摘要：在实验室小型实验炉内，采用CaO-Fe2O3基粉状脱磷剂，进行了铁水预处理脱磷的实验。主要研究了铁水中原始硅含量、钙氧比、熔剂含量和助熔剂含量等因素对铁水脱磷率的影响。结果表明，较低的铁水硅含量、合适的钙氧比、适量的CaF2和A12O3，含量能提高铁水预处理脱磷率。

　 进行铁水预处理脱磷可以降低转炉钢终点的磷含量，提高钢的质量，还可以优化转炉操作，提高转炉各项技术经济指标。近20～30年来，日本、美国等——些国家广泛开展了铁水预处理的工作。日本一些钢厂的铁水预处理脱磷率已高达80％。我国冶金工作者在这方面也做了大量的工作。近年来，我国许多钢厂已开展了铁水预处理脱硫的工作，但是铁水预处理脱磷才刚刚起步。可以预测，在今后5—10年内，我国的铁水预处理脱磷，特别是铁水　　　 预处理脱磷剂将会迅速开发。因此开展这方面的工作具有重要的意义。

1 实验方法

1.1 实验装置

　 实验在9 kW的SGM型硅化钼高温炉中进行，其实验装置见图1。用高纯A12O3炉管作保护管(其内径为70mm，外径为90mm)，用内径为40mm的刚玉坩埚盛装铁水，外套石墨坩埚加以保护。

1.2 实验温度及温度控制

实验温度为l 350℃，用可控硅精密温度控制仪控制炉温。实验前，先测定恒温带并用双铂铑标准热电偶插入坩埚内进行温度效正。

1一DWT—702精密温度控制仪；2一数字温度显示仪；3一控温热电偶；

4—测温热电偶；5—实验坩埚；6一气体流量计；7一气体压力计

图1 热模拟实验装置

　 金属试样中磷和硅的含量用光谱法测定，硫和碳的含量用燃烧法测定。

2实验结果及分析

2.1铁水原始硅含量对脱磷率的影响

　 研究了铁水原始硅含量ω[si]_o对脱磷率η_P的影响。实验所用铁水硅含量为0.51％，用组成为ω_Fe2O3％=80％、ω_CaO＝20％的脱硅剂预脱硅，使铁水的硅含量在0.05％～0.4％范围内。因实际脱硅程度较难控制，所以取样分析得到的铁水硅含量为铁水的原始硅含量。然后用相同组成、相同量的脱磷剂进行脱磷。脱磷剂的组成为：ω_Fe2O3％＝46％、ω_CaO＝42％、ω_CaF2=12％。实验结果见图2。

图2 ω[si]_o对η_P的影响

　 从图2可以看出，随着原始硅含量的降低，脱磷率明显提高；当CO[si]_o>0.2％时，脱磷率非常低，不能进行有效的处理。其原因为：①硅与氧的亲和力大于磷与氧的亲和力，在硅含量较高的条件下，加入脱磷剂后，脱磷剂中的Fe₂O₃先与硅反应，阻止了脱磷反应的进行；只有当ω[si]_o<0.1％或ω[si]_o<0.08％时，才能进行有效的脱磷；②在硅含量较高时，加入氧化性熔剂后，硅氧化形成SiO₂，降低了CaO的活度，从而导致脱磷率下降。有人认为，采用CaO或Na₂CO₃熔剂脱磷时，铁水终点硅含量ω[si]_e<0.01％，甚至可达到0.004％～0.006％，处于非常低的水平。在实际生产中，当铁水预脱磷时，必须先脱硅，而且脱硅渣的扒除率非常重要，如果扒除率低，残留的SiO₂对脱磷不利。

2.2 ω_CaO／ω_Fe2O3对脱磷率的影响

　 实验条件为：助熔剂中CaF₂含量为7％，其它辅助粉剂Al₂O₃等的含量小于l0％，且保持不变。保证CaO和Fe₂O₃的总含量不变，但可改变二者的相对含量，使ω_CaO／ω_Fe2O3的比值在0.7～1.2范围内变化。实验结果见图3。

　 在本实验条件中，ω_CaO／ω_Fe2O3＝0.95～1.05 时，铁水的脱磷率较高。在铁水含磷、硅和碳的条件下， CaO、Fe₂O₃各自参于不同的反应，其主要反应有：

　 5/3Fe₂O₃+2[P]=(P₂O₅)+10/3[Fe]……(1)

　 3CaO(s)+(P₂O₅)=(3CaO·P₂O₃)……(2)

　 2/3Fe₂O₃(s)+[Si]=(SiO2)+4/3[Fe]……(3)

　 1/3Fe₂O₃(s)+[C]=Co+2/3[Fe]……(4)

