李文博等：不同钙合金对钢液脱砷作用的实验研究 ·487 表5不同Ca系合金用于钢液脱砷实验结果 Table 5 Experiment results of molten steel dearsenization with different Ca alloys 脱砷前钢液 脱砷后钢液 炉次 温度/℃ 脱硫率，/%脱砷率，1% [A司，/% [:/% [A]r/% [I% 1600 0.089 0.0052 0.028 0.0004 92.4 68.6 2 1600 0.087 0.0040 0.046 0.0004 90.0 47.2 3 1600 0.090 0.0042 0.066 0.0004 90.5 27.0 1600 0.089 0.0047 0.017 0.0009 80.9 80.9 1600 0.088 0.0050 0.030 0.0007 86.0 66.0 6 1600 0.091 0.0055 0.066 0.0012 78.2 27.5 > 1600 0.093 0.0052 0.022 0.0010 80.8 76.4 1600 0.092 0.0051 0.033 0.0009 82.4 64.2 9 1600 0.088 0.0052 0.062 0.0008 84.7 29.6 10 1600 0.045 0.0059 0.017 0.0007 88.2 62.3 11 1600 0.047 0.0059 0.0084 0.0007 88.2 82.2 12 1600 0.041 0.0061 0.022 0.0013 78.7 46.4 13 1600 0.090 0.0074 0.057 0.0010 86.5 36.7 14 1600 0.091 0.0056 0.022 0.0008 85.8 75.9 的 1600 0.017 0.0074 0.0087 0.0008 89.2 48.9 16 1600 0.017 0.0063 0.0077 0.0011 82.6 54.8 公 1600 0.014 0.0054 0.0053 0.0009 83.3 62.2 18 1600 0.017 0.0063 0.0047 0.0007 89.0 72.4 时间控制在5~10min即可达到理想的脱砷效果 脱硫率，而后增大加入量对脱硫率影响不大，而脱砷率 2.2高砷含量时不同Ca系合金加入量对脱砷的影响 开始明显上升 根据炉次1~9实验数据，对不同Ca系合金加入 根据实验结果，分别增加Ca系合金加入量时，Si一 量与脱砷率关系进行对比分析，如图3所示.从图3 Ca-Ba合金的脱砷效果最好，纯Ca线次之，Ca-Al线 可以看出，在高砷质量分数范围内(0.084%~ 效果相对较差.这与Ca系合金加入到钢液中的形状 0.097%),随着不同Ca系合金加入量的增大，脱砷率 有关.Si-Ca-Ba合金为细小颗粒状，与纯Ca线和Ca- 也随之升高.在加入量为5%时，Si-Ca-Ba合金、Ca一 1线相比尺寸较小，与钢液接触的比表面积也远高于 A1线和纯Ca线的脱砷率相差不大，脱砷率在27%~ Ca一A1线和纯Ca线.加入钢液后迅速融化分解，分解 29.6%之间.在加入量高于5%且低于10%的条件 产生的溶解Ca(或Ba)与砷接触面积和几率也高于 下，脱砷率上升较为明显，在加入量高于10%且低于 Ca-Al线和纯Ca线.与Si-Ca-Ba合金相比，Ca-Al线 l5%的条件下，除Ca-Al线外，SiCa-Ba合金和纯Ca 和纯Ca线融化分解速率相对较慢，因此在相同的动力 线的脱碑率上升幅度较小.在取得较高脱砷率的同 学条件下，采用Ca-Al线和纯Ca线的脱砷效果也较低 时，硫含量也急剧下降，如图4所示.从图4中可以看 于SiCa-Ba合金.