（材料学专业论文）合成精炼渣对钢水脱硫脱磷作用的研究.pdf

鞍山科技大学硕士论文 摘要 摘要 本文针对合成精炼渣对钢水脱硫、脱磷作用做了深入系统的研究。在 实验室内进行热模拟实验，系统分析了影响精炼渣脱硫脱磷作用的关键因 素。依据冶金的热力学和动力学理论，按正交设计的思想，同时脱硫脱磷 采用c a o ( b a 0 1 一a l2 0 3 一m g o c a f2 渣系，并尝试采用铝粉石狄渣系进行脱 硫实验。从动力学角度分析影响脱硫脱磷过程的限制性环节。 对c a o a 12 0 3 一m g o c a f 2 渣系脱硫脱磷实验结果表明，深脱硫必须在 深脱氧的前提下进行：初始硫、磷含量高，则脱硫脱磷率高；硫、磷的分 配系数随光学碱度的增大而增大。在含b a o 渣系中b a o 与c a o 进行合理 的配比可以获得较高的脱硫脱磷率；c a f 2 的加入降低了渣系的粘度，提 高了流动性，有利于增大反应速率：碱度在1 0 1 9 ，光学碱度在o8 7 0 9 0 ，a i ，0 1 在9 l3 ，c a f 2 在1 6 18 ，b a o 在15 2 0 时，脱硫率和 脱磷率都较高。 利用铝粉与石灰精炼渣深脱硫，合成渣成分简单，脱硫效果好，成本 低；由熔渣对脱硫和脱磷反应速率的影响分析可知，高温有利于脱硫，低 温有利于脱磷。硫和磷在渣钢中的传质过程是影i i 向反应速率的限制性环 节。 关键词：精炼渣，脱硫，脱磷，反应速率 鞍山科技大学硕士论文 a b s l r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rc a r r i e do u tt h er e s e a r c ho nt h ed e p h o s p h o r i z a t i o na n dd e s u l p h u r i z a t i o no fm o l t e ns t e e ls y s t e m a t i c a l l ya c c o r d i n gt os y n t h e t i cr e f i n i n g s l a g s t h ep r o j e c tc a r r i e do u tt h e r m a ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n ta c c o r d i n gt os o m e p e r f o r m a n c ep r o p e r t i e so fr e f i n i n gi nl a b o r a t o r ya n da n a l y s e dt h ec r u c i a l f a c t o r st h a ta f f e c t sd e p h o s p h o r i z a t i o na n dd e s u l p h u r i z a t i o n a c c o r d i n gt ot h e m e l tt h e r m o d y n a m i c sa n dk i n e t i c st h e o r y ，i nv e r t u eo ft h e o r t h o g o n a ld e s i g n a d o p t e d c a o ( b a o ) 一a 12 0 3 一m g o - c a f 2s l a g sf o rs i m u l t a n e o u sd e s u l p h u r i z a t i o n a n dd e p h o s p h o r i z a t i o na n dt r yt oa d o p ta l u m i n i u mp o w d e ra n dt h el i m es l a g s t oc a r r yo u td e s u l p h u r i z a l i o ne x p e r i m e n t a n a l y s e dt h er e s t r i c t i o nf a c t o r st h a t a f f e c t sd e s u l p