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转炉炼钢过程中渣中MgO含量对脱磷的影响摘要在这项研究中，利用修正后的理想溶液模型Kozherov和热力学包FactSage分析渣中MgO的含量对磷的分配比率的影响及转炉炼钢过程中渣中MgO的平衡溶解度。热力学分析表明终渣中MgO的含量应大于5%，使得渣中MgO含量饱和和耐火材料的化学磨损最小化。然而，随着MgO的含量提高，磷分配比大幅降低。工业上采用80t顶底复吹转炉测试表明，由于热力学和动力学的原因，当终渣中MgO的平均含量从7.0%增加到9.8%时磷的分配比有显著下降从120.7到75.7。通过优化MgO的间含量在6%至8% 之间，脱磷效果和耐火材料的磨损达到最优。关键词：转炉炼钢，磷分配比，热力学，动力学，MgO含量介绍磷可以使钢在热处理容易脆化,对机械性能有不利影响。除磷是顶底复吹氧气转炉一项重要的冶金功能，因为接下来的二次精炼不能够除磷。然而，当铁水含磷量高 (大约0.2%)，仅用转炉冶炼低磷钢(0.06-0.015%）是一个特别具有挑战的问题。镁质白云石通常被加入炉内使渣中MgO含量饱和减少对镁质耐火炉衬的化学磨损。然而有研究表明增加渣MgO含量对除磷有不利影响。一方面，脱磷率主要由渣中传质过程能控制，并且MgO的加入可以提高渣的熔点、粘度，导致脱磷动力学条件变差。另一方面，氧化镁是碱性氧化物，其脱磷能力弱于CaO。因此，MgO的存在可以降低炉渣中CaO和FeO含量，导致磷分配比Lp（Lp=（重量%）/ 重量% ）下降，介于钢渣和钢液之间。EK等人用钼坩埚检查在FeO含量低的CaOSiO2FeOMgOMnO渣系中MgO含磷能力的影响。MgO含量对平衡LP的影响可以从他们得到的数据推断出来，并发现，在一个相对固定的R（3.803.88，R=质量%的CaO /质量%的SiO2）内。随着MgO含量从0.6%提高到12%而Lp从18下降到13。另外，由于MgO含量的增加导致Lp大幅降低也可从杨等人的工业试验数据观察，虽然他们不了解MgO含量对Lp的影响。从数据中可看出，Lp大幅降低至90而氧化镁含量从6%升高至9%。然而，该研究由MgO含量的变化对脱磷效率的影响仍需进一步研究。在这项研究中，对渣中MgO含量对Lp在渣钢间的影响，以及炉渣中MgO的平衡溶解度进行了系统研究，并得到渣中MgO含量的最佳值确保获得较好的脱磷效果。最后，工业试验进行优化渣中MgO含量保证钢水中磷水平降低到满足低磷钢等级0.015%最大的要求。脱磷的热力学分析磷分配比测量值与计算值的比较各种炉渣和钢水之间磷的平衡已被广泛研究，而这些研究开发的相关预测Lp作为矿渣的化学成分和温度的函数，如表1。表1。相关文献报道的磷分布预测模型在转炉炼钢脱磷渣金界面反应可以描述为 ai表示i在渣或钢液中活度，fi和wi分别表示i在钢中溶解组分的活度系数和质量百分比，i和xi分别表示i在渣中组成部分的活度系数和摩尔分数。K是平衡常数的方程（1），它可以来自 磷和氧的活度系数可用相互作用参数计算 Eip表示溶质i的相互作用参数在液相铁中溶解 Eio表示溶质i的相互作用参数与液态铁中溶解氧的相互作用参数在目前的工作中，P2O5和FeO的活度系数采用修正后的kozheurov正规溶液模型估计，被认为是确定转炉渣中P2O5和FeO的有效系数的方法，从而磷的分配比Lp可以利用公式计算得出。一般情况下，转炉终渣主要由CaO、SiO2、FeO、MgO和少量的MnO、P2O5组成。