另一方面，由于Ca的蒸气压很高， 出，随着不同Ca系合金加入量的增大，对脱硫效果影 在实验温度下，Ca系合金融化分解后产生的Ca中，溶 响不大.根据文献热力学分析结果@，加入钢液中的 解于钢液并与钢液中S和As反应的Ca所占比例较 Ca系合金融化分解产生的Ca会优先与S发生反应， 在钢液中S含量较高的条件下，只有当S含量降低至 小，大部分Ca以气态形式挥发损失掉：而Si-Ca-Ba合 金分解产生的Ba与Ca完全互溶，能够有效降低分解 一定程度后，C才与钢液中As发生反应，从而可以进 后Ca和Ba的蒸气压，增加Ca在钢液中的溶解度，客 一步降低钢液中As含量.即客观上钢液中Ca含量存 在一个临界值，低于此范围起不到脱砷效果.同样，采 观上Ca与钢液中As接触时间也相对延长，间接上保 用精炼渣配加不同Ca系合金进行脱砷时，不同Ca系 证了脱砷反应充分进行.因此Si-Ca-Ba合金的脱砷 合金的加入量也同样存在一个临界加入值，在保证良 效果相对最好，而纯Ca线脱砷效果优于Ca-Al线则是 好动力学前提条件下，只有高于此临界量才能起到良 由于其Ca含量高于Ca一Al线的缘故 好的脱砷效果：而低于此值，加入的Ca系合金主要用 当加入量超过10%时，只有Si-Ca-Ba合金与纯 于脱氧和脱硫，用于脱砷的量较少.因此在本实验条 Ca线的脱砷率上升幅度明显降低.这说明随着SiCa一 件下，不同Ca系合金加入量为5%时即可保证较高的 Ba合金和纯Ca线加入量进一步加大，溶解于钢液中李文博等: 不同钙合金对钢液脱砷作用的实验研究 表 5 不同 Ca 系合金用于钢液脱砷实验结果 Table 5 Experiment results of molten steel dearsenization with different Ca alloys 炉次 温度/℃ 脱砷前钢液 脱砷后钢液 ［As］i /% ［S］i /% ［As］f /% ［S］f /% 脱硫率，ηS /% 脱砷率，ηAs /% 1 1600 0. 089 0. 0052 0. 028 0. 0004 92. 4 68. 6 2 1600 0. 087 0. 0040 0. 046 0. 0004 90. 0 47. 2 3 1600 0. 090 0. 0042 0. 066 0. 0004 90. 5 27. 0 4 1600 0. 089 0. 0047 0. 017 0. 0009 80. 9 80. 9 5 1600 0. 088 0. 0050 0. 030 0. 0007 86. 0 66. 0 6 1600 0. 091 0. 0055 0. 066 0. 0012 78. 2 27. 5 7 1600 0. 093 0. 0052 0. 022 0. 0010 80. 8 76. 4 8 1600 0. 092 0. 0051 0. 033 0. 0009 82. 4 64. 2 9 1600 0. 088 0. 0052 0. 062 0. 0008 84. 7 29. 6 10 1600 0. 045 0. 0059 0. 017 0. 0007 88. 2 62. 3 11 1600 0. 047 0. 0059 0. 0084 0. 0007 88. 2 82. 2 12 1600 0. 041 0. 0061 0. 022 0. 0013 78. 7 46. 4 13 1600 0. 090 0. 0074 0. 057 0. 0010 86. 5 36. 7 14 1600 0. 091 0. 0056 0. 022 0. 0008 85. 8 75. 9 15 1600 0. 017 0. 0074 0. 0087 0. 0008 89. 2 48. 9 16 1600 0. 017 0. 0063 0. 0077 0. 0011 82. 6 54. 