【正文】 制約條件： 高爐煉鐵流程中，燒結(jié)和高爐工藝可以部分氣化脫硫 但實際上 1）燒結(jié)礦高堿度，難以氣化脫硫 2）環(huán)境保護，不允許氣化脫硫渣化脫硫： [S] → (CaS) or (CaSO 4) 固化于渣中 硫在爐渣中賦存形態(tài)熱力學估算熱力學估算(S2) or (SO42) ？？（ S2） +2O2（ g） ＝（ SO42）（ CaS） +2O2（ g） ＝ (CaSO4）當 時， 硫在爐渣中賦存形態(tài) (續(xù) )106, 以 SO42存在106，以 S2存在鋼鐵冶金中：●煉鐵：●電爐煉鋼還原期：硫在渣中主要以 S2形態(tài)存在 S從鋼液中向渣中轉(zhuǎn)移過程： [S] + 2e =（ S2）(O2) 2e = [O][S] + (O2) = (S2) + [O] 上式表明脫硫是一個渣 鋼界面上電子傳遞的過程 .但是放出電子的不一定是氧負離子 ,也可能是 Fe原子 .即 :Fe(l)+[S]=(Fe2+)+(S2) (414) 式子 (414)為 FeS的分配平衡式 .令 KS表示式 (414)的平衡常數(shù) .將 xs2轉(zhuǎn)化為 w(s)%,以 100g渣計算 : 溫度鋼水成分堿度渣組成 ,FeO含量硫在渣 金屬液間的分配比： 渣組成 f[S] （ 416）可以看出 T ↑， KS↑， Ls↑堿度 ↑ ， 絡(luò)陰離子量 ↓, 從式子 (417)可以看出 ,γ Fe2+ γ S2 ↓, 從式子 (415)看出 , Ls ↑ 煉鋼過程的脫硫率可表示為如表 43,加大渣量 ,則脫硫率提高 . (5)降低 ΣFeO含量從式子 (415)可以看出 ,降低 ΣFeO含量 ,對 起雙重作用。分子分母都降低，對分母影響更大， Ls↑。 ：●高溫●高堿度●高渣量●降低 ΣFeO含量 B 、 提高渣脫硫能力提高渣脫硫能力根據(jù)熱力學分析關(guān)于脫硫的幾個問題A 、 脫硫方式脫硫方式 1. 氣化脫硫2. 渣化 √●高溫●高堿度●低 ΣFeO含量●鐵（鋼）水成分合適●高渣量 ●降低鋼的塑性和韌性，鋼在冷壓力加工時易脆裂。（冷脆性）●鋼中磷的質(zhì)量分數(shù)超過 ?時就更顯著。B、 害處害處●能顯著提高鋼的硬度和強度A、 益處益處C、 鋼鐵產(chǎn)品中含磷標準鋼鐵產(chǎn)品中含磷標準●生鐵：合格品 → [ wp /wθ]≤~1% ●鋼：根據(jù)鋼種不同，一般 [wp /wθ]% 脫磷方式的探討脫磷方式的探討1. 高爐過程發(fā)生如下反應(yīng)：Ca3(PO4)2＋ 3C(S)=3CaO+2P+5CO(g)幾乎 100%2Ca3(PO4)2＋3SiO2+10C(S)=3CaSiO4+4P+10CO(g)由于 SiO2的存在，使磷還原更加容易：鐵水鐵水預處理或煉鋼脫磷 脫磷方式的探討脫磷方式的探討2. 煉鋼過程2[P]＋ 5[O]=P2O5(g) K=108降低 (P2O5)的活度脫磷2[P]＋ 5[O]=P2O5(l) K=1010 A、 熱力學分析熱力學分析煉鋼過程的脫磷反應(yīng)在渣 — 金屬間進行， CaO高的堿性渣可以脫磷。反應(yīng)按下式進行：（ 1）分子理論2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaOP 2O5)+5Fe(l)2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP 2O5)+5Fe(l)（ 2）離子理論 2[P]+5[O]+3(O2)=2(PO43)KP=(aP2O5)/([aP]2[aO]5)渣中磷的活度 aP2o5=?P2o5xP2o5 A、 熱力學分析熱力學分析 2[P]+5[O]+3(O2)=2(PO43)(Fe2+)+(O2)=[O]+Fe 為表示方便，令： 磷在渣 金間的分配比： 溫度鋼水成分堿度氧勢B、 討論討論渣組成1. 