h u r i z a t i o na n dd e p h o s p h o r i z a t i o nf r o mt h ek i n e t i c st h e o r y t h ec a o - a12 0 3 - m g o c a f 2s l a g sf o rd e s u l p h u r i z a t i o na n dd e p h o s p h o r i z a t i o ne x p e r i m e n tr e s u l ts h o wt h a td e e pd e s u l p h u r i z a t i o nm u s tg oo nu n d e rt h e p r e r e q u is i t eo fd e e pd e o x i d a t i o n ；i fi n i t i a lc o n t e n to fs u l p h u r p h o s p h o r u si s h i g h ，s od e s uj p b u r j z a f j o na n dd e p h o s p h o r j z a f ；o ne f f i c i e n c ) ，ish i g h ；t h ei n c r e a s eo fs u l p h u ra n dp h o s p h o r u sd i s tr i b u t i o nc o e f f i c i e n tw i t ht h ei n c r e a s eo f o p t i c a lb a s i c i t yi nt h es l a g si n c l u d i n gb a o ，b a oa n dc a ow a sg o n eo nr e a s o n - a b l em a t c ht h a tc a ng e th i g h e rd e s u l p h u r i z a t i o na n dd e p h o s p h o r i z a t i o nr a t e ； a d d e dt oc a f 2t h a th a sr e d u c e dt h ev i s c o s i t yo ft h es l a g s ，r a i s e dl i q u i d i t y is h e l p f u lt oi n c r e a s er e a c t i o nr a t e ；b a s i c i t yi s1 0 19 o p t i c a lb a s i c i t yi so 8 7 0 9 a 1 2 0 3i s9 13 c a f 2i s1 6 18 ，b a oi s l5 - 2 0 ，d e s u l p h u r i z a t i o nr a t e a n dd e p h o s p h o r i z a t i o nr a t ea r eh i g h e r t h ea l u m i n i u mp o w d e ra n dl i m es l a g si sf o rd e e pd e s u i p h u r i z a t j o n ，s y n t h e t i cs l a g sc o m p o s i t i o niss i m p l e g a i ni d e a ld e s u l d h u r i z a t i o ne f f e c ta n d r e d u c e dc o s t i tc a nb ek n o w nt h a th i g ht e m p e r a t u r ei sh e l p f u lf o rd e s u l p h u r i z a t i o n ，l o wt e m p e r a t u r ei sh e l p f u lf o rd e p h o s p h o r i z a t i o na c c o r d i n gt o a n a l y s i n gt h ei n f l u e n c eo nr