我国锰矿资源丰富,但大部分矿石为贫矿,硅锰合金是炼钢过程中常用的脱氧剂及合金添加剂,随着近几年来中国钢铁行业飞速发展,硅锰合金产量不仅严重过剩,并且由于我国锰矿品位低下,导致冶炼得到的硅锰合金P杂质含量严重超标。硅锰合金中的P进入钢液中,易产生偏析现象,引起钢的“冷脆”,从而降低钢材的质量。因此,硅锰合金中的磷杂质净化,降低P的含量,使其达到国标化,是目前亟待解决的重要课题。本课题主要针对重庆城口、秀山等地区硅锰合金磷含量超标的问题进行了探索。通过FACTSage等热力学软件构建渣系相图,设计合理的实验方案,采用中频感应炉预熔,硅钼炉脱磷的方法对高磷硅锰合金进行还原脱磷实验;借助XRD、ICP、XPS、SEM等检测方法,探究Al基脱磷剂对硅锰合金进行还原脱磷的机理,脱磷后合金粉化的机理以及磷化物在CaO-SiO2-Al2O3和CaO-SiO2-MgO渣系中的存在形式等问题。论文研究得到以下结论:对CaO-SiO2-Al2O3渣系下硅锰合金还原脱磷的研究可知,随着Al基脱磷剂用量的增加,脱磷率和磷分配比逐渐增加;随着碱度增加,脱磷率和磷分配比逐渐提高。脱磷产物水解产生的气体与微裂纹相互作用会导致合金粉化。对比高低碱度渣系脱磷后合金的微观形貌,高碱度脱磷后合金较为致密,粉化情况较少。对CaO-SiO2-MgO渣系下硅锰合金还原脱磷的研究可知,随着碱度的增加,脱磷率增加;随着MgO含量的增加,脱磷率降低;随着CaO/MgO的增加,脱磷率增加。通过脱磷终渣的XRD物相分析和渣中P元素的价态分析,证实脱磷产物为AlP,硅锰合金并通过Harris织构系数计算,得到AlP在脱磷终渣中结晶的择优取向。对MnS面和Al面晶界处原子失配度进行计算,得到两者之间的原子失配度为6.72%,说明两者之间存在一定的界面共格关系,在结晶过程中AlP可以作为MnSi相的异质形核衬底。

得到以下几点结论基于所建立的熔渣的热力学模型,分析得出:对于三元CaO-SiO2-Al2O3渣系,熔渣脱磷能力随渣中CaO含量的增加而增加;对于四元CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系,熔渣脱磷能力随渣中CaO含量的降低,MgO含量的增加而增加对于高氟CaO-CaF2脱磷渣,CaO含量为25%,脱磷效果好,脱磷率达到75%;对于低氟CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2脱磷渣,在渣系成分为42:6:35:2:15时,脱磷效果优,脱磷率达到85%;对于无氟CaO-SiO2-Al2O3脱磷渣,添加Na2O不利于脱磷,三元熔渣成分在1400℃的低SiO2含量的低熔点区域中时,脱磷效果更好,初渣成分为58%CaO-4%SiO2-36%Al2O3-2%Na2O时,脱磷率高,达到71%体系氛围对还原脱磷有一定的影响,在分别采用硅钙合金及铝基脱磷剂进行脱磷时,结果均显示与大气氛围相比,氩气氛围下的脱磷效果更好。不同脱磷剂的脱磷温度存在差异,采用硅钙合金时,脱磷温度为1420℃;采用铝基脱磷剂时,脱磷温度为1400℃。混装+冲兑的脱磷剂加入方式,能减少脱磷剂的氧化损失,硅锰合金提高脱磷效率采用铝基脱磷剂,CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2脱磷渣进行工业化试验,脱磷率可达到70%。