·338· 工程科学学报，第38卷，第3期 表5脱磷阶段结束铁水成分（质量分数） 计算[O]-(Fe0)平衡： Table5 Metal composition at the end of the dephosphorization stage C]+O]=C0., (8) 编号温度/℃ C P Si Mn Ig koo =Ig- Pm_10346+2.031. (9) aoac T 1 1355 2.83 0.022 0.010 式中，P为C0气体分压. 2 1357 3.12 0.024 0.025 但是，转炉炼钢采用顶吹氧气的方式进行吹炼，顶 3 1399 3.20 0.027 0.030 渣中(FO)含量可以通过调整枪位及供氧强度及加料 4 2.97 0.022 0.022 0.05 方式进行控制，与炉渣接触的铁液跟进入渣的铁珠中 5 1369 2.81 0.024 0.014 0.07 氧活度受渣中(FeO)含量的控制. 6 1382 3.07 0.021 0.012 0.06 Fe [O]FeO, (10) △G9=-109750+45.93T, (11) 如下所示，去磷反应可以表示为 1ga▣=lga.o-5279/T+2.398. (12) 2P+5[0]=(P,0), 如果脱磷阶段炉渣需要达到0.025%脱磷的能 △Ge=-747850+558.4T,Jmol-1 (1) 力，铁-渣界面处铁液中[0]需要高于0.0082，渣中 根据 aro值应高于0.051.对照Ca0-fe0-Mg0-Mn0-P20,- RT hro,=Yo'tne. 4a=-4G9 Si02中Fe0活度图0，在实验碱度范围1.4~1.8、渣 ap'o 中Fe0在5%以上时，ao值大于0.20，渣的氧化性完 得 全满足脱磷条件，因而在此条件下，脱磷阶段脱磷的限 1gY=39060-29.17. (2) 制性环节在铁一渣界面与熔池的搅拌 apo T 3.2炉渣的固磷相分析 根据水渡英昭等的IgYra.公式B-5d: 为了对炉渣形态及渣中磷元素富集的相进行研 lgn=-1.02∑4-20780+9.39， (3) 究，将钢渣破碎、磨面、抛光和清洗处理制得试样，用扫 T 描电子显微镜背散射电子像观察试样的显微形貌，根 ∑Ay乃=23neo+17nw0+8nao+13no-26na, 据背散射成像原理，即物质的原子序数越小，其图像越 (4) 暗，钢渣中主要元素的原子序数的由大到小为Fe、Ca、 式中，k,为平衡常数，y为活度系数，α为活度，x为质 Si和Mg,对照片中特征形貌的物质进行定性分析，并 量分数，n,为组分j的摩尔分数.将式(2)和式(4)代 用X射线能谱仪测定微区元素组成. 入式(3)得 对转炉渣进行背散射分析，并将炉渣成分归一化 1ga2a2=-1.02∑44，-59s40+38.56+lgp 后放入巴登豪尔伪三元相图进行对照，如图3所示. T 随着吹炼的进行，炉渣的碱度逐渐提高，在0~5.5min (5) 左右提高到了1.5~1.6左右，炉渣的由熔点低的组元 铁液中α。与αp以质量分数1%溶液为标准 逐渐转变为熔点高的组元四 态7，O]与P]在铁水中形成稀溶液，因此将αp= 前期炉渣中以熔点中低的相组成，如镁蔷薇辉石、 [%P],a。=[%0]代入式(5)得 镁黄长石、钙铁橄榄石、钙镁橄榄石和自由F0,而中 lg[9%P]2[9%0]5= 后期炉渣主要以熔点中高的相组成，如镁蔷薇辉石、硅 -1.02∑4n-59840+38.56+lg (6) 酸二钙、自由Mg0和少量自由CaO,终渣主要由硅酸 T 二钙及硅酸三钙组成. 在SGRS工艺中，根据脱磷阶段炉渣主要成分控 如图4所示，对炉渣的不同结构组成进行分析，分 制以及相应摩尔分数，计算可得∑A乃=14.15，由脱 别对浅灰色的部分、深色的部分以及白亮的部分进行 磷阶段铁水温度在1380℃时计算，可得 元素组成分析.A系列为渣中浅灰色颜色部分，其组 [%P]2[9%0]5=2.29×10-4 (7) 成以Si、Mg和Ca的氧化物为主，含有少量Fe的氧化 因此得半钢]质量分数为0.025%时，铁液中因脱磷 物：B系列为炉渣中深色组成部分，其组成以Si和Ca 而需要存在的[O]为0.0082，由于SGRS脱磷阶段铁 为主，含有更低的FeO的氧化物及极少量的Mg的氧 水中[C]质量分数为2.8%~3.2%，铁液中溶解氧活 化物：C系列为炉渣中白亮色部分，其组成以F的氧 度受[C含量控制，在1330~1380℃范围内计算铁液 化物为主，含有较低的Si、Mg和Ca的氧化物，如表6 中氧活度为0.0008~0.0015左右，因此脱磷反应不能 所示. 在熔池内部进行. 对各部分组成来讲，磷元素在B类组成中含量最工程科学学报，第 38 卷，第 3 期 表 5 脱磷阶段结束铁水成分( 质量分数) Table 5 Metal composition at the end of the dephosphorization stage % 编号 温度/℃ C P Si Mn 1 1355 2. 83 0. 022 0. 010 — 2 1357 3. 12 0. 024 0. 025 — 3 1399 3. 20 0. 027 0. 030 — 4 — 2. 97 0. 