e a c t i o nr a t eo fd e s u l p h u r i z a t i o na n dd e p h o s p h o r i z a t i o ni nm o l t e ns l a g s t h er e s t r i c t e dl i n kt h a ta f f e c t sr e a c t i o nr a t ei st h e c o u r s eo fm a s st r a n s f e ra b o u ts u l p h u ra n dp h o s p h o r u si ns l a g sa n ds t e e l 鞍山科技大学硕士论又 a b s t r a c l k e yw o r d s ：r e f i n i n gs l a g ， d e s u l p h u r i z a t i o n ，d e p h o s p h o r i z a t i o n ， r e a c t i o nr a t e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得鞍山科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料，与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解鞍山科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签各聊躲多量塑建日期：一 鞍山科技太学硕士论x绪论 1 1 精炼渣的发展和现状 绪论 1 9 3 3 年法国人开发的用c a a 1 2 0 3 液态渣进行钢包脱硫的p e r r i m 法 是最早的精炼方法i 。, 2 1 。前苏联在5 0 年代至6 0 年代在特殊钢生产中曾经 采用渣沈工艺1 3j 。随着二- t 一世纪六十年代低硫钢、超低硫钢的提出到七十 年代后期耐h i c 管线钢等钢种需求量的增加，精炼渣的研究引起了人们的 广泛关注。 近年来，在二次精炼过程中炉渣的控制得到了越来越多的关注，人们 逐步认识到炉渣在精炼中的重要性。传统的精炼渣熔化所用的时问过长， 导致冶炼周期的增加，降低了冶炼强度，尤其在配备连铸、连轧的现代化 钢铁联合企业中。如果缩短冶炼周期，钢水的连浇炉数还有提升的空问， 这样就可以提高设备的产率和利用率。熔化高熔点精炼渣需要消耗大量的 电能和冶金材料，高温钢水长时删侵蚀炉衬使炉龄降低。而如今的精炼渣 在尽量短的时间内熔化，形成粘度适宜、流动性、铺展性和起泡性能好的 液念渣。 精炼渣的主要作用是保温、脱氧、脱硫和吸收钢中央杂物等。表1 1 示出c 、p 、s 、n 、o 、h 元素含量的发展趋势。真空脱碳的引入使大量降 低碳含量成为可能。目前可得到碳含量2 0 p p m 的钢水。预汁特殊用途的钢 可达到含碳1 0 p p m 。目前，在无特殊处理的情况下，p 含量可达10 0 p p m 。 预计未来特殊用途的钢要求p 下降到3 0 p p m 。现在，通过铁水和钢液脱s ， s 含量能稳定达到1 0 p p m 。目前，还不需要脱s 到更低水平。未来专用铜 要求氮含量2 0 p p m 。现在可得到总含氧量15 p p m 的钢。将来要求氧含量最 低可达1 0 p p m 左右，通过真空处理，可将氢含量降低到l p p m 左右。这些 元素的水平在不久的将来都可达到。总而言之，未来几年，元素c ，p 、n 和o 含量可达到更低水平，这对炼钢工作者提出了新的挑战。 鞍山科技大学硕士论文 绪论 表1i c 、p 、s 、n 、o 、h 】可达到的水平( 单何p p m ) t a b l e11t h ea c c e s s i b l el e v e lo f c 、p 、s 、n 、o 、h ( u l l i tp p m ) c 】 p s 】 n 】 o h 】 总计 2 0 o o ( 5 0 ) l0 3 0 l5 7 6 ( 12 6 ) lo 3 0 lo 2 0 lo 1 2 课题研究的目的和意义 钢水炉外精炼和铁水预处理是2 ( ) 【! = ! ：纪中叶以来，钢铁工业迅速发展起 来的两项重要：i ：艺技术。