钢铁冶金用耐火材料

钢铁冶金用耐火材料（通用6篇）

篇1：钢铁冶金用耐火材料

钢铁冶金用不定形耐火材料的现状和发展

田守信

宝钢研究院

环资所

上海 201900 1 概况

近年来不定形耐火材料技术得到了长足的进步。特别是浇注料已经由传统的普通水泥浇注料发展到低水泥浇注料、超低水泥浇注料和无水泥浇注料。由于采用了微粉和高效分散剂技术，导致了致密度大大提高透气度很低，这样致密浇注料的抗热震性和防爆裂性能显著降低。为了解决这方面的问题，添加金属纤维、陶瓷耐火纤维和有机防爆纤维，解决了烘烤爆裂问题和抗热震问题[1-6]。用浇注法制得的产品性能已经接近甚至达到了定形产品的性能。现在不定形耐火材料的显著特点是把材料的制造技术与设备和施工技术结合起来，发展了可塑料喷补技术和湿式浇注料喷射技术。使施工体性能和施工方便性大大提高。这样导致了不定形耐火材料显著增加。先进钢铁公司的不定形耐火材料单耗占整个消耗耐火材料的60%以上。因日本不定形耐火材料已经发展到很高的水平，再加上钢铁吨钢单耗的逐年降低，所以近年来不定形耐火材料占比例几乎没有变化。但是在不定形耐火材料中，喷补料和浇注料所占比例增加，而其他不定形耐火材料如捣打料和可塑料在下降。美国不定形耐火材料占54%，欧洲国家为40%~55%[7-8]，宝钢约58%，我国其他钢铁冶金企业一般为30%~45%。目前我国不定形耐火材料产量占总产量的35%。与国外相比有一定差距，有提高的空间。各个工序用不定形耐火材料

2.1炼焦系统用耐火材料

主要有焦炉和干熄焦用耐火材料。新炉衬主要是定形制品。焦炉主要用硅砖，而干熄焦主要用莫来石砖。这些设备的趋势是向长寿方向发展。除了用优质砖之外，再就是修补。主要用相应的硅质材料、优质黏土质和莫来石质喷补料和浇注料进行修补。

宝钢用湿法手段对焦炉炉墙进行过涂抹，但抹补后挂料时间基本上不到一个月，效果较差。现在宝钢开发了高强的铝硅半干法喷补料（w（Al2O3）为50%~60%）和干法硅质密封料，代替进口喷补料，在性能、施工附着率和使用效果等都较进口料为好。

宝钢干熄焦设备的进焦温度为1 000~1 050 ℃，出焦温度≤250 ℃。进口内衬使用寿命8年。对于修补，用莫来石质浇注料浇注代替喷补，这种修补方法修补的炉衬整体性好，不易剥落，比局部喷补效果好很多，这样修补一次，可以用2年以上，大修炉龄达到10年。

2.2高炉系统用耐火材料 2.2.1高炉出铁场用耐火材料

出铁场日常消耗耐火材料主要是不定形耐火材料。对于炮泥，采用ASC质的，主要有焦油结合和和水系结合两种。近年来也对环保系的树脂结合炮泥进行了开发，但是由于价格等原因，国内还没有推

· Ⅰ—６５ · 广应用。在大高炉炮泥方面，以棕刚玉和优质碳化硅为主要原料，并且添加氮化硅或氮化硅铁制得的ASC炮泥，吨耗0.2~6 kg，国外每天出铁次数达到了3~8次，吨耗在02~0.4 kg；国内多在10次以上，吨耗在0.3~0.6 kg-1 [9]。而在小高炉方面，我国多是以低档次的黏土或废黏土砖料、低档的碳化硅脚料和焦末为主要原料，以焦油或无机结合剂配制而成的炮泥。这种炮泥一天要出铁15次以上，吨耗多在1.5 kg以上，甚至超过2 kg。

炮泥对维护高炉炉况，提高高炉寿命起到重要作用，因此，高抗侵蚀、耐冲刷的无污染的炮泥是值得开发和重视的。炮泥强度的提高，可以提高抗铁水和渣的冲刷性，但是高强度的炮泥给开孔带来了困难。

高炉出铁场用ASC浇注料和捣打料，对于中、大高炉，主要使用浇注料或预制块，一次性通铁量达到了10万t以上，有的超过了20万t。当通铁量达到一定程度时，对出铁场进行修补。修补的方法有：1）在线热态喷补。半干法热喷补渣线是普遍使用的方法，再就是湿式浇注喷射使用的方法[10-11]；2）冷态修补，即套浇。这样重复下去，一代沟龄达到120万t以上，有的超过200万t。宝钢主沟耐火材料吨耗为0.35 kg，渣沟和铁沟耐火材料吨耗为0.65 kg，即出铁场耐火材料吨耗约1 kg以下。不同部位用的材料成分不同。一般渣线主要抗渣侵蚀，采用高碳化硅的ASC浇注料，铁线则抗铁水冲刷和侵蚀，采用低碳化硅的浇注料[12]。出铁场用耐火材料的性能见表1。

表1 出铁场各部位用耐火材料的性能

使用位置

℃ 24 h 耐压强度/MPa 1 450 ℃ 3 h 110 ℃ 24 h 抗折强度/MPa 1 450 ℃ 3 h 体积密度/（g·cm-3）110 ℃ 24 h 1 450 ℃ 3 h 1 200 ℃ 3 h 重烧线变化率/% 1 450 ℃ 3 h HMOR/MPa（1 400 ℃ 1 h）

w/%

Al2O3 SiC

0.20 3.15 82.79 9.12

0.21 2.65 62.99 31.19

0.5~2.0 ≥5 ≥88 MgO≥2

0.3 ≥2 ≥70 ≥8

0.3 ≥60 ≥18

3.5 3.08 2.96 0.05

3.6 2.85 2.81 0.07

≥2.90 ≥2.90

≥6 2.8 ≥2.75

≥6 ≥2.65 ≥2.60

33.2 3.6

33.4 3.3

≥30 ≥3

≥30 ≥3

主沟铁线 28.8

主沟渣线 20.8

摆动流嘴 ≥30

铁沟 ≥30

渣沟 ≥30 硅灰＋水合氧化铝结合及硅溶胶结合的ASC浇注料和湿式浇注喷射料的抗侵蚀性等使用性能显著优于含水泥的浇注料[13-15]。对于小高炉，出铁场主要用树脂结合的捣打料，所选用的主要原料是高铝料和普通碳化硅。由于高温下形成了碳结合，这种材料具有很高的热态强度，具有良好的耐冲刷性。对于750 m3的小高炉，一次性通铁量可以达到4万t以上，经过小修落铁点，整个出铁场的吨耗往往在0.5 kg以下。这是大高炉出铁场值得借鉴的。宝钢铁水脱硅是在摆动流嘴内进行的，用的铝镁质浇注料。出铁场主要浇注料的性能见表2。

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表2 出铁场主要浇注料的性能

湿式喷补料

名称

半干法喷补料

A w（Al2O3）/% w（SiC）/% w（C）/% 体积密度/（g·cm-3）450 ℃ 3 h 耐压强度/MPa 线变化率/％

≥55 ≥16 2 2.25 ≥20 ±0.5

≥70 ≥10 2 2.95 ≥50 ±0.3

B ≥50 ≥30 2 2.50 ≥60 ±0.3

C ≥10 ≥70 5 2.85 ≥40 ±0.3

A ≥45 ≥16 15 1.97 ≥18.9-0.52

B ≥40 ≥6 20 1.85

炮泥

2.2.2高炉炉身用耐火材料

高炉炉缸用高导热的炭砖，微孔炭砖和石墨砖正在增多，越来越多地SiAlON、Si3N4和SiC等各种结合的碳化硅砖和SiAlON结合的刚玉砖应用到高炉炉腰和炉腹，有关用火泥和碳质捣打料性能指标见有关资料介绍[16]。国内一般通过遥控技术，采用半干法铝硅系喷补料对高炉进行修补[17]，国外现在采用湿式浇注喷射料技术进行喷补炉身，耐用性能大大提高。国内如宝钢也已经对高炉炉身上部进行了湿式喷射浇注料技术进行了修补，所用的材料是Al2O3约60%的铝硅系湿式喷射料。对于高炉局部红热，使用ASC质压入料修补，这些材料的性能见表3。为了提高高炉的使用寿命，高炉修补会进一步加强，所用的修补料的质量会进一步提高，热态湿式喷射料技术可能会进一步发展和推广。