为了验证修改后的kozheurov正规溶液模型的准确性，在15501650C温度范围内，许多文献中的数据被计算和比较，如图1和2。从如图1和2a可知P2O5、FeO的活度系数和目前预测的Lp在很宽的范围内，文献炉渣成分与实测值比较吻合。图2b显示目前预测的Lp和（表1）中的四种模型模型与Lp的理论值的比较，实验数据与图2a一样。显然，在目前的工作更多的是在预测值与其他四种模型的理论值比较。因此，修改后的kozheurov正规溶液模型可以用来测量大概的Lp。图1 在1550C到1650C温度范围内通过修正后的kozheurov正规溶液模型计算 的LgP2O5和LgFeO值与测量值的比较图2 (a)比较在1550C到1650C温度范围LgLp理论值和通过修正后的kozheurov正规溶液模型计算值 (b)比较LgLp理论值与五磷分布预测模型得到的计算值（表1）包括修正后的kozheurov正规溶液模型MgO含量对磷分配比的影响在两种不同的假设条件下，分析了MgO含量对Lp的影响，如图3和4所示，与相对应的P2O5和FeO的活度系数比较。应该注意的是，在这里使用的温度为1650C，由于出钢的实际温度非常接近这个值。图3 实验1 MgO对Lp的影响及相应的P2O5和FeO的活度系数图4 实验2 MgO对Lp的影响及相应的P2O5和FeO的活度系数对于实验1，假设加入渣中的MgO的初始组成为48%的CaO，13%SiO2，31%FeO ，3P2O5，5%MnO和0%的MgO，并且R = 3.7。对于实验2，FeO，MnO和P2O5含量基本保持不变。如图3a和4a所示，MgO含量从5%增加到10%时，Lp急剧下降，当MgO继续增加至14%时，Lp趋于相对稳定。随着MgO含量的增加Lp减小是因为FeO的活度系数显着降低和磷的活度系数增加，如图3b和4b所示。turkdogan表明FeO的活度系数主要是渣中R决定，随着R增加FeO的活度系数急剧下降，类似的趋势也被Ogura et al证实，其他的研究者发现FeO摩尔分数的增加使FeO的活度系数近似线性降低。其实，以上两种情况下，R保持不变，随MgO含量的不断增加和FeO的摩尔分数不断减小，这表明 CaO和FeO含量的降低是因为加入了MgO而不是FeO的活度系数降低导致的。可能是MgO本身能显著降低FeO的活度系数。此外，P2O5活度系数主要是CaO含量的作用，并且通过加入MgO可以稀释CaO，导致P2O5活度系数升高。其结果是，MgO含量的增加Lp明显降低。溶解度转炉渣中MgO的溶解度至关重要，因为MgO在保护炉内衬中起着重要的作用。在1650CCaOSiO2FeO4.3%MnOMgO2.8%P2O5渣系中，利用FactSage计算MgO的平衡溶解度。结果如图5所示，根据Suito与Basu等人对 MgO的溶解度的研究（渣中R 1，FeO=1530%），我们可以明确的得到当炉渣碱度R从3增加到3.5时MgO溶解度降低。在较高的R，MgO的溶解度取决于FeO含量。T=1650C，R超过3.5， FeO含量分别为20%和30%时，MgO的饱和溶解度值约为4%和5%。 这些结果与Basu等人研究结果相当的接近。 图5 (a)和(b)分别表示R和FeO含量对MgO溶解度的的影响因此，为了最大限度地减少耐火材料衬里的化学磨损，终渣应该是饱和的，当R超过3.5时，MgO含量约为5%。然而，炉渣的化学成分和温度的不断变化，在整个吹氧过程中炉渣中MgO的溶解度极限通常降低，而炉渣中石灰的溶解会相应的提高。在早期吹炼过程中，应该考虑到MgO的溶解度应超过上述值。