经济有效的炉外精炼技术，刁i 仅是钢铁产品最终 质量保证的最重要的基础，也是使生产流程变得时问更短、更能有效衔接 匹配，从而更加高效化、紧凑化。炉外处理技术与氧气转炉、超高功率电 炉、连铸一起被誉为钢铁生产具有流程革命意义的四大技术，它们之i b j 互 相依存、互相促进，奠定了现代钢铁生产稳吲的技术基础。 随着新技术的不断发展，根掘刁i 同的钢种选择合适的精炼渣系和精炼 渣操作工艺就显得尤为重要，尤其是对于纯净钢和超低硫钢，如无取向硅 钢、低温压力容器锏、管线钏、桥梁钢等钢种。选择具有良好冶金性能的 精炼渣是这些钢种冶炼技术的关键环节引。为此，人们做了大量的： 作， 特别是- - 次精炼过程c ”的脱硫、脱磷的研究。但有关这些方而的研究还不 够成熟，对其机理尚缺乏清醒的认识。本文从影n 向精炼渣使用性能的因素 着手，对其各个限制性环节进行研究，为其提供可靠的依据。 1 3 课题研究的内容 本课题的研究主要包括三部分内容： f 1 ) 在c a o a 12 0 3 一m g o c a f 2 渣系下进行脱硫脱磷的研究：系统研究渣系 组成、碱度、光学碱度等列渣系的脱硫、脱磷能力的影响，同时分析 原始含硫、含磷量等列渣系脱硫能力的影响。 啪 m 如 加 如 6 彤 瑚 | 主 姗 m 如 6 鞍山科技大学硕士论文 绪论 ( 2 ) 在c a o ( b a o ) 一a l2 0 3 - m g o c a f 2 渣系下进行脱硫脱磷研究：在研究内 容( 1 ) 的基础上，研究b a o 对脱硫、脱磷的影响。 ( 3 ) 在a i - c a o 渣系下进行脱硫研究：研究铝粉含量对脱硫率的影响。 鞍山科技大学硕士论文 第= 章文献综述 2 1 炉外精炼技术概述 第二章文献综述 钢水炉外精炼，实际上是将传统炼钢炉一转炉或电弧炉中可以完成或 较难完成的部分精炼任务( 如脱氧、脱硫、脱碳、脱气、去除夹杂物等) 移 至炉外的“钢包”或其它专用容器中进行，故在国外又称其为二次精炼 ( s e c o n d a r yr e f i n i n g ) 、二次炼钢( s e c o n d a r ys t e e l m a k i n g ) 或钢包冶金( l a d l e m e t a l l u r g y ) 6 1 。 炉外精炼作为短流程工艺的重要组成部分，在整个流程中起着举足轻 重的作用，精炼炉的种类很多，如l f 、a s k e a 、s k f 等，在中国和同本 以l f 为主1 7 i 。最近2 0 年来科学技术的进步促使其很快发展，对炉外精炼提 出了更加严格的要求： ( 1 ) 精确控制钢的成分，一般要求钢的成分标准误差( ) 为：c 士0 0 1 ：m n 、 s i 、c r + 0 0 3 9 1 ，其目的在于减少产品机械性能的波动】，精确控制 钢的硬度i ： ( 2 ) 要求钢包内钢水的成分和温度均匀一致，只有均匀一致的钢水温度， 才能保汪m 常的连铸：【二艺与良好的钢坯内部和表面质量； ( 3 ) 去除钢中气体( 氢、氧、氮) ，以减少超声探伤缺陷，发纹和机械性能 不合，改善穿管性能，减少氢致裂纹和层状断口； ( 4 ) 脱硫和磷到极低程度，以提高钢的冲击韧性，减少层状断口，消除回 火脆性，改善拉拔性能，并消除连铸坯的表面缺陷； ( 5 ) 脱碳到极低程度，以提高钢的深冲性能，电磁性能和耐腐蚀性能； ( 6 ) 控制硫化物和氧化物央杂形状，防止氢致裂纹，消除水口堵塞，并减 少机械性能的方向差别。 为了完成钢包炉的精炼任务并且考虑到大部分的冶金反应是通过气、 液、固三相的界面来实现的，其反应速度和效果取决于相界面的大小”| 。 所以，许多年来，冶金工作者在扩大反应界面积方面进行了大量的研究， 可以归纳为以下儿种手段【| “： ( 1 ) 渣沈：渣沈是获得洁净锎并能进行脱硫和脱氧的最简便的精炼手段。 这种方法一般是利用出钢过程中钢流的冲击作用，使钢包中的合成渣 料与钢液充分混合，从而完成脱硫、脱氧、去除央杂等精炼任务。渣 洗工艺有一定的脱硫和脱氧的效果，但是不能去除钢液中n j 气体，而 鞍山科技大学硕士论文 第二章文献综述 且当造渣材料不干燥的情况下，还有可能使钢液增氢； ( 2 ) 真空：真空是炉外精炼中广泛应用的一种手段，目前被使用的炉外精 炼方法中有近三分之二配有真空装置。