表3 高炉喷补料和压入料的性能

使用部位 材质 加水量/％ w(Al2O3)/% w(Fe2O3)/% w(SiC)/% w(C)/% 显气孔率/％（110 ℃ 24 h）体积密度/（g·cm-3）

（110 ℃ 24 h）耐压强度/MPa（110 ℃ 24 h）

热态抗折强度/MPa（1 000 ℃ 3 h）线变化率/％（1 000 ℃ 3 h）铝碳化硅喷补

料

10~12 ≥43 ≥10 ≤23 ≥2.00 ≥15 ≥7 ±0.5

修补上部炉腰以上部位 黏土质喷补

料 12~15 ≥40

≤23 ≥2.00 ≥10 ≥5 ±0.5

高铝质湿式喷射浇注

料

5.5~6.5 ≥50 <1.6 <2(CaO)

≤18 ≥2.50 ≥20 ≥6 ±0.3

修补炉身下部、炉腰、炉腹

铝碳压入料

≥25 ≥30 ≥20 ≤15 ≥1.70 ≥25 ≥3（1 200 ℃）0～-0.4(1 200 ℃ 3 h还原)· Ⅰ—６７ · 2.3铁水包和混铁车用耐火材料

铁水从铁厂运送到钢厂，中间可能要经过下列设备：铁水包、混铁炉、鱼雷车等。随着铁水预处理工艺技术的发展，这些设备内衬由黏土砖发展到用ASC砖。为了提高使用寿命，运输铁水的铁水包开始应用ASC浇注料，使用寿命达到了800炉次以上。而预处理的鱼雷车的包口用莫来石质和高铝-碳化硅质浇注料。在使用过程中的维护，用ASC质修补料，目前正在试用ASC质喷射浇注料，首钢率先在鱼雷车上进行了湿式浇注喷射料的应用研究[18]，并进行了修补试验，取得了良好的效果。铁水预处理用喷枪，这种喷枪受到极为苛刻的热震，因此提高喷枪的抗热震性是极其重要的。提高喷枪抗热震性的方法是采用纤维增强增韧，选用抗热震的莫来石质材料和改进喷枪的结构，即喷枪用低水泥结合的钢纤维增强的莫来石质浇注料[1,5]。

喷枪的使用寿命除了与结构和材质有关外，还与使用条件有关。一般每喷吹一次用时少，使用寿命就长；反之使用寿命就短。一般可以用几百分钟甚至上千分钟。随着三脱比例的提高，对喷枪使用寿命的要求越来越高。含碳和碳化硅的浇注料喷枪正在发展。铁水包和混铁车用耐火材料的性能见表4。

表4 铁水包和混铁车用耐火材料

名称 使用部位 w(Al2O3)/% w(SiC)/% w(FC)/% 体积密度/(g·cm-3)显气孔率/% CCS/ MPa

喷射料 炉衬修补 60 15~25 2~6 2.8 >60

ASC浇注料 锥体、炉体局部

12 3 2.85 47

ASC浇注料 AS浇注料 铁水包 >60 >7 >2 >2.6 <17 >30

炉口 70 8 2.80 16 40 2.4 转炉用耐火材料

转炉用镁碳砖已经标准化。转炉的修补维护用不定形耐火材料，主要有喷补料、热自流修补料和捣打料等[19-20]。这些材料的性能见表5。

转炉喷补料普遍使用的是半干法镁质喷补料，每喷一次使用寿命一般3~7次。最近开发了无水的镁碳质喷补料，用该喷补料每喷一次使用寿命达到20次以上。大面热自流修补料也由沥青镁砂变成了改性树脂结合的热自流修补料、环保的含水的镁质自流料和环保的快硬的含水SiO2结合剂的镁质热流修补料。这些材料的性能见表6。

总之，不管是自流修补料或是喷补料，在转炉上都是碱性的镁质和镁钙质材料。有时它们含碳，但是几乎很少用水泥结合，碳结合最能提高使用效果。

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表5 转炉炼钢用不定形耐火材料的性能[20]

捣结料

产品名称

A 类型 施工 结合剂

MgO w/% CaO C 1 000 ℃ 3 h 显气孔率/% 1 500 ℃ 3 h 体积密度 1 000 ℃ 3 h

17.2 2.6 2.7-1.0-2.5 3.5

4.8 2.45 2.50-0.2-0.7 3.5

.49.5

.59.5

.053.0

.153.0

35.1 2.22 2.13-0.3-0.3 3.0

B

A 干 热态袋装

B 干

A 干

B 干 热态

干 热态 树脂 87 2 32.2

半干 半干 室温 室温

热修料

喷补料

注射料

热态 热态

树脂 沥青 树脂+沥青 沥青 树脂 磷酸盐 91 0.4 0.9

1 1.5

8 25.8

7 24.7

1.2 7 32.2

1.9-≤5 ≥2.60

50≤5 ≥2.70

喷补料 修补AOD衬 70 20~3018~23-≤0.518~23≥2 MPa 粘接强度 镁铬砖衬火泥

镁钙衬的 镁铬衬的 缝隙，炉口 缝隙炉口

镁钙衬的喷补 镁铬衬的喷补

2.7 连铸中间包用耐火材料

文献[30-31]全面阐述了中间包用耐火材料。20世纪70年代是无内衬中间包，70-80年代是绝热板（硅质、镁质、橄榄石质），80年代后为镁质、镁铬质和镁钙质涂料。材料的密度变化很大，适应不同要求，密度为1.16~2.2 g·cm-3。90年代开始出现了干式工作衬，在材质上有镁质、镁钙质等，使用寿命也达到了77 h以上。

宝钢开发了超轻质镁质涂料[32]，密度降低到1.16 g·cm-3，导热系数降低到0.4 W·m-1·K-1以下。对于中间包保温和降低成本有意义。

为了提高钢水质量，中间包内设置了挡渣堰。把渣挡住，避免卷入钢中形成夹杂物，同时也是改变流场，使之钢水中的夹杂物上浮。所用的挡渣堰或防溅桶。用镁质浇注料的较多，也有用高铝浇注料的。中间包工作衬应该避开磷酸盐结合剂，以防止钢水增磷[33]。为了提高洁净度，中间包衬还使用了镁钙质涂料。以前多是以石灰石和白云石的形式引入CaO，这对烘包提出了很高的要求，往往不能达到白云石或石灰石的分解温度而在中间包投入使用时造成钢水沸腾。近年来发展了干式料[34]，这对向中间包衬内引入游离CaO的原料成为可能，研制的以镁钙砂为主要原料的干式料在中间包工作层使用取得了良好的结果[35]。中间包盖和永久层用铝硅系浇注料，它的Al2O3含量一般在60%~75%，是属于低水泥钢纤维增强的浇注料[36]，经过修补可以达到上千次。关于宝钢中间包用耐火材料的指标见表9。

