中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司資源應(yīng)用與合金材料事業(yè)部

磷鐵合金作為磷元素的添加劑主要用于冶金化工領(lǐng)域[1,2]。磷在大多數(shù)鋼中為有害元素，但隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，磷元素在冶金行業(yè)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。研究[3,4,5]表明，在無(wú)取向硅鋼中磁感應(yīng)強(qiáng)度隨P含量的增加而增加，鐵損隨著P含量的增加而線性降低。此外，在鐵基非晶合金中加入P元素可以有效提高非晶的形成能力和耐侵蝕性能[6]。

我國(guó)的磷鐵合金主要是在電爐制磷過(guò)程中作為副產(chǎn)品生產(chǎn)，其中C、Ti等雜質(zhì)元素的含量偏高，嚴(yán)重危害無(wú)取向硅鋼和非晶合金等材料的電磁性能[7,8]。

為解決此問(wèn)題，本文以磷礦石、鐵粉為原料，采用工業(yè)硅為還原劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證硅熱法制備低C低Ti磷鐵合金的可行性并優(yōu)化工藝參數(shù)，為工業(yè)化批量生產(chǎn)提供參考。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品目標(biāo)成分P 20%~30%，C<0.5%，Ti<0.05%；P組分收得率>90%。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

磷礦石中的P元素以P2O5的形式存在，以Si為還原劑從磷礦石中還原磷單質(zhì)，相關(guān)的熱力學(xué)方程如下：

2 結(jié)果及分析

2.1 合金成分

對(duì)實(shí)驗(yàn)所得磷鐵合金產(chǎn)品分別進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。從表3可知,磷鐵合金中的P含量最高為28.08%，C含量均低于0.043%，Ti含量均低于0.036%，說(shuō)明硅熱法制備低C低Ti磷鐵合金工藝是可行的。此外，為明確各工藝參數(shù)對(duì)合金中P含量的影響程度，對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

       由表5中極差R可知，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，各因素影響磷鐵合金中P組分收得率的程度大小順序?yàn)椋号涔柘禂?shù)>冶煉溫度>保溫時(shí)間。最佳的工藝條件為：冶煉溫度為1390℃，保溫時(shí)間為60min，配硅系數(shù)為1.2，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出該條件下P組分收得率為96.49%，達(dá)到產(chǎn)品目標(biāo)收得率。

        2.2.1 冶煉溫度的影響

        由圖2可知，當(dāng)溫度在1360℃~1390℃的區(qū)間變化時(shí)，產(chǎn)品的磷收得率明顯提升，在此區(qū)間內(nèi)溫度的升高有利于磷單質(zhì)的還原以及磷鐵合金的形成。當(dāng)溫度高于1390℃的時(shí)候，P組分收得率呈下降趨勢(shì)，分析認(rèn)為當(dāng)冶煉溫度大于1390℃時(shí)，增加了P單質(zhì)的揮發(fā)，從而降低了磷鐵合金的P組分的收得率。
        2.2.2 保溫時(shí)間的影響
 

由圖3可知，保溫時(shí)間在30~60min區(qū)間，隨著保溫時(shí)間的增加，P組分收得率呈上升的趨勢(shì)，表明在此區(qū)間內(nèi)延長(zhǎng)保溫時(shí)間有利于P單質(zhì)的還原以及金屬相的凝聚。而保溫時(shí)間大于60min后，P單質(zhì)被充分還原，繼續(xù)增加保溫時(shí)間對(duì)P組分收得率沒(méi)有明顯的影響。

         2.2.3  配硅系數(shù)的影響

由圖4可知，配碳系數(shù)為0.7、0.9、1.0、1.2時(shí)，磷鐵合金的P組分收得率呈明顯的上升趨勢(shì)。表明配硅系數(shù)較低時(shí)，磷礦石中的P元素不能被充分還原。分析原因?yàn)樵诩訜徇^(guò)程中發(fā)生了硅的燒損以及原料中Fe2O3消耗硅，因此最佳配硅系數(shù)應(yīng)大于1。

        2.3 產(chǎn)物物相與顯微結(jié)構(gòu)分析
……

 關(guān)注“driinfo",手機(jī)上同步看直接還原、鋼鐵業(yè)內(nèi)文章