按照热力学分析，真空对有气 相参加且反应前后气相分子数不相等的反应产生影响。只要将钢液暴 露在几十帕的真空中较短的时问，就可以使钢中氢的析出反应进行得 比较彻底，真空促进了碳氧反应的发生，所以在真空下碳的脱氧能力 显著提高，可以获得纯净钢； ( 3 ) 搅拌：搅拌是各种精炼方法中都采用的基本手段。一般认为搅拌能扩 大反应界面，加速反应物质的传输过程，从而提高反应速率。较常用 的是吹氢搅拌，也有机械搅拌。单纯搅拌可以均匀成分和温度，促进 夹杂的上浮，例如钢包吹氩，s a b 矛r l c a b 等法。但这些方法的冶金功 能就比较局限。所以选用搅拌的同时，还辅以其他精炼手段，搅拌可 以使这些手段的功能更充分、更完善地发挥： ( 4 ) 加热：加热是调节被精炼钢液温度的一项重要手段。冶金功能比较全 面的精炼方法，无例外地都选用了这种或那种形式的加热手段； ( 5 ) 喷吹：喷吹是将反应剂加1 入熔体的一种手段。喷吹的冶金功能取决于 精炼剂的种类。它可以完成脱碳、脱氧、脱硫、合金化、控制央杂形 态等精炼任务。 2 2 炉外精炼工艺的装置 根据每个精炼装置的不1 司，对上述功能进行组合，就形成了不同的精 炼装置。表2 1 中列举了部分精炼装置的功能和特点1 。 鞍山科技大学硕士论天 第二章文献综述 表21 若干精炼装茧的特， t a b l e 2i t h ec h a r a c t e r i s t i co fs o m er e f i n i n gi n s t a l l a t i o n 名称开发年份 开发者技术特点 合成渣洗 s a b 、c a b 、c a s 3 0 年代 l9 7 4 c a s o b 19 8 3 v l d d h r h r h 。o b r h k t b v o d ( v a c ) a o d v a d a s e a s k f l f 喂线 s r p 5 0 年代初 i9 5 6 i9 5 9 19 7 2 l9 8 8 i9 6 5 i9 6 8 l9 6 8 l9 6 5 l9 7 l 7 0 年代初 l9 8 2 法p e rr i n 日本 日本新日铁 德、苏 德d o r t m u n d h o r d e r 厂 德r h e i ns t a h lh e r a e u s 公司 日新日铁 日川崎 击 夷 美f i n k i m 0 hr 公 瑞典a s e a s k f 公司 日本特钢公司 法 目佳友金属 o r p 19 8 6目新日铁 6 0c a o 一4 0 a 12 0 1 液渣冲溉 钢包加盖( 罩) ，吹ar ，加 合金 c a s 基础上的a 1 0 2 反应提 湍 制包真空脱气 提升式真空脱气 循环式真空脱气 r h 真空槽r 部淹没吹氧 r h 真空情内项吹氧 真空r j _ ! ；! 吹氧 ar _ 0 2 淹没喷吹 低压pl h 弧加热，吹ar ，钢 包脱气 电磁搅拌，人气压r 电弧加 热，钢包脱气 人气压r 埋弧加热，底吹氩 高速喂入包覆线( 合金料) 转炉烈戕一渣金逆流式铁水 预处理 带浸渍罩的铁水包为反应器 的预处理 h 炉 日神户制钢 铁水预处理专 h 的复吹转炉 2 3 精炼渣的类型 精炼渣按其生产和性- 能可以分为混合型精炼渣、烧结型精炼渣、预熔 型精炼渣。他们有各自不同的特点，下面做确要介绍。 鞍山科技大学硕士论文 第二章文献综述 2 3 1 混合型精炼渣 混合型精炼渣是将精炼渣所需的各种原料( 石狄、矾土、萤石等) 破 碎后按一定比例机械混合而成。混合型精炼渣与预熔渣相比，其成本低， 加工简单。它是将所需要的各种原料混合均匀、研磨、烘干，并达到一定 的粒度即可成为混合粉渣。但它易吸潮，在运输过程中易发生偏析( 不均 匀) ，性能不稳定，且放置时间长易水化，影响精炼效果，甚至使钢液 h 增加，引起质量问题”】。 混合型渣是由各组分经机械混合而成，因此，它的加工质量尤其重要。 即使有好的配方，若加工不当，同样得不到性能稳定的渣。 混合型精炼渣加工应注意的问题： ( 1 ) 混合要均匀； ( 2 ) 粒度要细( 一般用球磨加工来实现) ； ( 3 ) 水分要少。因精炼渣易水化，水分多还会影响精炼效果，增大钢液的 h 】含量； ( 4 ) 包装要密封。