表9 宝钢中间包涂料性能

名称 加水量/% 烘干后体积密度/(g·cm-3)轻质涂料 19.2 1.49

普通涂料 20 2.1

镁钙质涂料 2.1

超轻质涂料 1.16

铝硅质浇注料

5~6 2.5~2.6

挡渣堰

2.80 · Ⅰ—７５ · w（SiO2）/% w（Al2O3）/% w（CaO）/% w（MgO）/% 导热系数/(W·m-1·K-1)(500 ℃)施工方法

6.53 0.79 1.86 86.46 0.434 机喷和手涂

6.24 2.29 1.89 85.15 0.703 手涂抹

＜6 ＜2 ＞50 ＜40 手涂抹

＜6 ＜3 ＞85 0.3 机喷和手涂

23~30 60~70 ＜1 1.5 用在盖和永久层 ＜5 ＞82

2.8其他用不定形耐火材料

烧结厂的烧结机、轧钢厂加热炉的工作温度一般都在1 450 ℃以下，节能保温和长寿是主要的。以前用铝硅系耐火砖为主，现在发展越来越多地用可塑料和浇注料等不定形耐火材料，浇注料比例逐步增多起来。有的地方用低水泥、超低水泥和高强耐磨浇注料，这有利于耐磨，以提高使用寿命。还有轻质涂料和浇注料，这有利于节能保温。不定形耐火材料发展趋势

关于湿式浇注喷射料技术，国外已经发展了十几年了，并且比较普遍地应用到各个领域，但是国内开发和应用较慢。到目前才开始起步。主要有宝钢的出铁沟的热湿式浇注喷射[10]和钢包永久层的湿法喷涂[24]，首钢在加热炉、中间包永久层[37]和鱼雷车上进行了湿式浇注喷射料的试验[18]，河北在钢包上进行了湿式浇注喷射[22]，中钢耐火材料公司在水泥窑的湿式浇注喷射试用[38]等。这些都说明我国湿式浇注喷射技术正在起步，应用将很快得到普及。

可塑料一般人工捣打施工。劳动强度大，施工环境差，导致了逐年减少，应该向机械化喷涂的方向发展。这方面国外已经成功地普遍使用，国内很少使用，宝钢在加热炉上用可塑料成功地进行了机械喷涂施工[39]。将对促进可塑料的发展起到引领作用。另一方面，可塑料应该向更高性能的方向发展。以前可塑料含水较多，气孔较高，收缩大，抗热震性较好，但是抗侵蚀性较低，限制了在更高温度和侵蚀性强的环境下应用。因此，应该开发高致密的低加水量的可塑料，这更容易可塑喷涂，把湿式浇注喷射料与之结合和统一起来，可能会促进浇注料和可塑料施工技术的发展。

不定形耐火材料因有下列优点而使用比率的增大：1）高技术的不定形耐火材料技术的发展，特别是耐火浇注料性能可与耐火砖相匹美；2）用不定形耐火材料对冶金窑炉实施修补，显著降低了消耗和成本。导致了用户对修补料的需求增加；3）不定形耐火材料生产容易，设备投资小；4）施工机械的发展，导致对应用不定形耐火材料更加省力和高效。

今后不定形耐火材料的发展重点：1）加速开发低水泥、超低水泥和无水泥高性能浇注料包括预制块在高温领域的应用；2）研究开发干式致密浇注料和火焰喷补料；3）研究改进湿式喷射浇注料技术，把材料技术，使用技术和喷涂设备结合起来；4）研究开发不定形耐火材料喷补和施工法机械化和自动化；5）对于我国应该尽快开发和推广应用湿式浇注喷射料技术到冶金窑炉、水泥石灰窑等高温窑炉。

总之，加强冶金窑炉的热态和冷态修补和维护工作，是迫切要做的事情，是发展方向。

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篇2：钢铁冶金用耐火材料

冶金08—4孟庆航

摘要：耐火材料作为高温窑炉筑炉材料，每年消耗量极大，其中冶金用量占耐火材料总用量的六成到七成。因此，耐火材料工业的发展与钢铁工业的发展息息相关：本文对耐火材料与钢铁工业的相关性进行了定性与定量分析，并对其回 收与利用，与钢铁的发展做了适当的分析。

关键词：耐火材料 冶金 应用 发展 回收

Abstract: refractory material as high temperature kiln furnace building materials, annual consumption greatly, which accounted for refractories Metallurgical amount total amount of six to 70%.Therefore, the development of refractory material industry and the development of iron and steel industry are closely related : the refractory material and steel industry for the relevance of the qualitative and quantitative analysis, and on its back Collection and utilization of iron and steel, and to the development of the appropriate analysis.Key words: Refractory material

Metallurgy

Application Development Recycling

耐火材料作为高温窑炉筑炉材料，主要用于冶金、化工、建材等工业部门，其中黑色冶金用量占耐火材料总用量的6 0％～7 0％，因此，耐火材料工业的发展与钢铁工业的发展息息相关。提高钢铁材料的综合性能，延长其使用寿命，是今后钢铁材料发展的主要方向之一；提高纯净钢冶炼技术是达到此目标的重要途径；合理选择和正确使用优质的耐火材料是冶炼纯净钢的重要保证。

根据笔者的研究可知，从二者的产量看出二者有很相似的演变规律：当钢产量增加或减少时，耐火材料产量也随之增加或减少；且基本同时达到峰值或谷值说明了二者之间有着较明显的相关性。钢铁的稳不稳定有很大的关系，这影响着耐火材料的应用和发展。钢铁行业稳定时，耐火材料行业稳定，发展迅猛。当钢铁行业不稳定时，经济萧条不景气，相应的耐火材料行业也随之下滑，甚至出现负增长。

炼铁技术发展的重点是提高高炉的喷煤量，同时要求高炉、热风炉的寿命要长(高炉寿命大于12年，部分达到15年)，热风炉的风温要高(平均高于1100℃，大型高炉的风温达到1200℃)。为满足这一需要，相应安排了高炉用陶瓷杯、高炉热态喷补料、高通铁量铁沟浇注料、热风炉用低蠕变砖等研究开发项目。研制出刚玉莫来石大型预制块，用在某大型高炉的炉缸，经几年的应用，证明效果很好，铁水的温度提高了10—15度，目前已有多座大型高炉的炉缸采用了这种材质的“陶瓷杯”结构。用s结合刚玉制作“陶瓷杯”工作取得进展，采用氮化烧结法合成出了性能优异的结合刚玉样块。研制的高炉喷补料，在高炉热态状况下进行喷补．可提高高炉寿命。

随着时间的发展，耐火材料有很多的发展。20 世纪50 年代后期，我国炼钢连铸开始进入工业化生产阶段。中间包内衬耐火材料使用黏土砖或高铝砖砌筑，由于当时连铸生产刚起步，连铸的钢种多为普通钢，中间包只是作为钢水的周转容器，中间包内衬的工作条件不是太恶劣，使用寿命为连浇5～12 炉，满足了当时连铸生产的需要。2.1.2 铝硅质浇注料 在砖砌中间包工作衬之后，我国又发展了浇注料浇注中间包工作衬，有些钢铁厂的中间包工作衬用Al2O3含量60%～80%左右的铝硅质。采用浇注料浇注的中间包工作衬，整体性能好，机械强度高；对于局部损毁严重部位可进行修补，因此，使用寿命长。20 世纪70 年代中期，洛阳耐火材料研究所与武钢耐火材料厂合作，在剖析国外产品的基础上，研制出了镁铬质中间包涂料。先后在上钢一厂和武钢试用，在上钢一厂连浇148 min；在武钢连浇111 min，通钢量 210 t。使用效果优于武钢从西德进口的同类产品，又在其他钢铁厂推广应用。所研制的镁铬质中间包涂料以烧结镁砂和铬矿为主要原料，以三聚磷酸钠作结合剂，添加适量的软质黏土、消石灰和纤维材料等配制而成。上世纪80 年代初，开发出了硅质绝热板，并在全国推广应用，取得了良好的效果。在上世纪80 年代后期和90 年代，硅质绝热板已经成为我国中间包工作衬要的耐火材料之一，如武钢二炼钢1985 年实现了中间包工作衬绝热板化。硅质绝热板的使用寿命因各厂家使用条件不同有一定差别，如首钢、武钢4～6 炉，上海钢7～10 炉，河南安钢8～13 炉等。生产实践证明，硅质绝热板与之前的镁铬质涂料和砖砌中间包工作衬相比，有以下优点：1）不需要烘烤，可冷包开浇。节约了时间，节省了燃料。2）硅质绝热板热导率低，保温效果好。

