O₅：磷酸钙，单位为Bq；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；FeO：氧化亚铁；CaO：氧化钙；；α_CaO为CaO的活度，单位为Bq；α_FeO为 FeO的活度，单位为Bq；

C、计算金属液中碳元素活度，在碳氧反应初期，碳含量处于饱和状态，故采用纯物质为标准态。

α_C＝γ_C.χ([C])，其中

α_c为C的活度，单位为Bq；ω([C])为金属液中元素C的质量百分数；γ_C为组元C的活度 系数；x([C])为组元金属液中的C的摩尔分数；lg：常用对数；T为反应温度，单位为K；

D、计算金属液中磷元素活度，ω([P])<0.5％时，活度服从亨利定律。

α_P＝f_P.ω([P])

式中，Si：硅；Mn：锰；S：硫；α_P为P的活度；

为元素C对元素P的相互作用系数，值为0.13；

为元素Si对元素P的相互作用系数， 值为0.12；

为元素Mn对元素P的相互作用系数，值为0；

为元素S对元素P的相互作用 系数，值为0.028；

为元素P对元素P的相互作用系数，值为0.062；

ω([C])为金属液中元素C的质量百分数；ω([Si])为金属液中元素Si的质量百分数； ω([Mn])为金属液中元素Mn的质量百分数；ω([S])为金属液中元素S的质量百分数；ω([P])为 金属液中元素P的质量百分数；

f_p为元素P的活度系数，无量纲；T为反应温度(熔池温度)，单位为K；lg：常用对数；

E、将以上计算步骤A、B、C、D的计算结果代入计算出反应的热力学平衡方程式△ G(1)、△G(2)、△G(3)。

(3)利用△G(1)、△G(2)、△G(3)建立热力学反应平衡曲线图，如图1所示， 横坐标为温度。

(4)按熔池温度节点，分阶段准确控制整个吹炼过程，实现高效脱磷。

A、当温度＜T1,自由脱磷期。这一阶段熔池中脱磷反应优先，渣中有一定量的碱度(CaO) 及氧化性(FeO)即可脱磷。碱度控制在1.2～1.8之间，(MgO)质量分数控制在7％以下，(FeO) 质量分数控制在15％左右，以增加炉渣的熔化性能，促进脱磷反应动力学条件为主。T1是 开始发生碳还原渣中(4CaO.P₂O₅)而回磷的温度节点，如果是双渣工艺，应在低于T1温 度将高磷渣倒出。

B、T1＜温度＜T2，提碱度脱磷期。加入石灰，将渣碱度控制在2.5～3.0左右，提高渣 中有效(CaO)。高碱度条件促进脱磷反应及减少碳还原渣中(4CaO.P₂O₅)。

C、T2＜温度＜T3，提氧化性脱磷期。高于T2温度，脱碳反应优先于脱磷，碳氧反应剧烈，消耗大量渣中的(FeO).为保证脱磷及渣的流动性，此阶段要加入矿石冷却剂等，降温的同时可补充渣中的氧化性促进脱磷反应继续进行。渣中(FeO)质量分数控制在15％～18％ 左右。

D、T3＜温度＜T4，调碱度脱磷期。高于T3温度，从热力学角度看，渣中被C还原回磷的反应比金属液脱磷反应更容易。为促进脱磷并减少回磷，可进一步提高渣碱度，将渣碱度调整至3.0～3.5。

E、T4＜温度＜T5，稠渣防止回磷期。高于T4温度，碳开始优先还原渣中(4CaO.P₂O₅)回磷，且回磷明显优先于脱磷反应。为抑制回磷，应在低于T4温度把金属液中的碳含量控制在0.5％以内。且保持高碱度渣3.0～3.5，并压枪稠渣，降低渣的流动性，渣中(FeO)质量分数控制在12％～15％之间。

F、温度＞T5,高温回磷期。这一阶段脱磷反应逆向回磷。应低于T5温度出钢。

以下为本发明的一个具体实施例，将此发明方法应用于，复吹转炉“留渣-双渣”工艺。

(1)已知转炉熔池内：

碳氧反应初期熔池成分

C	Si	Mn	P	S
					4％	0.05％	0.10％	0.03％	0.03％

转炉渣成分

CaO	MgO	MnO	FeO	SiO<sub>2</sub>	P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
						50％	5.6％	2.5％	12％	18％	2.8％