为了保汪混合渣水分的含量及防止在运输和储存时吸潮， 在包装上需要防潮。通常采用塑料袋密封包装，并应放在专用干燥的 地方保存。 2 3 2 烧结型精炼渣 所谓烧结型精炼渣，就是将主料和其它成分混合均匀成粒，经竖窑或 回转窑烧结，再经粉碎并混合均匀而成的一种精炼渣。烧结型精炼渣和预 熔型精炼渣性能差不多，只是加工制造有所不i 司，预熔精炼渣经电炉或冲 天炉冶炼而成，烧结型精炼渣是经竖炉或回转窑烧结而成。成本比混合型 粉渣高，但比预熔渣低【。“。 2 3 3 预熔型精炼渣 预熔精炼渣是将组成精炼渣的各种原料破碎后按一定比例机械混合 后用化渣炉去除杂质、水淬粉碎后制成。其成分均匀、性能稳定，储存时 不吸水，在l f 中使用时成渣速度快、吸热小、粉尘少、对环境污染小。 预熔型精炼渣具有成分均匀、性能稳定、冶金效果好等特点【j 。 鞍山科技大学硕士论又第二章文献综述 2 4 合成精炼渣的组成与性能 2 4 1 合成精炼渣系简介 合成渣精炼是获得洁净钢并能进行脱氧、脱硫、脱磷、控制夹杂物的 最简便的精炼手段。早在本世纪的3 0 年代就有人提出用熔渣精炼钢水， 并通过实践取得了一定的成效。5 0 6 0 年代，合成渣精炼在前苏联得到广 泛应用与发展，当时合成渣大体成份为：c a 0 5 0 6 0 ，s i 0 2 3 0 ，a i2 0 3 3 0 4 0 ，f e o 0 0 1 2 形成i 类硫化物：e o = 0 0 1 2 o 0 0 8 形成1 i 类硫化物：e o 0 0 2 形成i 类硫化物；当氧量e o = 00 2 o 0 l 时形成 球状i 类硫化物和沿晶界分布的l j 类硫化物，而i i 类硫化物的形成还受其 他元素的影响一碳硅量高，形成i i i 类硫化物。如果没有碳和硅的存在，铝 高也不会形成i i i 类硫化物。其它元素如磷、钙、铬、则促进ij j 类硫化物的 形成。b a r k s 和g l a g m a n l3 2 1 认为氧的降低含量是i 类硫化物向1 1 类硫化物 转化的根本原因。k i s s l i n 9 1 33 i 认为 a 1 o 0 5 时，形成i i 类硫化物。 2 6 3 磷对钢性能的影响 磷在地壳中以磷酸盐的形念存在，约占地壳总重量的0l2 。在高炉 生产条件下，磷酸盐中的磷几乎全部被还原进入铁水，因而几乎不能脱磷。 在转炉炼钢过程中，磷氧化形成的p 2 0 j 与碱性氧化物结合形成稳定的磷酸 盐，铁液中磷因氧化而大部分进入熔渣中1 3 5 1 。 鞍山科技大学硕士论文第二章文献综述 磷会增加钢的脆性，但磷又是一种能提高钢强度的有效元素，对于低 碳钢适当地加入磷，可以生产成形性良好的深冲高强度钢研究发现在低 碳钢中加入适量的磷，对其成形性影响不大，但可大大提高钢种的强度。 一般情况下磷在钢铁产品中是有害杂质，磷能显著降低钢的低温冲击 韧性，增加钢的强度和硬度，即冷脆性。而且磷显著扩大液相和固相之 问的两相区，在钢中的偏析比较严重，容易使钢的局部组织异常，造成机 械性能不均匀，磷还会引起腐蚀疲劳和焊接丌裂。需在炼钢时设法将其尽 可能多地去除掉，只有在个别场合，磷才被作为合金元素，在钢中要求有 一定的含量。因此脱磷问题在钢铁冶炼中占有重要的地位。 ( 1 ) 冷脆性 磷能使钢的可缩性及韧性明显下降，特别是在低温下更j ”重，这种现 象叫冷脆性。在优质钢中硫和磷要严格控制。但从另一方面看，在低碳钢 中含较高的磷，能使其切削易断，对改善钢的切自4 性是有利的。 ( 2 ) 恶化强度 磷是不锈钢中的有害元素，磷对不锈钢的主要危害是恶化了钢的抗应 力腐蚀裂纹敏感性和抗焊接腐蚀裂纹性。 2 6 4 磷在铁液中和熔渣中存在的形式 在液体铁中，磷以元素磷的形式，也能以磷化物的形式存在。在高磷 生铁中含碳量较低，这是磷取代部分碳的结果，故认为磷和铁形成f e 3 p 。 但从f e p 相图得知，靠近f e 的一方磷和铁有两种化合物f e 3 p 和f e 2 p 。 f e 3 p 在固态时于1 1 6 6 分解，故铁液中磷应以f e 2 p 形成存在。由于磷化 物中磷仍具有单质磷的化学性质，而且不论是在f e 3 p 或f e 2 p 分子中都只 有一个磷原子，所以其特性对分析脱磷过程无实质性影响【j 。 