为了适应现代化大型高炉上一系列苛刻的操作条件，除了在设计、施工、设备质量操作技术等方蕊精益求，还必须针对亮炉冶炼条件选用应静耐火材料，预期达到长海高产的目的。1妒感、炉缸耐火材料炉膳、炉缸承受高温、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件十分恶劣。炉缸，破坏盼程瘦是决定高炉使用寿命的关键因素。

高炉出铁沟的工作层主要采用氧化铝、碳化硅、碳素组成的材料。数百立方米容积的小型高炉，每次出铁量少，散热快，单铁口出铁，清除残余渣铁较困难；一般采用非储铁式主沟，多采用免烘烤捣打料，施工简单，使用寿命较短，几天或十多天就需清沟重新铺沟。这类材料一般用树脂结合，在成型使用过程中产生有害气体较多，恶化了作业环境。中型、大型高炉一般有2～4个铁口，采用储铁式主沟主出铁沟多用的是Al。O。-Si-C质浇注料，按照施工方式可分为自流浇注料、快干浇注料等类型；按照结合系统，除水泥结合浇注料外，最近也多有溶胶结合、氮化物结合浇注料的报道；水泥结合浇注料中温强度有降低，其中碳素抗氧化的效果较差，使用寿命一次通铁量在8～12万t，高炉容积越大，顶压力大，铁水的出铁冲击力也大，对沟衬的冲刷和磨损也增加。武钢开发的溶胶结合浇注料为自洁净结合浇注料，不采用水泥结合，温度增加，抗压强度提高，不存在中温区强度损失，抗氧化性能好，自流型浇注料的通铁量可达到15万t；而快干型的浇注料成型后1 h即可脱模，快速烘烤2～3 h即可投入使用，在2 200 m3高炉主沟使用，经过1～2次修后通铁量可达到20万t。氮化物结合的主沟料有研究报道。

使用的耐火材料寿命达到国外九十年代中、后期先进水平，满足高温工业新技术发 展需要；使我国在国际上从耐火资源优势变为制品优势，为国民经济发展贡献出耐火材料工业应有贡献。(1)根据我国资源特点，为适应我国钢铁等高温工业技术多层次的需要，研究开发出具有我国特色的高性能耐火材料品种系列并进行产业化研究。(2)跟踪国外科技发展的新动向，结合我国资源特点，开展耐火材料学科前沿科技研究和应用基础理论研究，形成具有自主知识产权的耐火材料系列技术，推动我国耐火材料工业的技术创新。(3)以冶金、建材、轻工、化工等高温工业新技术、新工艺所急需的优质高技术耐火材料品种的研制、开发与应用为龙头，开展产、学 “一条龙”科技攻关。随着吨钢耐火材料消耗在下降，钢铁工业耐火材料消耗比重变化不大，占不到5 0％。主要是因为同时其它高温窑炉业对耐火材料的消耗也在下降，所以钢铁工业消耗比重并没有随着单耗的下降而下降，而是基本上保 持在与消耗比重同步发展的水平上。因此，耐火材料与钢铁的一直保持较强的相关性。说明：虽然耐火材料的主要消费大户钢铁工业对其的消耗在下降，但以近5 0％的消耗比重来看，钢铁工业的主要消费大户，耐火材料工业将仍主要受钢铁工业发展的制约和影响，应紧跟钢铁工业的技术发展步伐。

现在耐火材料的回收利用现在比过去任何时候的意义都更加重大。在积极鼓励回收各种制品的政策气候下，需要技术与工艺能满足日益加强的环境保护法规的要求。随着经济的飞速发展，这种影响力也日益全球化。因此，也迫使人们采取行动并予以厚望。

国外对冶金废弃耐火材料的综合利用都很重视，发达国家很早就对冶金废弃耐火材料的开发利用进行了深入的研究并取得了丰硕的成果。欧洲[目前利用废弃耐火材料量为人1.2kg，有82％的废旧耐火材料已经得到利用；日本钢铁工业用后的耐火材料主要用作造渣剂和型砂的替代物；新日铁开发出用废料生产连铸用出水口的生产方法；鹿岛钢铁厂研究了滑板的再利用工艺，使修复后的滑板使用寿命与新滑板一样；大同制钢公司废旧耐火材料的利用率达到58％，加拿大MCALPINE工厂、阿尔及利亚耐火材料公司及伊朗科技大学等机构几年来一直在进行回收利用废旧耐火材料及其课题研究工作。到目前为止，实际回收滑板的损毁主要集中在滑板孔及其附近的工作层，这些滑板只需在滑板孔区域处钻开，用浇注料浇注复原的方法和圆环镶嵌法并抛光工作层进行修复滑板，取得了成功。使修复后的滑板的使用寿命与新滑板一样。

我国钢铁冶金工业每年消耗耐火材料约800 万t，用后耐材达300 万t 以上[1]。近年来，随着我国环保政策的贯彻实施和耐火材料市场竞争的日益激烈，钢铁企业的降本增效以及人民群众不断增强的节约资源和改善环境的意识，因此，国内对用后废弃耐火材料的综合利用产生了高度的重视。宝钢综合开发公司专门从事宝钢废弃材料的回收利用已多年，并于2002年11月在宝山投产了国内第一家废弃耐火材料综合回收利用的工厂，能够处理宝钢多种废弃的耐火材料，目前每年回收宝钢废弃的耐火材料达10万t以上。一种是以转炉和钢包渣线用后镁炭砖为原料，经过拣选、除去表面夹杂、渣和氧化层、水化等处理后，进行镁炭砖再生。按最致密堆积的颗粒组成设计，添加3％特殊符合添加剂，外加热固性酚醛树脂结合剂3％～4％，进行配料，1000t摩擦压砖机成型。200℃烘烤，可得再生产的镁炭砖。另一种是废水玻璃结合铝镁浇注料回收后，以颗粒形式按20％的比例加入到原浇注料中，不影响原浇注料的使用性能，一年的使用结果表明，全年平均包龄达到了97.3 炉，比上一年不加废浇注料颗粒的包衬平均寿命还高3 炉；但以细粉形式按10％比例加入到浇注料中，会恶化原浇注料的性能指标，不宜作为浇注料的基质来使用。用10mm 筛下的废钢包浇注料的统料作为水玻璃结合的铝镁浇注料，用于中间包永久层代替原来的高铝砖，使用寿命达60炉次左右，比用高铝砖砌筑的永久层寿命增加约40炉次，使用效果良好。

