含磷钢渣碳热还原脱磷及资源化利用的研究现状

摘要：针对脱磷转炉渣中磷资源高效回收及其资源化利用过程中存在的问题,系统总结了含磷钢渣除磷方式及其应用优缺点,并着重总结了不同条件（炉渣温度、炉渣碱度、钢渣中FeO质量分数、碳当量、底吹气体流量、冶炼时间等）对碳热还原气化脱磷的影响规律。同时,以应用前景较好的碳热还原气化脱磷方法为基础,提出了脱磷转炉渣在碳热还原气化脱磷过程磷的流向规律,展望了渣中磷资源回收制备磷铁及其循环利用模式。这为实现渣中磷资源高效回收及处理后残渣资源化利用提供重要研究基础和方向。     

转炉钢渣磷富集与应用的技术研究

介绍了目前转炉钢渣磷富集的技术与研究现状及主要存在的问题,在对钢渣中磷的赋存状态分析的基础上,以回收高品位磷资源为主要目的,提出通过对转炉钢渣进行熔融改质处理,实现钢渣中磷的充分富集,促进形成高品位大结晶的富磷相。本研究对促进企业节能减排和冶金废渣高效综合利用等具有重要意义。     

大型转炉超深脱磷新技术研究与应用

为了实现超洁净低磷钢的批量高效生产，研究开发了大型转炉基于低MgO(2.5%≤w(MgO)≤4.0%)、低MnO(w(MnO)≤1.5%)、高碱度(R≥6)和超高磷分配系数(L_P≥1 500)的极低磷钢高效冶炼技术。研究发现，减低钢渣中MgO和MnO含量及提高钢渣碱度可以大幅提高转炉终点渣钢平衡磷分配系数L_Pbal至1 500以上。通过优化冶炼初期炉料结构，提高钢渣氧化性，实现高速化渣，半钢渣中平均磷质量分数达到3.47%、FeO质量分数控制在17%～20%;通过倒渣模型计算和优化及自动控制，实现半钢快速高效稳定倒渣，经测量半钢结束倒渣量控制在35%以上；通过熔池高效搅拌，使实际生产渣钢磷分配系数L_Pact与理论平衡磷分配系数L_Pbal的比值平均为0.81左右。采用低温出钢等低磷钢冶炼技术，实现双渣工艺冶炼转炉出钢最低磷质量分数为0.000 38%、整浇次转炉出钢平均磷质量分数为0.000 73%、整浇次成品平均磷质量分数为0.001 05%的批量、稳定、高效生产，平均转炉冶炼周期为42 min。本...     

微波碳热还原转炉渣气化脱磷反应的宏观动力学

在1 100~1 350℃,1 000Pa,3倍碳当量条件下,采用微波加热方法对碳还原转炉钢渣的气化脱磷反应进行了宏观动力学分析。结果表明,微波加热条件下,气化脱磷率为31.0%~35.7%,该气化脱磷反应为二级反应,活化能为55.52kJ/mol,并得到了气化脱磷反应速率常数与温度的关系式,同时界面化学反应为可能的限制性环节。通过提高反应温度、减小钢渣及焦炭粒度、增大反应物料接触面积,可提高气化脱磷反应的速率。研究结果为探明微波碳热还原脱磷反应的机理及速率问题,实现转炉钢渣在钢铁企业内部的循环利用提供了理论依据。     

转炉钢渣中磷元素的分布

转炉钢渣中的磷是影响钢渣在钢铁企业内部循环的主要因素之一。研究显示，如文献中对缓冷钢渣的研究结果一样，工厂稳定化处理后的转炉钢渣中的磷主要以磷酸三钙与硅酸二钙形式的固溶体存在。该固溶体在钢渣中呈不规则颗粒状，在钢渣的其它矿物相中没有发现磷元素。其实验结果与利用Factsage软件进行的热力学平衡计算结果相一致，说明对钢渣样的分析具有代表性。此结果为转炉钢渣中磷的综合利用和转炉钢渣在钢铁企业的再生利用打下良好基础     

