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由于我国铁矿石平均品位很低,为了发挥国内铁矿石资源优势,解决资源需求问题,我国部分钢铁企业陆续配入部分高磷矿为代表的低品位铁矿来缓解铁矿石资源短缺带来的危机,而且高磷铁矿的配入比例越来越大,因此在钢铁冶金流程中对铁水脱磷的要求将更加苛刻。在转炉内进行脱磷处理仍然是铁水脱磷的主要发展方向,目前对转炉脱磷的研究大多集中在脱磷工艺和渣/金反应等方面,而关于磷在炉渣中分配问题的研究还远远不够。本论文以转炉炼钢脱磷渣系Ca O-Si O2-FetO-P2O5为研究对象,对磷在转炉渣中的主要存在形式,炉渣成分对磷在固、液渣间分配的影响规律和磷在转炉渣中的传质行为等方面开展了研究工作,研究结果不仅可以为工业生产提供理论依据,还可以为寻找更为有效的脱磷方法奠定理论基础。论文主要进行了以下几个方面的工作并得到了如下的结论。采用SEM、EDS和XRD方法对实际转炉渣和实验室配渣中不同相各元素的分布进行了检测分析,结合热力学理论计算,研究了Ca O-Si O2-FetO-P2O5渣系中磷的微观分布。研究结果表明,此渣系的微观相主要有:黑色不规则颗粒状或长条状分布的富磷相,灰色或暗灰色分布的富铁相(基体相)和浅灰色或白色微小面积分布的RO相。磷在此渣系中主要以n·2Ca O·Si O2-3Ca O·P2O5(记作n C2S-C3P)固溶体的形式存在(即富磷相),富铁相中含有少量的磷,RO相中不存在磷。渣中二元碱度(%Ca O)/(%Si O2)和磷含量的增加均有利于n C2S-C3P固溶体相的析出与长大,当磷含量增大至某一值时,磷将在渣中以C3P的形式独立存在。采用SEM/EDS方法对实验室配制的Ca O-Si O2-FetO-P2O5系渣中n C2S-C3P固溶体相(富磷相)和液渣相(富铁相或基体相)的成分进行了检测分析,讨论了炉渣成分对磷在n C2S-C3P固溶体相和液渣相间分配比及磷在固溶体相和液渣相中活度系数的影响规律。研究结果表明,液渣相中P2O5活度系数2 5P OL)g(随液渣相中T.Fe含量的增加呈增大的趋势,随液渣相中Ca O含量的增加呈降低的趋势。固溶体相中P2O5的活度系数2 5P OSS)g(随全渣(即初渣)二元碱度(%Ca O)/(%Si O2)的增大而减小。P2O5在固溶体相和液渣相间的分配比LP随液渣相中T.Fe含量的增加呈增大的趋势,随液渣中Ca O含量的增加呈减小的趋势。全渣中二元碱度(%Ca O)/(%Si O2)的增加阻碍了磷从液渣相向固溶体相富集,而Fe O和P2O5含量的增加均有利于磷从液渣相向固溶体相扩散富集。采用SEM/EDS方法,讨论了随着Ca O-Si O2-FetO-P2O5系渣中磷含量的增加,n C2S-C3P固溶体相和液渣相中Ca O和Si O2含量的变化规律。基于熔渣离子结构理论,对n C2S-C3P固溶体在Ca O-Si O2-FetO-P2O5渣系中的形成机理可描述为置换固溶的过程:随着渣中磷含量的不断增加,液渣中的PO43-不断地置换出固溶体相中的Si O44-,并释放出Ca2+。如果液渣中有足够多的PO43-,则可全部置换出固溶体相中的Si O44-;如若继续增加液渣中的磷,多余的PO43-会直接与液渣中的Ca2+和O2-反应生成3Ca O·P2O5。通过研究还得到了描述n C2S-C3P固溶体形成过程的等式。采用SEM/EDS对磷在C2S固体颗粒与C2S饱和熔渣界面间的分布进行了检测分析,研究了磷在C2S颗粒与熔渣间的传质过程,并建立了整个过程的动力学方程。研究结果表明随着反应时间的延长,产物层的成分越来越接近n C2S-C3P固溶体,在C2S颗粒与其周围熔渣所形成的固液两相区内生成了n C2S-C3P固溶体。磷在熔渣中的传质和在固溶体层中的扩散均是C2S颗粒与熔渣反应的限制性环节。计算得到了磷在熔渣中的传质系数和固溶体层中的扩散系数,分别为8 1=3.73 10Lbm s--′×和13 2 15.00 10SD m s--=′×,还得到了C2S颗粒当量半径大小与反应时间间的关系。