参考文献： ［1］ 田守信，姚金甫，严永亮.超轻质镁质中间包涂料的研制与应

篇3：钢铁冶金行业节能与环保分析

1钢铁冶金行业能耗现状

1.1钢铁集中度低, 重复建设普遍

我国是世界上钢铁第一生产国, 但钢铁的生产集中度较低, 真正上规模的粗钢生产企业却很少, 在美国, 占全国60%左右的钢铁产量集中在三家, 在日本, 超过七成的钢铁产量集中在四家, 在邻国韩国, 全国钢铁产生的82%集中在两家钢铁企业。反观我国, 截至2012年上半年, 我国的钢铁企业达10849家, 较上一年度同期相比增加了65.7%, 2011年粗钢总产量超过500×104t的为28家, 排名前十的粗钢总产量合计为33611×104t, 占我国同期粗钢产量的57%。与国外相比, 钢铁生产的集中度低, 重复建设现象较为普遍, 这对于资源的集约高效利用产生明显的不利影响。

1.2钢铁行业资源二次利用率低

钢铁冶金在生产过程中会产生热能和矿渣等, 传统的钢铁生产流程会消耗大量的能源, 几乎每一道的生产工序都需要不断的加热, 在每一次的加热过程中难免会造成热能的流失, 久而久之, 各个环节的整体能耗就会增大。据不完全统计, 每生产1吨的钢材就要消耗掉716k Gce, 在整个钢铁生产环节中能源的有效利用率只有27%左右, 不到1/3, 绝大部分的热能都在生产的各个环节被白白的浪费掉了, 其中, 大约有40%左右的热能是以烟气的形式存在, 这些烟气具有很高的热值, 但在现实中这些本可以有效利用的资源因为技术和观念的问题而没有得到有效的利用。

1.3节能环保技术水平不高

钢铁冶金行业的节能降耗离不开先进技术的支撑, 但一些企业囿于资金的压力和人才队伍的匮乏, 甚至是节能环保观念不强, 真正将节能环保型的先进生产技术引入到企业的生产当中相对较少。我国钢铁行业普遍存在着全行业能耗指标落后于国际先进水平, 企业间的能耗水平差异也较大。例如, 据统计, 截至2006年底, 我国的大中型钢铁企业中, 安装了炉顶煤气余压发电装置 (TRT) 的只占同期生产总数的31%左右, 而安装高炉煤气回收装置的高炉, 约占总数的77%, 安装转炉煤气回收装置的转炉, 占总数的64%, 按照转炉余热蒸气回收装置的转炉, 占总数的68%。

2钢铁冶金行业节能环保对策

针对我国钢铁冶金行业能耗及环保领域存在的上述问题, 应该采取有针对性的对策举措:

2.1调整产业结构, 淘汰落后产能

截至2012年底, 我国粗钢产量为7.17×108t, 同比增长了5.8%, 而同期全年的粗钢表观消费为6.73×108t, 钢铁产能过剩的现状不容乐观, 需要加快钢铁生产布局, 淘汰落后产能和高耗能企业, 要加快对低产值企业的淘汰力度, 严格执行“总量控制和淘汰落后”要求。此外, 也需要加强钢铁产业工艺方法结构失衡的调整, 2011年我国的全年产钢量中长流程产钢与短流程产钢比为9:1, 而同期, 全球的短流程产钢量却占到了总产量的1/3。可见, 我国短流程工艺要远远低于国际的平均水平, 迫切需要提高短流程钢铁产量的比例。加快区域钢铁产业布局, 根据当前钢铁区域发展现状, 建议将电炉短流程的炼钢企业引入到钢铁消费量大的东部发达地区, 从宏观政策和税收等方面发挥行政调解杠杆作用。

2.2提高能源二次利用率

钢铁产品主要依靠铁矿石、煤为主要原料的高炉—转炉—连铸—热轧流程和主要依靠废钢为原料的电炉—连铸—热轧流程的生产[1]。这就需要提高钢铁生产环节的能源二次利用效率, 最大限度的变废为宝。具体来说, 主要是加强冶金煤气及其热值的充分利用, 采用电炉, 用转炉煤气制造尿素等;加强冶金炉渣的全量和高附加值利用, 例如利用矿渣和玻璃原料为材质, 生产出矿渣微晶玻璃, 满足人们对微晶玻璃产品的需求;加强钢铁生产废水的处理和循环利用, 对钢铁生产中的废水进行分离, 并将分离出的尘泥、油类等物质进行综合利用, 实现资源的二次利用。

2.3落实清洁生产, 提高生产的科技含量

预防钢铁冶金行业的环境污染和高耗能现状, 其根本之策还是在于落实清洁生产理念, 把节能环保贯穿于钢铁冶金生产的每个环节, 加大节能环保技术的引入力度, 例如, 采用钢渣石膏法、 电子束照射法等烧结烟气脱硫技术, 控制二氧化硫的排放量, 采用干法布袋除尘技术和转炉煤气干式除尘技术, 降低钢铁冶金环节的污染物排放, 实现节电、节水、除尘效率高等优势。

3结语

钢铁冶金行业是引起环境污染的主要行业。有效降低冶金企业的环境污染, 实现清洁生产, 促进钢铁生产的可持续发展, 必需进行冶金二次资源的综合利用, 大力开展相关新技术新工艺的研究, 使之更好地与环境相协调。充分利用冶金炉的煤气及其热值, 对冶金炉渣、除尘净化得到的粉尘和尘泥等资源进行全量和高附加值的利用, 提高废水的处理效果和循环利用率。

参考文献

篇4：钢铁冶金用耐火材料

【关键词】液压系统；环保；冲洗方法；冷热轧机

对热轧生产线轧机剪切线中液压系统的冲洗是钢铁冶金企业的一项很重要的日常工作。与传统“在线酸洗”比较来看，“本泵本油箱”是一种哈更节能、更环保的冲洗方法。以下将对这项冲洗工艺技术的施工过程以及控制方法加以详细论述。

1.基本概述

1.1基本定义

（1）热轧：（hot rolling）是相对于冷轧而言的，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧就是在再结晶温度以上进行的轧制。

（2）液压系统：（hydraulic system）以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。

（3）轧机：是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备﹐包括有主要设备﹑辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。

1.2轧机组成

带钢热轧机由粗轧机和精轧机组成。粗轧机组分半连续式、3/4连续式和全连续式三种：①半连续式有一台破鳞（去掉氧化铁皮）机架和 1台带有立辊的可逆式机架；②3/4连续式则除上述机架外，还有2台串列连续布置机架；③全连续式由6～7台机架组成。精轧机组均由5～7台连续布置的机架和卷取机组成。带钢热轧机按轧辊辊身长度命名，辊身长度在914mm以上的称为宽带钢轧机。精轧机工作辊辊身长度为1700mm的，称为1700mm带钢热轧机，这种轧机能生产1550mm宽的带钢卷。

带钢热轧按产品宽度和生产工艺有四种方式：宽带钢热连轧、宽带钢可逆式热轧、窄带钢热连轧以及用行星轧机热轧带钢。

1.3热轧轧机剪切线液压系统简介

热轧轧机剪切线液压系统主要包括三套液压系统，均采用“本泵本油箱”的冲洗方法，冲洗精度需要达到NAS6级合格。切头剪液压系统主要为切头剪本体提供液压动力，该系统为电液比例阀控制，系统P管压力为135公斤。双边剪与剖分剪液压系统主要为双边剪与剖分剪本体、换刃装置以及双边剪磁对中装置提供液压动力，该系统为电液比例阀与伺服阀控制，系统P管压力为135公斤。定尺剪液压系统主要为定尺剪本体及磁对中装置提供液压动力，该系统为电液比例阀控制。系统P管压力为135公斤。

2.“本泵本油箱”与传统冲洗方法的不同之处极其优势

“在线酸洗”是传统的液压系统冲洗方法。目的是去除管道中的锈与氧化铁皮。这种工艺比较成熟，缺点是对环境的污染较大，需要耗费大量的冲洗油，冲洗成本上升，并且很难将管道中的水和残存的酸排干净，从而会导致液压油氧化速度增快以及液压油膜变薄，元件磨损加剧，最终使液压系统发生故障。

