铁水预处理熔剂的factsage分析

1、铁水预处理熔剂的相图分析金焱，毕学工（武汉科技大学，钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室）摘要：用FactSage软件对铁水预处理熔剂在1350下的相图进行了绘制，并分析了液态渣相的生成条件。关键词：FactSage软件；熔剂；相图；铁水预处理1. 前言随着科学技术的迅速发展，用户对钢质量的要求不断提高。例如，对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致裂纹钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量<0.01或0.005。在钢铁冶金工艺中，一般采用铁水预处理的方法得到纯净钢。有关铁水预处理的研究是冶金领域的重要课题之一1，多年来进行了大量研究，但铁水预处理所用熔剂的相图分析还

2、存在大量空白，值得进一步深入探讨。本文采用计算相图的方法研究了铁水预处理所涉及的熔剂的熔化行为及析出相。2. 相图计算的原理及途径计算机辅助研究相图在最近30多年得到迅猛发展，逐渐形成了CALPHAD技术(Calculation of Phase Diagram)，成为一门边缘学科分支相图计算；即把计算机技术与热力学理论结合起来，分析和评估体系的热力学性质，从而计算多元相图。FactSageTM热力学计算软件是加拿大蒙特利尔市的Thermfact/CRCT公司和德国Aachen市的GTT-Technologies公司经过20年努力开发的热力学计算软件和数据库。该软件可查询化合物和化学反应的热力

3、学数据，可计算各种条件的热力学平衡数据，同时可以将计算结果以图的形式给出。另外，该软件还可以画出各种相图。用FactSage软件可以计算多元相图，与各种各样的图表输出模式。3. 熔剂的常用相图及分析由于铁水脱磷使用的脱磷剂种类很多，相关的相图在文献资料上较少出现，在此，参考了In-Ho Jung2等人的相图计算方法，用FactSage软件绘制铁水预处理所涉及的一些熔剂的相图。3.1 CaO-CaCl2-SiO2 系相图铁水预处理的温度一般在1350左右，在铁水预处理中CaO是必要的固定剂，CaCl2是常用的助熔剂，SiO2是不可避免进入熔剂的成分，因此，用FactSage软件计算了CaO-Ca

4、Cl2-SiO2系在1350下的相图。图1显示的是CaO-CaCl2-SiO2系在1350下的相图。在相图中出现了Ca2SiO4，CaSiO3，Ca3Si2O7，CaSiO3，Ca3SiO5等固态化合物，相图中所有区域均有液态渣相出现，在CaO/ SiO2=12.3的范围将生成单一渣相。图1 1350下CaO-CaCl2-SiO2 系相图3.2 CaO-Ca2P2O7-Fe3O4 系相图 图2 1350下CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系相图在铁水预处理中，特别是脱磷处理过程中，CaO是必要的固定剂，Fe3O4是常用的氧化剂，反应后Ca2P2O7是不可避免进入熔剂的最高价磷酸盐，因此，用Fa

5、ctSage软件计算了CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系在1350下的相图。图2显示的是CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系在1350下的相图。在相图中出现了Ca3(PO4)2，Ca2P2O7，尖晶石等固态化合物，而Fe3O4的重量百分比超过0.05%，会有液态渣相出现。3.3 CaO-Fe3O4-Al2O3 系相图在铁水预处理中，特别是脱磷处理过程中，CaO是必要的固定剂，Fe3O4是常用的氧化剂，Al2O3是常用助熔剂，用于代替CaF2减少环境污染。因此，用FactSage软件计算了CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系在1350下的相图。铁水预处理的温度一般在1350左右，故绘制并分析了

6、1350时的相图。图3显示的是在CaO-Fe3O4-Al2O3 系在1350下的相图。图3中出现了Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7，CaAl12O19，Ca2Fe2O5，尖晶石等简单和复合固态化合物。相图中有17个区域出现液态渣相，其中靠近Fe3O4组成点顶角的CaO- Fe3O4边，当CaO的重量百分比小于40%时，所固相将消失，成为单一渣液相。对于CaO- Al2O3边，在CaO的重量百分比处于40%80%之间时会出现渣相，并同时有化合物Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7共存。在有Fe3O4存在时只要Al2O3的重量百分比小于80%就会有渣相生成。图3 135

7、0下CaO-Fe3O4-Al2O3系相图3.4 CaO-Ca2P2O7-Al2O3 系相图图4 1350下CaO-Ca2P2O7-Al2O3系相图对于CaO-Fe3O4-Al2O3 系熔剂在脱磷后，炉渣中出现的最高价磷酸盐化合物为Ca2P2O7，因此用FactSage软件计算并绘制了CaO-Ca2P2O7-Al2O3 系在1350下的相图。图4显示了1350时的CaO-Ca2P2O7-Al2O3 系相图。在图4中出现了Ca3(PO4)2，Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7，CaAl12O19， AlPO4等固态化合物。其中在CaO/ Al2O3=0.891.13且Ca2P2O7的

8、重量百分比=0.31.0%时熔剂将成为单一液态渣相。在图中CaO/ Al2O3=0.591.86的区域，熔剂中会产生液态渣相，除了上述单一液态渣相区，其余6个区域都有固相析出。4. 结论(1) 对CaO-CaCl2-SiO2系，1350时相图中出现了Ca2SiO4，CaSiO3，Ca3Si2O7，CaSiO3，Ca3SiO5等固态化合物，相图中所有区域均有液态渣相出现，在CaO/ SiO2=12.3的范围将生成单一渣相。(2) 对CaO-Ca2P2O7-Fe3O4系，1350时相图中出现了Ca3(PO4)2，Ca2P2O7，尖晶石等固态化合物，而Fe3O4的重量百分比超过0.05%，会有液态渣

9、相出现。(3) 对CaO-Fe3O4-Al2O3系，1350时相图中CaO- Al2O3边，在CaO的重量百分比处于40%80%之间时会出现渣相，并同时有化合物Ca3Al2O6，CaAl2O4，CaAl4O7共存。在有Fe3O4存在时只要Al2O3的重量百分比小于80%就会有渣相生成。(4) 对CaO-Ca2P2O7-Al2O3系，1350时相图中CaO/ Al2O3=0.591.86的区域，熔剂中会产生液态渣相。参 考 文 献1 田志红，艾立群，蔡开科等用CaO-CaF2-FeO系渣进行钢水深脱磷J钢铁研究学报，2004，16(5)：23-242 Youn-Bae Kang, In-Ho J

10、ung and Hae-Geon Lee et al. Phase Equilibria and Thermodynamic Properties of the CaO-MnO-Al2O3-SiO2 System by Critical Evaluation, Modeling and ExperimentJ. ISIJ International, 2004, 44(6): 974-976Study of relating phase diagrams of flux for hot metal pretreatmentJin Yan, Bi Xuegong(Key Laboratory for Ferrous Metallurgy and Resources Utilization of Ministry of Education , Wuhan University of science and technology)Abstract: The phase diagrams of the hot metal pretreatment flux at 1350 was calculated and analyzed with the Fac