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锰铁是钢铁生产过程中消耗量最大的铁合金品种,主要用作脱氧剂和合金添加剂。由于锰铁在转炉脱磷后期加入到钢水中,其杂质含量对钢水洁净度有很大影响。高炉生产的锰铁中杂质元素磷含量达到0.4%0.6%,必须将其脱除至0.2%以下才能满足洁净钢对钢水磷含量的要求。传统的CaO基渣系难以满足锰铁脱磷的要求,BaO基渣系脱磷效果受锰铁中硅含量的影响非常之大,碱金属渣系脱磷效果略好于CaO基,但仍不理想。基于此,本课题提出含稀土氧化物渣系用于锰铁脱磷。稀土金属磷酸盐在自然界中稳定性好,并且稀土氧化物La2O3和Ce2O3的光学碱度比CaO和BaO高,预期含稀土氧化物渣系具有很好的脱磷热力学条件。本课题通过研究含稀土氧化物渣系的热物理性质、脱磷热力学以及锰铁脱磷实验,确定熔点和黏度低、磷酸盐容量高、性质受锰铁成分波动影响小的含稀土氧化物渣系的成分范围以及脱磷优化工艺条件。具体结论如下:1)对于二元碱度为1.05和0.97的含稀土氧化物炉渣,其熔化温度随稀土氧化物含量的增加均呈现先降低后增高的趋势,在稀土氧化物含量为6%时达到最小值。而黏度随稀土氧化物含量增加表现出不同的趋势。二元碱度为0.97的炉渣随稀土氧化物含量增加,黏度逐渐降低,稀土氧化物大于6%时,下降趋势不明显。而二元碱度为1.05的炉渣,当稀土氧化物含量少于9%时,黏度随稀土氧化物含量增加而逐渐降低,继续增大稀土氧化物含量至12%,黏度值显著增大。结合稀土氧化物含量对熔渣熔化性质及黏度的影响,选取稀土氧化物含量为6%的炉渣进行后续磷分配比实验。2)温度升高,磷分配比和渣系的磷酸盐容量均逐渐降低。渣中稀土氧化物含量增加,磷分配比和渣系的磷酸盐容量均增大,但对于二元碱度为1.05的炉渣,稀土氧化物含量大于6%时,磷分配比和磷酸盐容量增加不明显。锰铁中Si含量小于0.25%时,磷分配比随Si含量的增加几乎不变化,继续增加锰铁中的Si含量至0.62%时,磷分配比显著降低。增加体系的氧分压,磷分配比持续增大。结合实验结果与分析,得出锰铁脱磷合适的热力学条件为:温度1350℃、渣中稀土氧化物含量为6%、锰铁中Si含量小于0.25%。3)脱磷温度增加,含稀土氧化物炉渣的脱磷效果呈现先增加后降低的趋势,而锰损则先降低后增加。增加脱磷渣系的用量和渣中稀土氧化物的含量都有利于锰铁脱磷,但在一定程度上也加大了锰的损失。锰铁中Si含量增加含稀土氧化物渣系的脱磷效果降低,而锰损则出现先降低后增加的趋势。4)在假定锰铁脱磷过程由渣金体系混合传质控制的条件下,根据双膜理论建立了锰铁脱磷动力学方程。锰铁中磷质量分数的实测结果与拟合结果吻合,拟合函数相关系数均大于0.96,说明锰铁脱磷过程限制性环节为磷的扩散传质。5)通过脱磷热力学优化,结合锰铁合金脱磷动力学分析,确定含稀土氧化物渣系用于锰铁脱磷的最优条件为:温度1350℃,脱磷时间16 min,渣量为10%,渣中稀土氧化物含量为6%,锰铁中初始Si含量小于0.25%为宜。6)实验开发的用于锰铁脱磷的含稀土氧化物渣系最优成分为:38.54%CaO-36.66%SiO2-18.80%MnO-6%RE2O3和34.78%CaO-35.72%SiO2-23.50%MnO-6%RE2O3。