8 17 1600 0. 014 0. 0054 0. 0053 0. 0009 83. 3 62. 2 18 1600 0. 017 0. 0063 0. 0047 0. 0007 89. 0 72. 4 时间控制在 5 ～ 10 min 即可达到理想的脱砷效果． 2. 2 高砷含量时不同 Ca 系合金加入量对脱砷的影响 根据炉次 1 ～ 9 实验数据，对不同 Ca 系合金加入 量与脱砷率关系进行对比分析，如图 3 所示． 从图 3 可以 看 出，在 高 砷 质 量 分 数 范 围 内 ( 0. 084% ～ 0. 097% ) ，随着不同 Ca 系合金加入量的增大，脱砷率 也随之升高． 在加入量为 5% 时，Si--Ca--Ba 合金、Ca-- Al 线和纯 Ca 线的脱砷率相差不大，脱砷率在 27% ～ 29. 6% 之间． 在加入量高于 5% 且低 于 10% 的 条 件 下，脱砷率上升较为明显，在加入量高于 10% 且低于 15% 的条件下，除 Ca--Al 线外，Si--Ca--Ba 合金和纯 Ca 线的脱砷率上升幅度较小． 在取得较高脱砷率的同 时，硫含量也急剧下降，如图 4 所示． 从图 4 中可以看 出，随着不同 Ca 系合金加入量的增大，对脱硫效果影 响不大． 根据文献热力学分析结果［10］，加入钢液中的 Ca 系合金融化分解产生的 Ca 会优先与 S 发生反应， 在钢液中 S 含量较高的条件下，只有当 S 含量降低至 一定程度后，Ca 才与钢液中 As 发生反应，从而可以进 一步降低钢液中 As 含量． 即客观上钢液中 Ca 含量存 在一个临界值，低于此范围起不到脱砷效果． 同样，采 用精炼渣配加不同 Ca 系合金进行脱砷时，不同 Ca 系 合金的加入量也同样存在一个临界加入值，在保证良 好动力学前提条件下，只有高于此临界量才能起到良 好的脱砷效果; 而低于此值，加入的 Ca 系合金主要用 于脱氧和脱硫，用于脱砷的量较少． 因此在本实验条 件下，不同 Ca 系合金加入量为 5% 时即可保证较高的 脱硫率，而后增大加入量对脱硫率影响不大，而脱砷率 开始明显上升． 根据实验结果，分别增加 Ca 系合金加入量时，Si-- Ca--Ba 合金的脱砷效果最好，纯 Ca 线次之，Ca--Al 线 效果相对较差． 这与 Ca 系合金加入到钢液中的形状 有关． Si--Ca--Ba 合金为细小颗粒状，与纯 Ca 线和 Ca-- Al 线相比尺寸较小，与钢液接触的比表面积也远高于 Ca--Al 线和纯 Ca 线． 加入钢液后迅速融化分解，分解 产生的溶解 Ca( 或 Ba) 与砷接触面积和几率也高于 Ca--Al 线和纯 Ca 线． 与 Si--Ca--Ba 合金相比，Ca--Al 线 和纯 Ca 线融化分解速率相对较慢，因此在相同的动力 学条件下，采用 Ca--Al 线和纯 Ca 线的脱砷效果也较低 于 Si--Ca--Ba 合金． 另一方面，由于 Ca 的蒸气压很高， 在实验温度下，Ca 系合金融化分解后产生的 Ca 中，溶 解于钢液并与钢液中 S 和 As 反应的 Ca 所占比例较 小，大部分 Ca 以气态形式挥发损失掉; 而 Si--Ca--Ba 合 金分解产生的 Ba 与 Ca 完全互溶，能够有效降低分解 后 Ca 和 Ba 的蒸气压，增加 Ca 在钢液中的溶解度，客 观上 Ca 与钢液中 As 接触时间也相对延长，间接上保 证了脱砷反应充分进行． 因此 Si--Ca--Ba 合金的脱砷 效果相对最好，而纯 Ca 线脱砷效果优于 Ca--Al 线则是 由于其 Ca 含量高于 Ca--Al 线的缘故． 当加入量超过 10% 时，只有 Si--Ca--Ba 合金与纯 Ca 线的脱砷率上升幅度明显降低． 这说明随着 Si--Ca-- Ba 合金和纯 Ca 线加入量进一步加大，溶解于钢液中 · 784 ·