在吹炼前期，Si、Mn和Fe被氧化，所得的氧化产物有助于石灰的溶解，与此同时会得到高SiO2、FeO和MnO含量低CaO含量的流动渣。在CaO- SiO2FeO- MnO15%MgO渣系中，铁水初始温度为1300C，不同的R和FeO含量下MgO的平衡溶解度可用FactSage计算，如图5b所示。可以看出，MgO的溶解度可达到16%左右。通过考虑，在目前的研究中，早期吹炼过程中液态渣的总含量约为终渣的2040%，因此，早期液态渣中MgO含量足以使终渣中MgO含量饱和（MgO5%）。因此，此研究的条件下（R3.5），为了获得最好的脱磷性能和保护炉衬，终渣中MnO含量应该高于5%。工业试验工业上采用80吨顶底复吹转炉进行实验来优化终渣中MgO含量 在一个80吨的顶部底部混合吹转炉炼钢转炉进行了优化的氧化镁含量在最后的炉渣进行了工业试验。同时对炉渣和钢进行采样和分析，分别采用X射线荧光光谱仪和光谱分析，如表2所示表2 炼钢开始时和出钢时的数据分析图6显示了工业试验（“优化后”，20次）以及前工业试验（“优化前”，35次）终渣中MgO含量对Lp测量的影响。结果清楚地表明，随着炉渣中的MgO含量的升高，Lp显著降低。在MgO含量超过10%，Lp只有约40至80。通过优化，MgO平均含量从9.8%降至7.1%，Lp升高，从75.7到120.7。这表明在控制渣中MgO含量对提高脱磷效率的重要性图6。终渣中氧化镁含量对Lp测定的影响图7 MgO含量对矿渣1(a)和2(b)中Lp的影响 为了确保测量的Lp大变化是由MgO含量引起的而不是R或FeO含量所引起的，用R和FeO含量相同而MgO含量不同的两种渣样所计算出来的Lp进行比较。渣样1各成分含量为：R = 3.863.99，FeO=2629%，MgO=514%、MnO=4.26% 平均R=3.92，FeO=27.6%，MgO=9.7%、MnO=4.7%和T=1645C.渣样2各成分含量为：R = 4.464.92，FeO=2630%，MgO=513%、MnO=2.26% 平均R=4.6，FeO=27.4%，MgO=8.5%、MnO=4.3%和T=1642C.作用在Lp每个渣MgO含量的计算值与测量值，如图7A所示（渣1）和图7B（渣2）。显然，在R和FeO含量相对稳定渣中MgO 含量增加，Lp的测量值和计算值都成线性减小。但由于动力学原因实测值总是低于计算值。通常，在传统的炼钢过程中脱磷平衡是不可能达到的，如图8a所示。由于动力学原因，几乎所有的测量Lp大大低于计算值。如前所述，脱磷率主要是由渣中的传质过程控制。图8b显示理论平衡（测得的Lp和平衡值的比值）和熔渣的粘度之间的关系，可以利用KTH模型进行计算。可以看出，随着炉渣粘度降低理论平衡值有降低的趋势，特别是当粘度大于0.2 PaS。应该指出，可能由于平衡Lp的计算错误，三组理论平衡大于100%。我们都知道，随着MgO的含量增加，高R和渣中高FeO含量会使炉渣的粘度增加，这将使脱磷的动力学条件变差而不能达到平衡。图8 (a)磷分配比计算值与测量值的比较 (b)熔渣的粘度与平衡值之间的关系从以上分析，我们得出这样的结论：不管是从热力学和动力学角度分析，MgO含量的增加对转炉渣脱磷的效率有很大的负面影响。需要注意的是，渣中MgO含量过低炉衬耐火材料损耗严重，这可以通过使用溅渣护炉技术来解决。此外，为了更好的估计炉衬耐火材料的侵蚀量，整个吹氧和MgO溶解的过程还需要进一步研究。 结论 在这项工作中，在转炉炼钢过程中通过优化的终渣MgO含量进行热力学分析和工业测试。得出如下结论。（1） 修改后的kozheu