在炼钢过程中，铁液中的以磷氧化为p 2 0 5 进入炉渣。p 2 0 5 是酸性氧 化物。它能与炉渣中的碱性氧化物生成磷酸盐。如：3 f e o - p 2 05 、3 c a o p 2 05 、 4 c a o p 2 0 5 、3 m n o p 2 0 5 、3 m g o p 2 0 5 等通常认为在低碱度渣中磷以磷酸铁 的形式存在，在高碱度渣中磷以磷酸钙的形式存在。 鞍山科技大学硕士论文 第三章实验琢理 3 1 相图分析 第三章实验原理 熔渣材料研究的基本理论是三元系和四元系相图，其中主要是 c a o s i 0 2 一m g o a 1 2 0 3 四元系相图和c a o - s i 0 2 一a i2 0 3 三元系相图，其中图 31 为a 1 2 0 3 为3 0 时，c a o s i 0 2 - m g o a 1 2 0 3 系相图，山圈可知，适合于 铝镇静钢和铝一硅镇静钢的渣组成其熔点在l5 0 0 16 0 0 之间，图3 2 为 a 1 2 0 3 为2 5 时，c a o s i 0 2 - m g o a 1 2 0 3 系相图，图中阴影部分就适合于硅 镇静钢渣的目标成分，其对应的熔点在15 0 0 16 0 0 之删。其中为降低熔 渣的熔点及其它理化性能，需要向渣中添加如c a f 2 、b 2 0 3 等助熔剂以调 整其相应的理化指标。 ( ：o 2 0 f 3 0 m ) 4 0 5 0 6 0 i 舶 幽3i a 】2 03 为3 0 叫，c a o s i o2 一m g o a 12 0 1 系棚俐 f i g3 ia 12 0 3i s3 0 c a o s i o , 一m g o a 12 0 3s i a g sp h a s ed i a gr a m 鞍山科技大学硕士论文 第三章实验原理 渣 01 02 03 04 05 06 07 0 ( c a o ) ( 、| v t 。o ) m g o ，( m g o ) 剀32a i ? 0 3 为2 5 时，c a o s i o2 一m g o a 12 0 3 系相剧 f i g3 2 a i , o3i s2 5 c a o s i o _ , - m g o - a 12 03s l a g sp h a s ed i a g r a m 3 2 脱硫机理 在炉外精炼上，所谓脱硫并不是一般意义上的将钢中的硫脱到一般钢 种规格( 0 0 15 0 0 2 0 ) 的程度，而是将其脱除到p p m 级的水平，以满 足海上用的设备、化学反应容器和输送油气管道用钢的要求( s 为1 0 - - 5 0 p p m ) 3 7 1 。 3 2 1 脱硫反应的热力学 3 2 1 1 硫容量和硫的分配系数 为了表示炉渣脱硫能力的大小，冶金工作者用了硫容量和硫的分配系 数两个概念。硫容量又分为渣一气硫容量和渣钢硫容量。炉渣脱除气体 中的硫的能力称为渣一气硫容量，其值可根据下列渣一气问的平衡反应来 测量【3 8 3 引。 = 1s 2 ( 气) + ( d 2 ) c 邓) ( ( s - 1 - ) + 1 0 2 ( 气) ( 3 1 ) 鞍山科技大学硕士论又第三章实验原理 炉渣脱除钢液中的硫的能力可用渣一钢硫容量来表征： s 】+ ( 0 2 。) = ( s2 ) + 0 ( 3 2 ) q 邓) 爿 ( 3 3 ) 除此而外，炉渣脱硫能力还可以用渣 钢i h j 硫的分配系数来表征： 。：黑 ( 3 4 ) s 】 、 式( 3 1 3 4 ) 中：陋，】一钢中氧活度：陋。】一钢中硫活度：( s ) 一渣中的硫； ( 0 )渣中的氧； s 一钢液中的硫含量，： o 一钢液中 的氧含量，：( s )渣中的硫含量，： s 一钢中的 硫含量，：只，一反应界而的氧分压，p a ；只，一反应界 而的硫分l j ，p a 。 3 2 i 2 硫容量、硫的分配系数和光学碱度的关系 ( 一1 光学碱度 一般冶金工作者用碱度或剩余碱来表示炉渣的酸碱性质，但在将氧化 物归为酸性或碱性上存在随意性，尤其是对中问性氧化物t i 0 2 、a 1 2 0 3 等 上的表示尤为突出。因此近年来，冶金工作者丌始寻找新的方法来克服上 述缺点，其中应用比较成功的是将玻璃工业上的光学碱度 i 进冶金炉渣中 1 4 0 1 。光学碱