转炉尘泥碳酸化球团的脱磷研究

张志霞

（六盘水师范学院化学与材料工程学院）

0 前言

钢铁企业内部产生大量的含铁粉尘，尤其是转炉粉尘，含铁量高达50%以上，利用价值较大[1]。将转炉尘泥采用碳酸化工艺制成压块或球团，因配入的石灰发生碳酸化反应，吸收固定了CO2，又因其含铁高，可于转炉炼钢中，起到化渣剂、冷却剂的效果[2-3]。因此，含铁尘泥碳酸化制备球团或压块，有助于减轻目前钢铁行业面临的巨大环保压力。

1 碳酸化球团的脱磷分析

转炉炼钢采用碳酸化球团作化渣剂时，在冶炼初期，碳酸化球团内的碳酸钙发生分解反应，分解出的气体（CO2）增强熔池搅拌，有利于炉渣泡沫化，从而加快炉渣脱磷。与仅采用石灰作造渣剂相比：碳酸化球团使用的粉尘铁含量高，必将提高初期渣中（FeO）的含量，从而提高初期渣的氧化性，显著降低炉渣粘度[4-5]。炉渣的流动性得到改善，加快了炉渣内的传质，从而提高了炉渣在石灰中的渗透能力。而且石灰溶解中产生的致密C2S 产物层遭到（FeO）破坏，进一步加快了CaO 的溶解速度[6]。从上述分析可知，碳酸化球团用于转炉炉渣脱磷，不仅在热力学上可行，在动力学上也有利。

2 脱磷实验方案

（1）首先制取基准钢样：仅以石灰做造渣剂，将生铁、石灰和铁精粉放入氧化镁坩埚，将坩埚置于电阻炉中加热至一定温度，待生铁熔化后，每间隔1 min 用石英棒搅拌一次，一定时间后取样，获得基准钢样。

（2）制取对比钢样：再依次加入不同碳酸化反应条件下得到的碳酸化球团（球团加入量为石灰加入量的8%），按上述操作得到对比钢样。

（3）对钢样进行分析：在室温下，用台钻钻取钢样，所得铁屑采用滴定法测得钢中的磷含量。

3 实验数据及分析

3.1 CaO 配比对脱磷的影响

碳酸化球团中的CaCO3在进入转炉后的分解过程中，会吸收一定的热量，从而降低炉内的温度，因此碳酸化球团在冶炼初期从一定程度上可以起到冷却剂的效果，从而在热力学上为冶炼初期的脱磷创造条件（初期炉渣温度略低）。在其他碳酸化反应参数一定的情况下，不同CaO 配比的碳酸化球团与钢中磷含量的关系如图1 所示（反应温度为600 ℃、CO2比例为75%）。

图1 CaO 配比与钢中磷含量的关系

从图1 可以看出，随着CaO 比例的提高，钢中的磷含量明显降低。这是因为CaO 配比越高，则其初期渣碱度越高；球团内的CaCO3分解吸收热量越多，转炉熔池冶炼初期温度偏低。所述符合炉渣脱磷的热力学，故：脱磷率会随着CaO 配比的增加而升高。

3.2 碳酸化温度对脱磷的影响

CaO 配比为15%、CO2分压为 75%时，不同碳酸化反应温度制得的碳酸化球团与钢中磷含量的关系如图2 所示。

图2 碳酸化温度与钢中磷含量的关系

从图2 可以看出，在 600 ℃制得的碳酸化球团，脱磷效果较好，但与400 ℃的差异不是很大。

转炉炼钢中，前期最有利于脱磷，故成渣速度直接影响着脱磷率。碳酸化温度越高，CaO 吸收CO2成为CaCO3的转化率越高，自然碳酸化球团的孔隙度越低。CaCO3含量高，分解吸收的热量多；孔隙度低，不利于炉渣向球团的扩散传质，降低了成渣速度。故碳酸化温度影响转炉的炉渣脱磷效果，但温度越高效果越不显著。

3.3 不同CO2 分压对脱磷的影响

25%CaO 配比、碳酸化温度为600 ℃时，采用不同CO2比例的碳酸化球团与钢中磷含量的关系如图3 所示。

图3 CO2 分压与钢中磷含量的关系

从图3 可以看出，75%的CO2分压时，脱磷效果最佳。当其他条件相同时，CO2分压越高，球团的CaCO3转化率就越高，其分解吸收的热量就越多，熔池温度相对就低，故利于转炉炼钢的炉渣脱磷。

4 结论

在转炉炼钢中，适当配入由本车间所产转炉尘泥经碳酸化反应的球团，一是能够快速提供炉渣脱磷所需的高氧化性（FeO）；二是球团的CaCO3分解吸热，适当降低了初期渣的温度，而分解产生的CO2搅拌熔池加速了石灰的溶解，有助于快速提高炉渣（尤其是初期渣）的碱度；三是因高氧化性使得炉渣流动性变好。因此，加入高含铁的碳酸化球团，炉渣脱磷反应，不仅从热力学（高氧化性、高碱度、低温）上得到改善，且从动力学（流动性好）上也得到改善。对比只加入石灰作为造渣剂的钢样，采用碳酸化球团作为造渣剂后，脱磷效果明显增强。

CaO 配比升高（实验最高25%）、碳酸化反应温度升高（实验最高600℃）、CO2比例升高（实验最高为75%），都因有助于提高球团的CaCO3转化率，故有助于转炉炉渣脱磷。