(2)经计算得，

(3)建立热力学反应平衡曲线图，如图2，T1＝1378℃，T2＝1402℃；T3＝1479℃；T4＝1621℃； T5＝1674℃。

(4)制定“留渣-双渣”工艺时吹炼过程高效脱磷工艺：

A、当温度＜1378℃,碱度控制在1.2～1.8之间，(MgO)质量分数控制在7％以下，(FeO) 质量分数控制在15％左右。保证化渣效果，提高渣的熔化性能，促进脱磷。“留渣-双渣” 工艺脱磷期渣中磷含量较高，倒渣温度控制在1378℃以下。

B、1378℃＜温度＜1402℃。加入石灰，渣碱度控制在2.5～3.0。

C、1402℃＜温度＜1479℃，加入矿石冷却剂，渣中(FeO)质量分数控制在15％～18％左 右。

D、1479℃＜温度＜1621℃，补加一定量石灰，将渣碱度调整至3.0～3.5。

E、1621℃＜温度，控制金属液中的碳含量在0.5％以内，且保持高碱度渣3.0～3.5，并 压枪稠渣，降低渣的流动性，渣中(FeO)质量分数控制在12％～15％。

F、出钢温度低于1674℃。

(5)实施例脱磷效果，如图3。

如图3所示，使用本发明的方法使转炉吹炼终点磷含量远远低于使用原技术转炉吹炼 终点磷含量，本发明对降低转炉吹炼终点磷含量有显著效果。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏 好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下 得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要 限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应 该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清 楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那 样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书 特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了 描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文 定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因 此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范 围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或 方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可 以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保 护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包 含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细 说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的 保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于，包括：

根据脱碳反应和脱磷反应，耦合出一个碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应，其中，4CaO.P₂O₅为磷酸钙；

根据现场实际转炉熔池金属液成分及转炉渣成分的数据，分别计算出脱碳反应、脱磷反应、碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应的热力学反应平衡式；

利用脱碳反应、脱磷反应、碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应的热力学反应平衡式建立热力学反应平衡曲线图模型，得出T1、T2、T3、T4和T5五个熔池温度节点，单位为K；

五个熔池温度节点将转炉吹炼过程划分为6个温度阶段，按热力学反应特征，分阶段控制金属液脱磷，提高转炉吹炼过程脱磷效果。

2.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：所述的脱碳反应及其热力学反应平衡式为：

[C]+(FeO)＝CO+[Fe]…………………(1)

ΔG^θ(1)＝98799-90.76T.

式中：C：碳；FeO：氧化亚铁；CO：一氧化碳；Fe：铁；[C]：金属液中的碳；[Fe]：金属液中的铁；(FeO)：渣中的氧化亚铁；ΔG^θ(1)为反应式(1)的标准吉布斯自由能，单位为J；ΔG(1)为反应式(1)的实际吉布斯自由能，单位为J；α_c为C的活度，单位为Bq；α_Feo为FeO的活度，单位为Bq；

为CO的炉气分压，单位为KPa；R为常数8.314；T为反应温度，单位为K；ln：自然对数。

3.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：所述的脱磷反应及其热力学反应平衡式为：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO.P₂O₅)+5[Fe]………….(2)

ΔG^θ(2)＝-767162.85+288.35T.

式中：[P]：金属液中的磷；FeO：氧化亚铁；(FeO)：渣中的氧化亚铁；CaO：氧化钙；[CaO]：金属液中的氧化钙；4CaO.P₂O₅为磷酸钙；(4CaO.P₂O₅)：渣中的磷酸钙；Fe：铁；[Fe]：金属液中的铁；ΔG^θ(2)为此反应式(2)的标准吉布斯自由能，单位为J；ΔG(2)为反应式(2)的实际吉布斯自由能，单位为J；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；α_CaO为CaO的活度，单位为Bq；α_FeO为FeO的活度，单位为Bq；α_P为P的活度，单位为Bq；T为反应温度，单位为K；R为常数8.314；ln：自然对数。

4.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：所述的回磷反应及其热力学反应平衡式为：

(4CaO.P₂O₅)+5[C]＝2[P]+5CO+4(CaO)……………(3)

ΔG^θ(3)＝1261157.85-742.15T.