钢渣在含磷废水处理中的应用

为了降低水体的富营养化，以钢渣作为除磷材料，采用批试验和柱试验的方法，研究了钢渣对模拟含磷废水和实际生活污水中磷的去除能力。结果表明，钢渣可以有效地去除废水中的磷。     

钢渣处理含磷废水的初步试验研究

研究了用钢渣作为除磷材料来处理含磷废水。实验考察了吸附时间、钢渣用量、废水pH和初始磷浓度对钢渣吸附磷的影响。结果表明，钢渣对废水中的磷有很好的吸附去除效果。     

转炉钢渣资源利用的新方法

我国转炉钢渣的利用率较低,其主要限制因素是渣中磷含量较高。提出引入渣还原炉,用含碳饱和的铁水还原渣中的氧化物,使转炉渣中的磷进入铁水中,同时回收了渣中的铁和锰。脱磷后的钢渣返回转炉循环使用。热力学分析和研究结果证明此方法是可行的。     

钢渣中磷分离及回收的研究现状和发展趋势

 中国的钢渣产量巨大,但是钢渣的综合利用率较低,造成了严重的资源浪费和环境负担。钢渣中磷的分离与回收是实现钢渣高效资源化利用的关键所在,对开发新的磷资源和建立“无废渣”炼钢流程具有重要意义。首先分析了钢渣中磷的分布状态,总结了目前提出的从钢渣中分离和回收磷的主要方法及其技术特点,并着重介绍了利用选择性浸出从钢渣中直接提取磷酸盐产品的新技术及其研究进展,分析了选择性浸出的原理和实现钢渣循环利用的冶金工艺流程,讨论了其优缺点,最后对未来钢渣资源化利用的发展提出了建议和展望。     

基于界面技术的钢渣热态转运路径优化

 为实现熔融钢渣显热高效回收,以转炉-渣处理界面为研究对象,采用时序分析、冶金流程虚拟仿真等方法对熔融钢渣热态转运流程进行优化,由渣罐转运路径、运行时间、在线运行数量、界面能量损失等几个方面进行解析,确定熔融钢渣低热损转运的最优路径,以实现工序界面间物质流、能量流的高效传递。虚拟仿真和试验结果显示,渣罐在线运行数量为8个时即可满足现有转炉的生产要求,单个渣罐的周转次数为7.88 次/d,渣罐周转效率提高约37.50%,钢渣转运过程中温降约为209 ℃,界面能量损失较初始条件减少30.4%。     

含磷炉渣处理技术的回顾与展望

 系统分析了含磷炉渣处理技术的研究现状及其特点,通过分析可知,目前含磷炉渣的回收技术存在简单的初级利用、能耗过高、不适宜批量处理或工业化生产的问题。因此,提高磷元素回收效率、优化剩余残渣利用方式已成为含磷炉渣资源化利用的趋势。以回收含磷炉渣中的磷资源为主要目的,提出了转底炉低温固-固碳热还原气化脱磷制备磷酸及残渣用作转炉辅料的工艺技术路线。通过热力学及动力学分析,表明该技术路线是一种高效、低耗、环保、资源化利用含磷炉渣的新途径,对促进钢铁企业节能减排和可持续发展具有重要意义。     

转炉脱磷工艺的最新进展

转炉脱磷工艺利用了转炉容积大的特点,可以实现转炉前期快速高效低碱度脱磷.脱碳渣的循环利用降低了石灰等辅料消耗和渣量.在低温低碱度转炉脱磷的条件下,低温在热力学上有利于脱磷,但温度过低会使渣过于粘稠而影响动力学条件并使倒渣困难;适当提高碱度,脱磷效果较好.随着渣中氧化铁含量的上升,脱磷效果先上升后下降.转炉脱磷渣中固液两...     