溫度低溫 → 熔化期：脫 [P] 屬于放熱反應(yīng) : T↓， K↑， Lp↑a(Feo) 2. 鋼水成分 f[P] 3. 堿度a（ CaO） a（ MgO） a（ MnO） a（ FeO） ↑， aO2↑， Lp↑通常：增加 C、 O、 N、 Si、 S可使 fp增加。 增加 Cr使 fp減小。 4. Σ FeO含量 注意： 3(FeO)+P2O5=3FeOP2O5FeO對爐渣脫磷能力的影響5. 高渣量 與脫硫一樣 ,提高渣量 ,有利于脫磷 l 低溫度：較低的熔池溫度；l 高堿度：高堿度渣（ 3～ 4）；l高 Σ FeO含量 :氧勢 ,高氧化性（ FeO FeO 15～ 20%）l 高渣量：多次放渣、造新渣。C、 脫磷的最佳熱力學條件：u單從熱力學平衡角度對氧化去磷的分析。 還原去磷為避免鐵水中合金元素 Cr、 Mn被氧化，有時進行還原脫磷 ：3M(S)+2[P]=(M3P2)M為堿土金屬和 Ca的合金，常用 CaC CaSi合金、 CaAl合金3CaC2(S)+2[P]=(Ca3P2)＋ 6[C]思考題：高爐煉鐵為什么不采用這種方法脫磷？思考題：高爐煉鐵為什么不采用這種方法脫磷？ 不同條件下，磷在渣中存在的形態(tài)不同：（ P3）＋ 2O2（ g） =(PO43)存在形態(tài)主要決定于氧勢：(P3) or (PO43)1600℃ ，若 PO21012~1013Pa， (PO43) 若 PO21012~1013Pa， (P3) 渣容量爐渣對有害氣體的吸收能力稱為 渣容量 。例如 S2， P2， N2等氣體均能在渣中溶解，并保留在渣中。渣容量建立在渣 氣平衡的熱力學基礎(chǔ)氣相中氧分壓低于 ,硫以硫化物形成存在于渣中。相應(yīng)的反應(yīng)為：反應(yīng)的平衡常數(shù)為： 設(shè) 為所有組元的渣中物質(zhì)的量，則 爐渣的硫化物溶量為：或者硫化物容量 CS是熔渣容納或吸收硫化物的能力。 263說明，硫化物的容量與渣中氧離子的活度有關(guān)，也就是說和熔渣的堿度有很大關(guān)系。 當體系中氧分壓大于 ，渣中硫以硫酸鹽的形式存在，其反應(yīng)為：此時定義硫酸鹽的容量為：應(yīng)用：（１）估算溶渣組成尤其是堿度對脫硫的影響。（２）計算溶渣－金屬液間硫的分配比。計算公式有兩種：(264)或者(265) 相關(guān)的化學反應(yīng)及平衡常數(shù)為 : 溶渣的硫化物容量測定方法 :① 通過與流動混合氣體的平衡實驗測定溶渣的硫化物流量 可以通過渣相與已知相關(guān)元素化學勢的氣相平衡實驗來直接測定硫化物容量 .② 通過與金屬液相平衡的實驗測定溶渣的硫化物容量 當渣相與金屬液相達到平衡后 ,金屬液中有關(guān)元素的化學勢的已定,可根據(jù)實驗獲得硫在渣相中與金屬液間的分配比 ,硫化物的容量可通過 (264)、（ 265）求出。③ 利用溶渣的堿度求硫化物的容量 一些渣系的硫化物容量和堿度的關(guān)系 將（ 266）中氧化物的摩爾分數(shù)轉(zhuǎn)化成質(zhì)量分數(shù)④ 利用溶渣的光學堿度求硫化物容量含溫度變量，更為廣泛和精確的公式為(267) ，雍和杜菲作出了修正，修正式如下：b磷酸鹽的容量氣態(tài)磷在堿性氧化渣的溶解反應(yīng)為上式的平衡常數(shù)為 爐渣的磷酸鹽容量為：所以同樣也可以導出熔渣 金屬液間磷的分配比 對于鋼液的脫磷反應(yīng)：與 的關(guān)系為： 即為鐵液中磷在熔渣中溶解的磷酸鹽容量(277)(276)