热轧板轧机剪切线液压系统，采取“本泵本油箱”的新冲洗方法。目的是去除管道中的锈与氧化铁皮；避免施工过程中产生氧化铁皮，最大限度地降低油液中的含水率。方法是先将“素材管”进行酸洗、除锈，将其两端用塑料布封住，防止再生锈，管道焊接时，在管道的一端始终通带有一定压力的氢气，直到管道焊接完毕并达到常温时才断开氢气，从而避免产生氧化铁皮。该冲洗工艺在国内虽然还没有得到广泛应用，但是其优点很多：节约了大量的液压冲洗油，大大改善了施工环境，减少了环境污染，液压系统获得理想的冲洗效果，缩短了施工工期，冲洗成本降低。

3.液压系统管道的清晰作业

为保证液压管道采用本泵本油箱冲洗的顺利进行，必须加强液压设备、管道安装过程的控制，主要是保证设备、管道内的清洁度。根据管道的材质及供货渠道采取不同的安装方法。

4.具体洗刷程序

4.1工作前安排

（1）管道安装完成后，要认真与系统图核对，确认无误后才可进行临时管路连通作业，所有制作的临时短接管路必须要经过酸洗及喷油防护，临时管道连通完毕后，先用纯净的氮气瓶组进行吹扫，将木板条缠上白布、再抹上粘结剂（如浆糊、白漆），放在被吹扫管道的出口，目测一段时间后内木板白布上无杂物，为合格。

（2）在制作临时连通管的同时，油箱清理工作也要同步进行，详细做法是用白色面粉和面团清理油箱内的灰尘，直到新和的面团洁白无杂质为准。油箱清理好后，应对加人油箱内的油质进行化验分析，如能达到精度要求就加注至油箱内。加注油采用滤油小车从液压站上面向油箱加注，注意加到75%即可。

（3）更换过滤器是油冲洗的关键节点，将压力油回路上的高压滤芯更换为中压的临时滤芯，等冲洗完毕后将压力油回路上的高压滤芯更换成正式滤芯，而回油过滤器的临时滤芯到系统联试完毕后再更换为正式的滤芯。将系统中阀台上的比例阀、伺服阀更换为冲洗板。

（4）冲洗前应确认已经关闭系统集中加油管线和集中废油排油管线的总阀已经关闭。

4.2考虑到机械的安装进度及系统的大小，整个系统的冲洗一般分为两步进行

首先将泵站到各个阀台的主管路连成回路进行冲洗；第二步是等所有的主管路冲洗完成后，再对阀台到各个液压执行单元的管道连成回路进行冲洗，冲洗根据管道的管径、回路长度、清洁度等进行分段、分部冲洗。

（1）冲洗前，先启动循环泵，对油箱内的油进行循环加热和过滤，四十到六十度的油温一般来说是比较合适的，开始启动液压高压泵，启动后应对冲洗流量进行评估，保持每秒六米的主管冲洗流速。同时检查油箱附件是否正常工作，如空气滤清器是否堵塞，液位报警器的高低液位与循环泵、高压泵的连锁是否良好，温控装置的高温报警与循环泵、高压泵的连锁是否良好；水冷却器是否已经能正常使用。

（2）冲洗时整个系统要保持四到六公斤左右的压力，剪切线液压系统压力泵均为恒压变量柱塞泵。首先全松开主泵装置上电磁溢流阀的调压螺钉，用点动的方式确认电机的旋转方向无误，调节电磁溢流阀使系统压力表达到溢流阀的设定值，锁定溢流阀，然后调节泵使系统压力表达到系统保持四到六公斤左右的冲洗压力 ，锁定泵，此时调节电液换向阀，得电冲洗，失电系统保压。为满足保持每秒六米的冲洗流量速度，需要同时开启几台压力泵进行冲洗。

4.3操作要点

（1）冲洗作业要有专人负责，冲洗作业要连续进行，要求施工人员必须做好冲洗记录，一旦发现异常情况，应停泵处理。

（2）随时检测过滤器前、后压差，压差超过规定值时说明过滤器堵塞，可清洗或更换滤芯。

（3）取样要有专人负责，取样方法及步骤必须按有关规定进行，冲洗开始后三小时左右可取样一次，以后可根据取样判定结果，再决定取样的间隔时间。

（4）四十到六十度的油温一般来说是比较合适的，主要是两个作用：一是降低油的勃度，易于在管道冲洗时产生紊流；二是因温差使管道产生热胀冷缩，使附在管道内壁的焊渣、氧化皮等脱落。紊流对管道的冲洗效果有比较重要的影响，判断是否紊流，根据流体的临界雷诺数来判断，当流动液体的雷诺数低于临界雷诺数时，流动状态为层流，反之流动液体的状态为紊流。

5.结束语

总之，通过以上的详细介绍，我们基本了解了钢铁冶金企业热轧生产线剪切线液压系统“本泵本油箱”的冲洗和施工过程控制方法。“本泵本油箱”这种冲洗方法因其具有的节能环保优势更适应了现代社会对企业的要求，在以后的工作中我们应该大力推广。

【参考文献】

[1]（美）A.H海恩.流体动力系统的故障诊断及排除[M].北京：机械工业出版社，2000.

篇5：钢铁冶金用耐火材料

人类社会与冶金的关系密切且历史久远，伴随着社会的发展，每个历史时期的人们从事生产活动和生活中都离不开金属材料，从远古时代，就开始利用自然状态下存在的少数几种金属，如：金、银、铜及陨石铁，然后发现在矿石中提取金属的方法，创造了青铜和铁。人类利用的金属日益增多，到如今，各种金属广泛运用，尤其生铁和钢的运用，对国民经济起巨大的带动作用，它们用途最广，生产量最多。人们长期把钢和钢材的产量、品种、质量作为一个国家工业，农业，国防和科学现代化的重要标志之一。

金属从矿石中提取，其主要成分是金属的氧化物及硫化物。从矿石提取金属及金属化合物的生产过程叫提取冶金，又称化学冶金，其过程不同分成火法冶金，湿法冶金及电冶金，电冶金包括电炉冶炼、熔岩及水溶液的电解。火冶金过程是物理化学原理在高温化学反应中的运用，湿法冶金是水溶液化学及电化学原理的应用，火法是主要的应用。火法冶金生产率高，流程短，设备简单及投资省，就是不利于处理成分结构复杂的贫矿。火法冶金过程包括焙烧、熔炼、精练、蒸馏、离析等过程，其内进行的化学反应则是热分解、还原、氧化、硫化、卤化、蒸馏等。

钢铁冶金工艺流程：铁矿石--炼铁，提取铁--制取钢。其工序主要是三个：，炼铁，即从矿石或精矿中提取粗金属—

—生铁。目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。炼钢，即把生铁的过多元素及杂质去除，把钢液中的氧去除，把其浇铸成钢锭或钢坯，主要方法和连续铸造过程有转炉炼钢、电炉炼钢和平炉炼钢，O.C.C.连铸技术，钢锭的液芯轧制，钢锭的液芯轧制。二次精练，及将炼钢过程的某些精练工序转移到炉外盛钢桶或特殊反应炉中继续完成或深度完成。各生产过程的的复杂反应，含有气液固三态的多种物质的相互作用，形成了复杂的冶金过程。

将矿石冶炼成钢铁后，就需要把它做成我们需要的材料型式，这就要用到钢铁成型，钢铁成型主要有三种方法：铸造、冲压、焊接。

铸造一般有砂型铸造、金属模铸造、离心铸造、真空铸造、消失模铸造等等。

砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。金属模铸造俗称硬模铸造，是用金属材料制造铸件，并在重力下将熔融金属浇入铸型获得铸件的工艺方法。离心铸造将液态金属浇入旋转的铸型里，在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。离心铸造用的机器称为离心铸造机。按照铸型的旋转轴方向不同，离心铸

