锰硅合金是铁合金中产量较大、使用较广的合金之一。近年来,中国钢铁行业发展迅速,锰合金产量不仅严重过剩,而且由于中国锰矿品位普遍低下,生产的锰硅合金中磷杂质含量严重超标,给销售和应用带来了双重压力,亟需找到有效途径,低成本下深度脱除磷杂质,使锰硅合金国标化。本课题针对重庆城口县某铁合金企业生产的高磷锰硅合金的脱磷问题进行了探索,基于冶金热力学基本原理,从锰硅熔体内部和熔渣两个方面,研究磷在熔体中的热力学行为及脱磷机理;同时,构建一种无氟、高磷容量、无害化的脱磷渣(如CaO-SiO2-Al2O3渣系)用于锰硅合金脱磷,使脱磷终渣对环境友好、无害。采用“中频感应炉+硅钼炉”对高磷锰硅合金进行还原脱磷实验,结合ICP、SEM、XRD、XRF等分析手段,重点探讨了锰硅合金成分、熔渣组分和碱度对磷在锰硅熔体内部和渣金界面的热力学行为的影响。论文研究得到以下结论:(1)随着锰硅合金中Si含量的增加,脱磷率得到显著提高。Si与CaO在渣金界面发生了还原反应,生成游离Ca,Ca从熔渣扩散到锰硅熔体中并与P结合,生成固态Ca3P2,上浮到渣中,从而提高了脱磷率;Si含量的增加有利于锰硅熔体中氧活度的降低和磷活度系数的提高;此外,随着Si含量的增加,锰硅合金中C含量逐渐降低,并形成SiC进入到脱磷渣中。(2)脱磷元素Ca、Ce和Al虽然理论上都与P元素具有较好的结合能力,但是Ca更容易挥发与损耗,Ce与P结合形成的脱磷产物附着在石墨球上而无法从锰硅合金中排出。实验结果表明,铝基脱磷剂具有更好的脱磷效果;初步计算了在1400℃温度下,锰铁合金锰硅熔体中Al和P的相互作用系数为:7)=14.97。(3)随着渣中w(Na2O)的增加,脱磷渣的磷分配比和磷容量逐渐升高,初始渣中,w(Na2O)应控制在2%为宜;随着Na2O替代CaO的量的增加,磷分配比逐渐增加;当Na2O替代CaO的量超过3.19%时,渣中的2-浓度达到饱和,脱磷渣碱度保持一定,磷分配比基本保持不变。(4)当CaO-SiO2-Al2O3脱磷配渣的碱度为1.0时,随着渣中w(Al2O3)的逐渐降低,渣中7)-聚合物的聚合度逐渐降低,该渣系的黏度逐渐降低,渣的流动性得到改善,有利于渣金间物质的快速转换,磷分配比逐渐升高。(5)CaO-SiO2-Al2O3熔渣的碱度是影响渣金界面处锰硅合金液脱磷反应的重要因素。在CaO-SiO2-Al2O3三元相图的低熔点区域(1)内,随着脱磷配渣碱度的升高,渣中氧离子活度增加,同时,该渣系的黏度显著降低,渣的流动性得到明显改善,磷分配比逐渐升高。(6)在CaO-SiO2-Al2O3三元相图的低熔点区域(2)内,由于Al2O3浓度过高,熔渣中有大量大分子铝氧络离子聚合物形成,黏度变大。此时,锰硅熔体与熔渣界面处,Si与CaO反应生成的游离钙在相同的冶炼时间内无法快速扩散到熔体内,从而减弱了渣的脱磷效果。当渣中w(SiO2)保持不变时,随着配渣中CaO/Al2O3的增加,熔渣中大分子铝氧络离子团逐渐解体,渣的流动性变好,渣金间磷分配比缓慢升高;锰铁合金当CaO/Al2O3大于1.3时,磷分配比显著升高。