式中：4CaO.P₂O₅：磷酸钙；(4CaO.P₂O₅)：渣中的磷酸钙；C：碳；[C]：金属液中的碳；CaO：氧化钙；[CaO]：渣中的氧化钙；CO：一氧化碳；P：磷；[P]：金属液中的磷；ΔG^θ(3)为反应式(3)的标准吉布斯自由能，单位为J；ΔG(3)为反应式(3)的实际吉布斯自由能，单位为J；T为反应温度，单位为K；R为常数8.314；ln：自然对数；α_c为C的活度，单位为Bq；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；α_CaO为CaO的活度，单位为Bq；α_P为P的活度，单位为Bq；为CO的炉气分压，单位为KPa。

5.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：

所述的根据现场实际转炉熔池金属液成分及转炉渣成分的数据，分别计算出脱碳反应、脱磷反应、碳还原渣中4CaO.P₂O₅的回磷反应的热力学反应平衡式△G(1)、△G(2)、△G(3)包括以下步骤：

A、金属液中α[Fe]＝1Bq,炉气中的P_CO＝1KPa；

B、计算渣中氧化物活度，利用分子理论计算：

式中，n_FeO为组元FeO的摩尔数；

为FeO的摩尔分数；为P₂O₅的摩尔数；P₂O₅：氧化磷；

为P₂O₅的摩尔分数；n_CaO为CaO的摩尔数；

为CaO的摩尔分数；∑n_i表示FeO、P₂O₅、CaO摩尔数的求和；4CaO.P₂O₅：磷酸钙，单位为Bq；

为4CaO.P₂O₅的活度，单位为Bq；FeO：氧化亚铁；CaO：氧化钙；α_CaO为CaO的活度，单位为Bq；α_FeO为FeO的活度，单位为Bq；

C、计算金属液中碳元素活度，在碳氧反应初期，碳含量处于饱和状态，采用纯物质为标准态；

其中

α_c为C的活度，单位为Bq；ω([C])为金属液中元素C的质量百分数；γ_C为C的活度系数，无量纲；

为金属液中的C的摩尔分数；lg：常用对数；T为反应温度，单位为K；

D、计算金属液中磷元素活度，ω([P])<0.5％时，活度服从亨利定律；

α_P＝f_P.ω([P])

式中，Si：硅；Mn：锰；S：硫；α_P为P的活度；

为元素C对元素P的相互作用系数，值为0.13；

为元素Si对元素P的相互作用系数，值为0.12；

为元素Mn对元素P的相互作用系数，值为0；

为元素S对元素P的相互作用系数，值为0.028；

为元素P对元素P的相互作用系数，值为0.062；

ω([C])为金属液中元素C的质量百分数；ω([Si])为金属液中元素Si的质量百分数；ω([Mn])为金属液中元素Mn的质量百分数；ω([S])为金属液中元素S的质量百分数；ω([P])为金属液中元素P的质量百分数；

f_p为元素P的活度系数，无量纲；T为反应温度，单位为K；lg：常用对数；

E、将A、B、C、D的计算结果代入计算出反应的热力学平衡方程式。

6.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：

当温度＜T1，为自由脱磷期，控制碱度在1.2～1.8之间，控制氧化镁MgO质量分数在7％以下，控制氧化亚铁FeO质量分数在15％，以增加炉渣的熔化性能，促进脱磷反应动力学条件为主；T1是开始发生碳还原渣中4CaO.P₂O₅而回磷的温度节点，如果是双渣工艺，应在低于T1温度将高磷渣倒出。

7.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：

当T1＜温度＜T2，提碱度脱磷期；加入石灰，将渣碱度控制在2.5～3.0，提高渣中有效氧化钙CaO，高碱度条件促进脱磷反应及减少碳还原渣中4CaO.P₂O₅。

8.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：

当T2＜温度＜T3，提氧化性脱磷期；高于T2温度，脱碳反应优先于脱磷，碳氧反应剧烈，消耗大量渣中的氧化亚铁FeO为保证脱磷及渣的流动性，此阶段要加入矿石冷却剂等，降温的同时可补充渣中的氧化性促进脱磷反应继续进行，渣中氧化亚铁FeO质量分数控制在15％～18％。

9.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：

当T3＜温度＜T4，调碱度脱磷期；高于T3温度，从热力学角度看，渣中被碳C还原回磷的反应比金属液脱磷反应更容易，为促进脱磷并减少回磷，可进一步提高渣碱度，将渣碱度调整至3.0～3.5。

10.根据权利要求1所述的一种按熔池温度分阶段控制的转炉高效脱磷方法，其特征在于：

当T4＜温度＜T5，稠渣防止回磷期；高于T4温度，碳开始优先还原渣中4CaO.P₂O₅回磷，且回磷明显优先于脱磷反应，为抑制回磷，应在低于T4温度把金属液中的碳含量控制在0.5％以内，且保持高碱度渣3.0～3.5，并压枪稠渣，降低渣的流动性，渣中氧化亚铁FeO质量分数控制在12％～15％；

当温度＞T5，高温回磷期；这一阶段脱磷反应逆向回磷，应低于T5温度出钢。

Images