造机分为卧式、立式和倾斜式3种。卧式离心铸造机主要用于浇注各种管状铸件；立式离心铸造机则主要用以生产各种环形铸件和较小的非圆形铸件。真空铸造真空铸造是使用通风铸模的工艺。熔化的金属依靠空气压力流入铸模，然后清除空气，形成真空；这种铸造方法主要用于具有精巧细节的小零件或珠宝。消失模铸造又称实型铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

冲压也就是模具，包括冷加工和热处理的正火、退火、回火、淬火四把火等。

焊接属于连接技术，主要有手工电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊、等离子焊、钎焊等等。

篇6：钢铁冶金论文

题 目: 科 生 姓 名: 学 科、专 业: :

业论文

钢铁中对脱磷反应的

蔡月亮

冶金工程（高起专函授）

内蒙古科技大学成人教育学院

毕专学院（系、所）

内蒙古科技大学成人教育学院

毕业设计(论文)任务书

专业 冶金工程（高起专函授）班级09级冶金班

学号 姓名蔡月亮

毕业设计(论文)题目:钢铁中对脱磷反应的研究

设计期限:自2009年 9 月 1 日 至2011年 5 月 20 日

指导老师:庞峰淼

系 主 任:

2011年 4 月 27日

摘要

主要研究近年来脱磷的方法，一些防止冷脆和回磷的措施，复吹转炉成渣过程对脱磷的影响，高磷铁水脱磷效率影响因素等。

关键词：脱磷；炉渣碱度；速率；预熔脱磷剂；高磷铁水

Abstract Research in recent years dephosphorization method, some of the phosphorus to prevent cold crisp and return measures, blowing converter process for dephosphorization slag into the impact of high phosphorus hot metal dephosphorization efficiency influencing factors.Keywords: dephosphorization;slag basicity;rate;pre-melting dephosphorization agent;high phosphorus hot metal

前言

脱除钢液中有害杂质磷的物理化学过程。在高炉炼铁时，原料中的磷几乎全部还原到生铁中，随着铁矿石磷含量的不同，生铁中的磷可达0.1％～1.0％，特殊的可高达2.0％以上。铁合金中同理也含有相当多磷。磷使钢材在低温下变脆，即产生“冷脆”现象。实验研究证明，磷在钢凝固过程中偏析聚集在晶界处，很少量的磷，例如0.01％(100ppm)即可使钢呈现低温脆性。冶炼普通钢要求将磷降到0.030％～0.040％，而低温用钢如寒冷地带钻井平台用钢、液化气体储存和输送用钢等要求含磷低到0.002％～0.003％(即20～30ppm)。因此，脱磷是炼钢过程的主要任务之一。

2．转炉的脱磷

2.1转炉脱磷的基本原理

通常认为，磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，为方便起见，均用[P]表示。炼钢过程中的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或 2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe] 2.2影响脱磷的因素

磷的氧化在钢渣界面进行，按炉渣分子理论的观点，反应式如下： 2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）

3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）

（3 FeO·P2O5）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推导出（4）： 2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高碱度、高氧化性渣对脱磷有利，去磷是放热反应，故从热力学讲低温条件有利于去磷反应的进行。

（1）氧化性对炉渣去磷能力影响的理论分析

由上式不难看出（FeO）在脱磷过程中起双重作用，一方面作为磷的氧化剂起氧化磷的作用；另一方面充当把（P2O5）结合成（3 FeO·P2O5）的基础化合物的作用。可以认为渣中存在（FeO）是去磷的必要条件。由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃时不稳定的，因此只有当熔池内石灰熔化后生成稳定的化合物(4CaO·P2O5)才能达到去磷的目的。（2）炉渣碱度对炉渣去磷能力的影响理论分析

CaO具有较强的脱磷能力，(4CaO·P2O5)在炼钢温度下很稳定，因此，提高炉渣碱

度可以提高脱磷的效率。但不能无止尽的提高炉渣的碱度，如果CaO加入过多，炉渣的熔点增大，CaO颗粒不能完全熔入炉渣，则导致炉渣的流动性减弱，黏度增强，从而影响脱磷反应在钢液与炉渣之间的界面进行而降低脱磷效果。另外，炉渣碱度与氧化铁的活度也有关系，过高碱度减少氧化铁的活度，从而降低脱磷效果。

（3）温度对炉渣去磷能力影响的理论分析

温度对去磷反应的影响从两个方面来看：一方面，去磷反应是放热反应，高温不利于去磷，然而，熔池温度的提高，将加速石灰的熔化，提高熔渣碱度，从而提高磷在炉渣和钢水中的分配比；另一方面，高温能提高渣的流动性，能加强渣—钢界面反应，提高去磷速度，所以过低的温度不利于去磷。

总之脱磷的条件为：高碱度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度及大渣量。

2.3冷脆现象

磷是钢中有害杂质之一。含磷较多的钢,在室温或更低的温度下使用时,容易脆裂，称为“冷脆”。钢中含碳越高，磷引起的脆性越严重。一般普通钢中规定含磷量不超过 0.045％，优质钢要求含磷更少。生铁中的磷，主要来自铁矿石中的磷酸盐。氧化磷和氧化铁的热力学稳定性相近。在高炉的还原条件下，炉料中的磷几乎全部被还原并溶入铁水。如选矿不能除去磷的化合物，脱磷就只能在（高）炉外或碱性炼钢炉中进行。

2.4回磷现象

所谓的回磷现象，就是磷从熔渣中又返回到钢液中。成品钢中磷含量高于终点钢中的磷含量也属于回磷现象。熔渣的碱度或氧化亚铁含量降低，或石灰划渣不好，或温度过高等，均会引起回磷现象。出钢过程中，由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，也有导致成品钢中磷高于终点钢[P]含量。由于脱氧，炉渣碱度、（FeO）含量降低，钢包内有回磷现象，反应式如下：

2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe]

(FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]

2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P]

(P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]

3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P] 通常采用避免钢水回磷措施：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。2.5 还原脱磷

还原条件下进行脱磷近年来也很受关注，要实现还原脱磷，必须加入比铝更强的脱氧剂，使钢液达到深度还原。通常加入Ca，Ba或CaC2等强还原剂。还原脱磷反应：

3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C] 还原脱磷加入强还原剂的同时，还需加入CaF2，CaO等熔剂造渣。还原脱磷一般是在金属不宜用氧化脱磷的情况下使用，如含铬高的不锈钢，采用氧化脱磷会引起铬的大量氧化。还原脱磷后的渣应立即去除，否则渣中P3-又会被重新氧化成PO43-而造成回磷。【1】

2.6脱磷反应的速率

脱磷是渣一钢界面反应，反应的进行包括3个环节：(1)钢液中磷和氧向渣钢界面传质；(2)在渣钢界面进行化学反应；(3)生成物在渣相内的传质。高温下脱磷的化学反应是极快的，传质是脱磷速率的限制环节。对于渣相和金属相中的传质快慢比较，不同研究者所得结果各异。这可能因两相中的传质速率差别不大，所以测定有分歧。然而无论是哪个相中，增大传质速率的因素都是加强搅拌，增大界面流动速度，增大渣钢界面面积等。顶吹转炉中有大量金属液滴弥散于渣中，造成良好的脱磷动力学条件，许多人捕集液滴进行化学分析，发现液滴中磷含量比同一时刻的熔池含磷量低得多。可以认为，顶吹转炉的脱磷都是在液滴表面进行的。氧气底吹转炉，如果随同氧气喷入石灰粉，则石灰粉粒与生成的氧化铁可以形成低熔点的铁酸钙渣滴，造成良好的脱磷热力学条件和动力学条件，使脱磷能提前到脱碳时进行，大约有50％～70％的磷靠渣滴来脱除。所以说，加强冶炼过程的搅拌造成液滴乳化，是提高脱磷速率的根本性措施。预熔脱磷剂进行铁水脱磷的实验