　 脱磷反应消耗的CaO和Fe₂O₃量可由反应式(1)、(2)确定，而铁水中硅、碳氧化反应消耗的Fe₂O₃，量可由反应式(3)和(4)确定。所以，CaO、Fe₂O₃，的消耗量可依据上述4个反应式来确定，如铁水中硅、碳含量偏高时，用于硅、碳氧化的Fe₂O₃的消耗量大ω_CaO／ω_Fe2O3比值应适当小—些;当铁水中硅、碳含量一定时，ω_CaO／ω_Fe2O3比值也可以取一稳定值。但主要应根据脱磷反应性质来决定所需要的CaO和Fe₂O₃量。在用粉剂脱磷的具体场合，对于CaO-Fe₂O₃-CaF₂基粉剂而言，最重要的性能指标为ω_CaO／ω_Fe2O3的比值，在这种情况下，用碱度(R＝ω_CaO／ω_Fe2O3是不合适的。碱度适用于熔渣脱磷的场合。

图3　 ω_CaO／ω_Fe2O3对η_p的影向

2.3助熔剂的作用

　 实验选取CaF₂为助熔剂，CaF₂含量在1％～12％之间变化。当CaF₂含量变化时．减少或者增加CaO和Fe₂O₃的总含量(但二者的比值不变)。在CaO-Fe₂O₃-CaF₂脱磷粉剂中,CaF2可以降低CaO 及Fe₂O₃的熔化温度，提高粉剂的反应性能。图4(a) 示出了脱磷粉剂中CaF₂含量对脱磷率的影响。实验结果表明，当ω_CaF2<5％时，脱磷率较低，当ω_CaF2＝7％～10％时，可获得较高的脱磷率。由此可见，助熔剂具有重要的作用，所以选择合适的助熔剂也是　　　 一项关键的技术措施。

　 CaCl₂也具有良好的助熔作用，其效果优于CaF2。一些学者的研究结果表明：在CaCl₂和CaF₂使用量相同的条件下，CaCl₂比CaF₂可使铁水脱磷率提高10％。文献的研究结果也表明，用CaCl₂代替CaF₂脱磷时，其结果与文献相同。

　 但笔者在实验中发现，CaCl₂极易潮湿、粘性强，实际使用中会污染设备并且给操作带来不便。只有设法对CaCl₂进行表面钝化处理，则可望其具有较好的工业使用前景。

　 Al₂O₃本身并不具有脱磷作用。目前，较多场合用的脱磷剂为CaO-Fe₂O₃-CaF₂—Al₂O₃四元熔剂，其中Al₂O₃主要起助熔剂作用。由于厂CaF₂对耐火材料的侵蚀较强，同时对设备损坏严重。故配入量应尽可能少，适当加入Al₂O₃可以减少CaF₂的用量。　　　　

　 为考查Al₂O₃的这一作用，在ω_CaF2=1.05、ω_CaF2＝7％的条件下，改变Al₂O₃的含量，进行了铁水脱磷实验。实验结果示于图4(b)。可看出，随着Al₂O₃含量的增加，脱磷率有所提高；当Al₂O₃含量在l0％左右时，脱磷率达到最大值。但是，Al₂O₃含量对脱磷率的影响相对较小。由CaO-A1₂O₃二元相图(略)可见，A1₂O₃对降低CaO熔点的效果比较显著。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　

2.4 BaO对脱磷率的影响　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　 脱磷剂组成与前面实验所用相同，即Fe₂O₃46％、CaO 42％、CaF2 12％。用BaO部分代替CaO，并保持CaO和BaO的总含量不变，其实验结果见图5。可见，BaO用量在18％～20％范围内时，都能获得较好的脱磷效果。从离子理论观点看：Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺离子的半径呈逐渐增大趋势，它们与熔体中的O^2-离子结合的能力却顺序减弱，而与PO₄^3-离子的结合能力则依次增强。从实验结果及理论分析可知，在铁水预处理脱磷剂中，适量配入BaO有利于提高铁水的脱磷率。　　　　　　　　　　　　　　　

图4 ω_CaF2(a)和ω_CaF2（b）对η_p的影向

　

图5 ω_BaO对η_p的影向

　

3结论

　 (1)铁水预处理脱磷必须先脱硅，在ω[si]_o< 0.1％或ω[si]_o<0.08％的条件下，脱磷才能顺利进行。同时，必须尽可能扒除脱硅渣。

　 (2)对铁水脱磷率的影响较明显，当ω_CaO／ω_Fe2O3=0.95～1.05时，可获得较高的脱磷率。

Al₂O₃也有一定的辅助作用，在CaO-Fe₂O₃-CaF₂熔剂中适当加入Al₂O₃可减少CaF₂的用量（4）BaO的脱磷能力较强，用BaO部分代替CaO也可以提高铁水脱磷率。