转炉冶炼低磷洁净钢的工艺开发和实践

 转炉具备冶炼低磷钢的生产能力,但生产超低磷9Ni钢,转炉脱磷工艺仍然是主要难点和研究重点。分析了钢水温度、炉渣碱度、FeO和渣量等对转炉脱磷的影响规律,并结合现场工装设备条件,对转炉双联法、三渣法、双渣法3种脱磷模式进行试验对比。双联脱磷工艺半钢温降大、单炉周期长、生产组织难度大,三渣法操作过程复杂、终点磷控制优势不明显。双渣法冶炼周期短,通过优化转炉脱磷工艺,实现了采用双渣法冶炼工艺生产超低磷钢,简化了超低磷钢转炉冶炼流程,提高了生产效率。研究了转炉脱磷主要工艺参数,分析得出采用脱碳氧枪喷头时,供氧流量按脱碳吹炼流量的83.5%控制,可达到良好的脱磷效果并减少铁水碳的烧损;脱磷期半钢碳含量不宜控制过低,半钢碳质量分数为3.0%～3.5%时能保证前期的脱磷效果和脱碳期的热量。脱磷期温度控制在1 300～1 350 ℃,脱磷率较高也有利于炉渣熔化。炉渣碱度为1.8～2.2时,可保证较高的脱磷率和化渣效果。一次倒渣量40%以上,脱碳期终点温度按1 590～1 610 ℃控制,终渣FeO质量分数不小于20%,终渣碱度大于6,转炉终点磷质量分数可降低到0.002%以下。采用下渣检测系统和滑板挡渣操作,严格控制下渣量,出钢采用磷含量低的合金,炉后钢水增磷可控制在小于0.000 5%。通过工业试验,实现了铸机成品磷质量分数小于0.002%。     

高磷转炉渣中磷元素在不同酸中的浸出规律

 中国钢渣产量大、存量高,虽然在部分企业内部实现了热态循环利用,但渣中磷含量不断富集升高,不能从根本上实现绿色化的二次利用。为实现对高磷转炉渣中磷的高效浸出,同时降低浸出过程氧化钙损耗,设计了不同酸浸方案,重点研究硝酸和柠檬酸的浓度、温度、时间、搅拌条件等对浸出效果的影响。同时采用最优尺度回归对试验结果进行分析。结果表明,硝酸浓度对浸出影响大,相同浓度选用柠檬酸,氧化钙损失较低。室温无搅拌条件下,通过延长酸浸时间可实现最佳酸浸效果。使用柠檬酸和硝酸浸出后,渣中CaSiO₃相和Ca₃(PO₄)₂-Ca₂SiO₄相先后消失。最优尺度回归模型对试验结果有较好的吻合度。利用选择性浸出工艺,既可以创造直接经济价值,也可带来改善生态环境的间接效益。     

炼钢转炉脱磷的研究进展及展望

磷在钢中作为一种有害元素会危害钢材的塑性、韧性和可焊性等性能,如何高效地降低钢中的磷含量一直成为国内外钢铁企业的研究重点.总结并分析了转炉冶炼中造渣料、氧枪控制、底吹控制、冶炼温度和转炉渣成分对脱磷的影响,并以此为基础,对转炉脱磷技术的发展进行了展望,为钢铁企业的脱磷工艺提供理论依据和技术参考.     

钢铁厂磷素流的路径分析及探讨

针对钢渣尚未有效资源化利用的情况，以磷元素为中心对钢铁厂磷素流从矿选、烧结（球团）、炼铁、炼钢工艺上进行了全生命周期的梳理，重点分析了首钢京唐公司生产过程中磷素流路径，利用平衡的手段，研究了磷元素的分配规律和富集规律，并对生产过程磷素流的优化进行了探讨。认为可通过生产流程整体优化来降低铁水磷含量，实现钢渣的减量化，并利用冶金技术将富磷的钢渣和矿选尾矿等制备成矿渣、铁水和磷酸铁等产品来实现钢渣资源化利用。