3.1 w(CaO)/w(Fe2O3)对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

根据脱磷的主要反应式(式(1))可知, 脱磷剂中Fe2O3 在铁水中的溶解氧[ O] 能将铁水中的[ P] 氧化为P2O5 , 但P2O5 不稳定, 必须和碱性氧化物(CaO)反应生成稳定的磷酸盐渣(4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5), 才能使铁水中的磷脱除掉。通过实验欲找到一个能使铁水中磷含量降到最低的w(CaO)/w(Fe2O3)比值, 以达到最佳的脱磷效果。2[ P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)+(P2O5)+ 5[ Fe](1)为此, 在1350℃下固定w(CaF2)为10%不变,改变预熔脱磷剂中w(CaO)和w(Fe2 O3)的比值进行脱磷实验, 脱磷剂加入量为铁水量的10%, 处理时间为10 min, 结果如图2 所示。可看出, 在w(CaO)/w(Fe2O3)的值介于0.5~ 1.0 之间时, 随比值增大脱磷率逐渐上升, 当w(CaO)与w(Fe2O3)的比值为1.0 左右时, 脱磷率最大, 为95.22%, 这主要是由于w(CaO)/w(Fe2O3)约为1 时, 使铁水中[ P] 与[ O] 充分结合生成的P2O5 能被CaO 完全固定为4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 实现较好的脱磷效果;而在w(CaO)/ w(Fe2 O3)介于1.00~1．25 之间时, 随比值增大脱磷率逐渐下降。

图

2w(CaO)/ w(Fe2O3)对脱磷率的影响

3.2 助熔剂含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

固定w(CaO)/w(Fe2O3)=1.0不变, 改变助熔剂CaF2 的含量在6% ~ 15% 之间变化进行脱磷实验。处理10 min 的结果如图3 所示, 可以看到在CaF2 含量为6% 时, 脱磷率相对较低, 进一步增加CaF2 的含量, 当w(CaF2)为10% 时, 脱磷率最大,为96.24% , 使铁水中的磷由0.21% 降低为0.0079%, 这主要因为CaF2 与CaO 能形成低熔点化合物, 经预熔处理后脱磷剂熔点和粘度得到了降低 ,使脱磷反应的动力学条件得到了明显改善;当w(CaF2)进一步增加为15%时, 脱磷率有一定程度的降低, 为91.43%。由于在脱磷剂加入量一定的情况下, 当助熔剂量多时, 氧化剂和固定剂的相对加入量就会减少, 因此, 脱磷效果反而不好;且预熔脱磷剂中CaF2 大于15% 时将对炉衬产生明显的侵蚀。

图3 预熔脱磷剂中CaF2 含量对脱磷效果的影响

3.3 铁水初始磷含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

为适应铁水中初始磷含量的波动对脱磷反应效果的影响, 对初始磷含量不同的铁水用相同配比关系的预熔脱磷剂进行了实验研究。在1 300℃, 加入量为10%的条件下, 分别选用初始磷的质量分数为0．21%、0.168%、0.119% 的生铁进行实验, 结果如图4 所示。可以看出随初始磷含量的增大脱磷率略有增大, 当铁水中的初始磷的质量分数为0.21%时, 经过10 min 的脱磷处理后可使磷的质量分数降低到0.007 9%, 脱磷率为96.24%;当初始磷的质量分数为0.168% 时, 可将铁水中的磷的质量分数降低到0.015% 的较低水平;初始磷的质量分数进一步降低为0.119% 时, 铁水中的磷的质量分数也能降低到0.012% 的水平, 脱磷率可达到89.92%。结果表明铁水中初始磷含量对用预熔脱磷剂进行铁水预处理脱磷的脱磷效果影响不大。

图4 初始铁水中磷含量对脱磷率的影响

3.4 处理温度对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

由热力学分析可知, 脱磷反应是强放热反应(ΔH =O 反应大量进行, 保证脱磷在低温下进行。快速提高渣中FeO 含量, 保证炉渣熔化速度和具有较好的氧化性。此时, 控制温度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO 质量百分数在35% ～40% , 使炉渣具有较高的氧化性, 炉渣碱度在210左右, 这样在保证炉渣有良好的氧化性前提下有很好的流动性, 同时加强炉内搅拌, 促进渣-金反应的快速进行。脱碳升温期的主要任务是脱碳升温防止回磷。此时, 脱磷任务已基本完成, 随着脱碳的进行带来的高温会使脱磷反应逆向进行, 使渣中的磷又回到钢中。因此改善炉渣热力学条件来进一步强化脱磷，的目的。控制终点ΣFeO质量百分数在15%左右炉渣碱度在315 ～410。各厂的生产条件的差异应做适当的调整, 以满足生产的稳定。但需要指出的是, 化渣脱磷期可采用高枪位软吹或降低供氧强度, 即可以控制炉内温度, 在促进化渣的同时也可适当延长化渣脱磷期, 使脱磷反应充分进行。脱碳升温期, 尽量提高供氧强度, 快速脱碳升温来降低回磷。在条件准许的情况下, 可以采用留钢操作是获得高质量钢的有效手段。

5.2复吹转炉成渣对脱磷结论

1)成渣过程决定脱磷的效率, 冶炼的不同时期应合理控制炉渣碱度、氧化性和温度, 铁水磷含量的不同应选择不同的成渣方式。

2)化渣脱磷期铁水中磷含磷较高脱磷的驱动力较大, 主要通过改善动力学条件来加快脱磷, 采用铁质成渣。控制温度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO质量百分数在35% ～40% , 使炉渣具有较高的氧化性, 炉渣碱度在210左右, 这样在保证炉渣有良好的氧化性前提下有很好的流动性, 促进渣-金反应的快速进行。

3)脱碳升温期铁水温度较高是脱磷的不利条件, 因此改善热力学条件来进一步强化脱磷。控制终点ΣFeO 质量百分数在15% ～20% , 炉渣碱度在315～410。【5】 结语

我国作为钢材生产和消费大国, 炼钢工序作为钢铁生产不可缺少的环节, 钢渣的产生不可避免。近年来, 我国钢渣和铁渣的堆置达3亿多吨, 钢渣占钢铁工业固体废物的12109%。在冶金工业生产中, 排放的主要固体废弃物是高炉渣和转炉渣。其中高炉渣是利用技术最成熟的工业废渣, 而转炉渣的回收利用相对差很多, 对钢渣利用比较好的国家主要有美国、德国和日本, 利用率均达到95%以上。而我国在2002年调查中钢渣利用率仅为36% , 与国外先进国家相比, 在钢铁渣综合利用方面还有较大差距。因而我们要多开发新技术如脱磷，做到如何在低成本下实现最大化的脱磷同时又不影响环境，从而做出高产出。新的技术还有待开发。

参考文献

【1】朱苗勇。《现代冶金学》（钢铁冶金卷）冶金工业出版社.2008 【2】吕 岩, 张 猛, 陈 津, 艾立群, 周朝刚。《钢渣在微波场中还原脱磷的工艺》。《河北理工大学学报》(自然科学版)2010年8月，第32卷 第3期

【3】魏颖娟,袁守谦,张西锋,王伟,梁德安,张启业。《预熔脱磷剂进行铁水脱磷的实验研究》。《钢铁》2008年10月第43卷第10 期