022 0. 022 0. 05 5 1369 2. 81 0. 024 0. 014 0. 07 6 1382 3. 07 0. 021 0. 012 0. 06 如下所示，去磷反应可以表示为 2［P］+ 5［O］= ( P2O5 ) ， ΔG = － 747850 + 558. 4T，J·mol － 1 ． ( 1) 根据 kP2O5 = － ΔG ＲT ，kP2O5 = γP2O5 ·xP2O5 α2 P ·α5 O ， 得 lg γP2O5 ·xP2O5 α2 Pα5 O = 39060 T － 29. 17． ( 2) 根据水渡英昭等的 lgγP2O5 公式［2，5--6］: lgγP2O5 = － 1. 02 ∑ Aj xj － 20780 T + 9. 39， ( 3) ∑ Aj nj = 23nCaO + 17nMgO + 8nFetO + 13nMnO － 26nP2O5 ． ( 4) 式中，kP2O5 为平衡常数，γ 为活度系数，α 为活度，x 为质 量分数，nj 为组分 j 的摩尔分数． 将式( 2) 和式( 4) 代 入式( 3) 得 lgα2 P ·α5 O = － 1. 02 ∑ Aj nj － 59840 T + 38. 56 + lgxP2O5 ． ( 5) 铁液 中 αO 与 αP 以 质 量 分 数 1% 溶 液 为 标 准 态［7--9］ ，［O］与［P］在铁水中形成稀溶液，因此将 αP = ［% P］，αO =［% O］代入式( 5) 得 lg［% P］2 ［% O］5 = － 1. 02 ∑ Aj nj － 59840 T + 38. 56 + lgxP2O5 ． ( 6) 在 SGＲS 工艺中，根据脱磷阶段炉渣主要成分控 制以及相应摩尔分数，计算可得 ∑ Aj nj = 14. 15，由脱 磷阶段铁水温度在 1380 ℃时计算，可得 ［% P］2 ［% O］5 = 2. 29 × 10 － 14 ． ( 7) 因此得半钢［P］质量分数为 0. 025% 时，铁液中因脱磷 而需要存在的［O］为 0. 0082，由于 SGＲS 脱磷阶段铁 水中［C］质量分数为 2. 8% ～ 3. 2% ，铁液中溶解氧活 度受［C］含量控制，在 1330 ～ 1380 ℃ 范围内计算铁液 中氧活度为 0. 0008 ～ 0. 0015 左右，因此脱磷反应不能 在熔池内部进行． 计算［O］--( FeO) 平衡: ［C］+［O］= COg， ( 8) lg kCO = lg PCO αO αC = 1034. 6 T + 2. 031． ( 9) 式中，PCO为 CO 气体分压． 但是，转炉炼钢采用顶吹氧气的方式进行吹炼，顶 渣中( FeO) 含量可以通过调整枪位及供氧强度及加料 方式进行控制，与炉渣接触的铁液跟进入渣的铁珠中 氧活度受渣中( FeO) 含量的控制． Fel +［O］= FeOl， ( 10) ΔG = － 109750 + 45. 93T， ( 11) lgα［O］ = lgαFeO － 5279 /T + 2. 398． ( 12) 如果脱磷阶段炉渣 需 要 达 到 0. 025% 脱 磷 的 能 力，铁--渣界面 处 铁 液 中［O］需 要 高 于 0. 0082，渣 中 αFeO值应高于 0. 051． 对照 CaO--FeO--MgO--MnO--P2O5 -- SiO2中 FeO 活度图［10］，在实验碱度范围 1. 4 ～ 1. 8、渣 中 FeO 在 5% 以上时，αFeO值大于 0. 20，渣的氧化性完 全满足脱磷条件，因而在此条件下，脱磷阶段脱磷的限 制性环节在铁--渣界面与熔池的搅拌． 3. 2 炉渣的固磷相分析 为了对炉渣形态及渣中磷元素富集的相进行研 究，将钢渣破碎、磨面、抛光和清洗处理制得试样，用扫 描电子显微镜背散射电子像观察试样的显微形貌，根 据背散射成像原理，即物质的原子序数越小，其图像越 暗，钢渣中主要元素的原子序数的由大到小为 Fe、Ca、 Si 和 Mg，对照片中特征形貌的物质进行定性分析，并 用 X 射线能谱仪测定微区元素组成． 对转炉渣进行背散射分析，并将炉渣成分归一化 后放入巴登豪尔伪三元相图进行对照，如图 3 所示． 随着吹炼的进行，炉渣的碱度逐渐提高，在 0 ～ 5. 5 min 左右提高到了 1. 5 ～ 1. 6 左右，炉渣的由熔点低的组元 逐渐转变为熔点高的组元［11］． 前期炉渣中以熔点中低的相组成，如镁蔷薇辉石、 镁黄长石、钙铁橄榄石、钙镁橄榄石和自由 FeO，而中 后期炉渣主要以熔点中高的相组成，如镁蔷薇辉石、硅 酸二钙、自由 MgO 和少量自由 CaO，终渣主要由硅酸 二钙及硅酸三钙组成． 如图 4 所示，对炉渣的不同结构组成进行分析，分 别对浅灰色的部分、深色的部分以及白亮的部分进行 元素组成分析． A 系列为渣中浅灰色颜色部分，其组 成以 Si、Mg 和 Ca 的氧化物为主，含有少量 Fe 的氧化 物; B 系列为炉渣中深色组成部分，其组成以 Si 和 Ca 为主，含有更低的 FeO 的氧化物及极少量的 Mg 的氧 化物; C 系列为炉渣中白亮色部分，其组成以 Fe 的氧 化物为主，含有较低的 Si、Mg 和 Ca 的氧化物，如表 6 所示． 对各部分组成来讲，磷元素在B类组成中含量最 ·338·