高磷硅锰合金脱磷及脱磷产物的研究

摘要

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，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为（111）。　　对 MnSi（110）面和 AlP（111）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。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外锰矿资源分布

1.2.1 国外锰矿资源分布

1.2.2 国内锰矿资源分布

1.3 锰基熔体研究现状

1.3.1 锰基熔体热力学研究现状

1.3.2 锰硅熔体热力学性质研究现状

1.3.3 锰硅熔体脱磷研究现状

1.4 研究目的及意义

1.5 研究内容

2 硅锰合金脱磷理论分析

2.1.1 硅锰合金中磷的来源

2.1.2 硅锰合金中磷的危害

2.2 硅锰合金氧化脱磷可能性理论分析

2.3 硅锰合金还原脱磷热力学分析

2.4 本章小结

3 硅锰合金还原脱磷实验设计

3.1 实验原料

3.2 实验设备及流程

3.3 实验方案设计

3.3.1 CaO-SiO2-Al2O3渣系下还原脱磷的研究

3.3.2 CaO-SiO2-MgO渣系下还原脱磷的研究

3.4 本章小结

4 CaO-SiO2-Al2O3渣系下还原脱磷的研究

4.1 Al基脱磷剂对硅锰合金脱磷的影响

4.1.1 Al基脱磷剂加入量对脱磷效果的影响

4.1.2 Al基脱磷剂对脱磷产物的影响

4.1.3 Al基脱磷剂对脱磷后合金组织的影响

4.2 不同碱度CaO-SiO2-Al2O3渣系对硅锰合金还原脱磷的影响

4.2.1 低碱度渣系对脱磷效果的影响

4.2.2 低碱度渣系对脱磷产物的影响

4.2.3 高碱度渣系对脱磷效果的影响

4.2.4 高碱度渣系对脱磷产物的影响

4.3 本章小结

5 CaO-SiO2-MgO渣系下还原脱磷的研究

5.1.1 碱度对脱磷率及磷分配比的影响

5.1.2 MgO对脱磷率及磷分配比的影响

5.1.3 CaO/MgO对脱磷率及磷分配比的影响

5.2 CaO-SiO2-MgO渣系下还原脱磷产物的研究

5.3 界面共格关系对脱磷率的影响

5.4 本章小结

6 结 论

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C.学位论文数据集

致谢