。968 北京科技大学学报 第31卷 还原炼铁的可行性，也是熔分冶炼低磷铁的基础，对 于：使用C0还原时，由于会发生析碳反应，导致铁 治炼高磷铁矿具有极其重要的意义， 样中有一定的C含量；H2还原的熔分铁，虽然分析 对分别使用C0或H2还原后的矿样进行熔分 结果显示有少量C,但这可能是由熔分时氧化铝坩 实验，经实验分离得到低磷铁和富集磷的渣，所得 埚外套了石墨保护坩埚所致，理论上H2还原铁应 渣、铁的成分分析如表3所示. 不含碳. 表3电炉熔分后渣样、铁样成分（质量分数） 由于还原后铁中的C含量保持很低水平，所以 Table 3 Chemical composition of sag sample and iron sample after melt 以下反应不会发生，阻止了Ca3(P04)2被C还原进 separation 入铁相四， C0还原矿样 H2还原矿样 (P205)+5[C=2[+5C0(g (1) 成分 渣 铁 渣 铁 因此，通过熔分过程可将P富集到渣中，使铁中P P/% 1.96 0.27 215 0.33 含量具有较低水平， C/% 0.063 0.011 4.4熔分铁中P存在形态 对熔分后铁进行SEM和EDS分析，以进一步 由表3中可知，由C0还原后的铁矿石熔分分 分析P在铁样中的存在形式，如图6所示.可见，由 离出的铁，P由还原前的1.3%左右下降至0.27%， 气基还原的高磷铁矿熔分后P主要集中在夹杂物 由H2还原后的铁矿石熔分分离出的铁，P由还原前 区域，而在其他区域内没有P.以H2或C0还原时， 的13%左右下降到0.33%.两者的主要区别在 两者熔分结果相似. 250 位置1 到 PFe Ca (o 10 2.5μm E/keV (a) 250 位置1 《义光)有票 测 Fe Ca Ca 0 10m E/keV (b) 图6电炉熔分后铁样扫描电镜照片及能谱.(a)C0还原铁：(b)H2还原熔分铁 Fig 6 SEM images and EDS spectra of the iron samples after melt separation:(a)metal sample separated from the CO-reduced ore sample (b)metal sample separated from the H,-reduced on sample 气基还原铁时，C含量接近零，熔分过程中铁相 以C(P04)2的形态存在，Fe主要以金属态存在， 中P较低，而且其中的P是由于渣铁分离不充分造 并生成少量FeO. 成的.由于熔分是在坩埚中进行，铁水中夹杂物很 (2)在还原温度为800℃时，无论还原剂是C0 难上浮进入渣相，铁样中P含量与还原气体种类关 还是H2,高磷矿还原前后P是以C(P04)2的形式 系不大.铁样中P可以通过去除铁水中夹杂物的方 存在，其他P产物可忽略不计. 法进一步降低，以满足炼钢的要求. (3)在熔分温度1600℃的条件下，用C0还原 高磷铁矿分离出的铁含C0.063%、含P0.27%:用 5结论 H2还原高磷铁矿分离出的铁含C0011%、含P (1)通过HSC计算化学软件模拟气基还原高 0.33%.铁中含有P,是由于渣铁分离不充分造成 磷铁矿.由热力学分析表明，在800℃C还原后P仍 的，熔分后铁相中的P主要以夹杂物的形态存在.还原炼铁的可行性, 也是熔分冶炼低磷铁的基础, 对 冶炼高磷铁矿具有极其重要的意义 . 对分别使用 CO 或 H2 还原后的矿样进行熔分 实验, 经实验分离得到低磷铁和富集磷的渣, 所得 渣、铁的成分分析如表 3 所示 . 表 3 电炉熔分后渣样、铁样成分( 质量分数) Table 3 Chemical composition of slag sample and iron sample aft er melt separation 成分 CO 还原矿样 H2 还原矿样 渣 铁 渣 铁 P/ % 1.96 0.27 2.15 0.33 C/ % — 0.063 — 0.011 由表 3 中可知, 由 CO 还原后的铁矿石熔分分 离出的铁, P 由还原前的 1.3 %左右下降至 0.27 %, 由H2 还原后的铁矿石熔分分离出的铁, P 由还原前 的 1.3 %左右下降到 0.33 %.两者的主要区别在 于 :使用 CO 还原时, 由于会发生析碳反应, 导致铁 样中有一定的 C 含量;H2 还原的熔分铁, 虽然分析 结果显示有少量 C, 但这可能是由熔分时氧化铝坩 埚外套了石墨保护坩埚所致, 理论上 H2 还原铁应 不含碳 . 由于还原后铁中的 C 含量保持很低水平, 所以 以下反应不会发生, 阻止了 Ca3( PO4) 2 被 C 还原进 入铁相[ 12] , ( P2O5) +5[ C] =2[ P] +5CO( g) ( 1) 因此, 通过熔分过程可将 P 富集到渣中, 使铁中 P 含量具有较低水平 . 4.4 熔分铁中 P 存在形态 对熔分后铁进行 SEM 和 EDS 分析, 以进一步 分析 P 在铁样中的存在形式, 如图 6 所示 .可见, 由 气基还原的高磷铁矿熔分后 P 主要集中在夹杂物 区域, 而在其他区域内没有 P .以H2 或CO 还原时, 两者熔分结果相似 . 图 6 电炉熔分后铁样扫描电镜照片及能谱.( a) CO 还原铁;( b) H2 还原熔分铁 Fig.6 SEM images and EDS spectra of the iron samples after melt separation:( a) metal sample separat ed from the CO-reduced ore sample; ( b) metal sample separated from the H2-reduced ore sample 气基还原铁时, C 含量接近零, 熔分过程中铁相 中 P 较低, 而且其中的 P 是由于渣铁分离不充分造 成的.由于熔分是在坩埚中进行, 铁水中夹杂物很 难上浮进入渣相, 铁样中 P 含量与还原气体种类关 系不大.铁样中 P 可以通过去除铁水中夹杂物的方 法进一步降低, 以满足炼钢的要求 . 5 结论 ( 1) 通过 HSC 计算化学软件模拟气基还原高 磷铁矿.由热力学分析表明, 在 800 ℃还原后 P 仍 以 Ca3( PO4) 2 的形态存在, Fe 主要以金属态存在, 并生成少量 FeO . ( 2) 在还原温度为 800 ℃时, 无论还原剂是 CO 还是H2, 高磷矿还原前后 P 是以 Ca3( PO4) 2 的形式 存在, 其他 P 产物可忽略不计. ( 3) 在熔分温度 1600 ℃的条件下, 用 CO 还原 高磷铁矿分离出的铁含 C 0.063 %、含 P 0.27 %;用 H2 还原高磷铁矿分离出的铁含 C 0.011 %、含 P 0.33 %.铁中含有 P, 是由于渣铁分离不充分造成 的, 熔分后铁相中的 P 主要以夹杂物的形态存在 . · 968 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