钢水脱磷工艺

1、Aj.Nj 23比玄。17NMgO 8弘闪 33NNa2o 13Nm.。20NcaF226Np2O5 钢水脱磷工艺 磷在钢中是以Fe3P或Fe2P形式存在，为方便起见，均用P 表示。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的，首先是P 被氧化成（P2O5,而后与（CaO结合成稳定的磷酸钙，其反应式可 表示为： 2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO P2O5)+5Fe 2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO P2O5)+5Fe 从CaO-P2O相图中可以看出3CaOP2O5为最稳定，4CaO P2O5 次之。可以认为存在于碱性渣中的应是 3CaO P2O5 由于3CaO P2O5

2、和 4CaO P2O5的反应生成自由能值很相近， 在热力学分析时，有两种磷酸盐得出的结论基本上是一致的。在实验 室条件下，达到平衡时的反应产物通常是 4CaO P2O5 脱磷反应平衡常数可表示为： 5FeO .(Nca。 4 CaO 42 .9 4CaO . P2O 5 ( N 4 CaO . P2 O 5 ) 1 , aCaO lg P2O5N P2O5 25 a pa O 39060 T 29 .17 lg P2O5 1.02 Aj Nj 20780 9.390 j j T N j表示的是炉渣中某成分的摩尔分数。将 %P, %0分别代 替a P、a o ,可得 lg% P * 2% O 5

3、1 .02 A j N j 59840 T 38 .56 Ig N p2o (% P)2235024 .0 7 lg(% CaO ) 2.5 lg(% Fe ) % PT (% CaO )24 LP主要取决于熔渣成分和温度。不管LP采用何种表达，均表明 了熔渣的脱磷能力，LP越大说明脱磷能力越强，脱磷越完全。 (% P) L (% P2O5). % P2 P % P P Wagner的炉渣磷容 Lp (%4CaO.P2O5) % P2 2P+5O+3(O2-)=2(PO43-) Kp a2po3 232 f2pO43.(%PO4)2 2 253 22 fc/ rr5 3 2 a P aO a(

4、O2) 咖.%P a。 a(o2) 23 .f (PQ ) P 253/ 2 fP aO a(0 ) a3(O2 ) f 2(PO43 ) 取样分析炉渣和钢水中的含磷量，可得到 LP,应用氧浓度电池 直接测定aO，再根据钢水成分和相互作用系数，可求出fP，从 而最终得到CP这样就简化了热力学的计算，用 CP进行定量讨论 因此，CP也可以理解为炉渣容纳磷的能力。 影响脱磷反应的因素 炼钢温度的影响。脱磷反应是强放热反应，如熔池温度降低, 脱磷反应的平衡常数KP增大，LP增大，因此，从热力学观点，低温 脱磷比较有利。但是，低温不利于获得流动性良好的高碱度炉渣。 炉渣成分的影响。主要表现为炉渣碱度和

5、炉渣氧化性的影响。 P2O5属于酸性氧化物，CaO MgO等碱性氧化物能降低它的活度，碱 度越高，渣中CaO的有效浓度越高，LP越大，脱磷越完全。但是， 碱度并非越高越好，加入过多的石灰，化渣不好，炉渣变粘，影响流 动性，对脱磷反而不利。 熔渣中（FeO）含量对脱磷反应具有重要作用，渣中 （FeO）是脱磷 的首要因素。因为磷首先氧化生成 P2O5然后再与CaO作用生成 3CaO P2O5或 4CaO P2O5 作为磷的氧化剂，（FeO）可增大aFeQ而作为碱性氧化物可降低 丫 P2O5因此，随着炉渣（FeO）含量增加，LP增大，促进了脱磷，但 作为炉渣中的碱性氧化物（FeO）脱磷能力远不及（C

6、aO）,当炉渣中的 （FeO）含量高到一定程度后，相当于稀释了炉渣中（CaO）的浓度，这样 会使炉渣的脱磷能力下降。 金属成分的影响。 首先钢液中应有较高的 O ，如果钢液中 Si 、 Mn、Cr 、C 含量高，则不利于脱磷，因此，只有与氧结合能力 高的元素含量降低时，脱磷才能顺利进行。此外，钢液中各元素含量 对P的活度有影响，但通常影响不太大。 采用溅渣护炉技术，渣中 MgO含量较高，要注意调整好熔渣流 动性，否则对脱磷产生不利影响。 脱磷的条件：高碱度、高氧化铁含量（氧化性） 、良好流动性熔 渣、充分的熔池搅动、适当的温度和大渣量。 回磷现象 要保证钢水脱磷效果，必须防止回磷现象。回磷现象

7、就是磷从 熔渣中又返回到钢中。 成品钢中磷含量高于终点磷含量也属回磷现象。 熔渣的碱度或氧化铁含量降低， 或石灰化渣不好， 或温度过高等均会 引起回磷现象。出钢过程中由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或 合金中磷含量较高等因素，也会导致成品钢中磷高于终点 P 含量。 由于脱氧，炉渣碱度、(FeO含量降低，钢包内有回磷现象， 反应式如下： 2(FeO)+Si=(SiO2)+2Fe (FeO)+Mn=(MnO)+Fe 2(P2O5)+5Si=5(SiO2)+4P (P2O5)+5Mn=5(MnO)+2P 3(P2O5)+10Al=5(Al2O3)+6P 避免钢水回磷的措施：挡渣出钢，尽量避免下渣；

8、适当提高脱 氧前的炉渣碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度； 尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。 炼钢过程的脱磷反应是渣 - 金界面反应，对于脱磷反应的效果而 言，除了磷容量、磷分配系数表述外，还有一个时间的概念，即脱磷 速率。脱磷过程速率主要取决于 P 向反应界面的传质和产物由界面 向渣中的传质。 双膜传质理论表示脱磷速率方程 d% P A1 V71km 1(ks 1(ksK) P竇 km和ks分别是磷在金属和熔渣中的传质系数，Oeter计算出 km=3.90 x 10-5m.s-1 , ks=1.15 x 10-5m.s-1;A 是反应界面积;Vm 为钢 液

9、体积；K以物质的量浓度表示的磷分配比;LP以质量百分数表示的 磷分配比。 若取K=300,则kmksK，则上式可简化为: d%P km % P %Peq Vm dtVmq d%P KP%P dt 在氧气顶吹转炉炼钢初期，用统计方法分析脱磷过程得到的脱 磷速率方程: 还原脱磷 要实现还原脱磷，必须加入比铝更强的脱氧剂，使钢液达到深 度还原。通常加入Ca, Ba或CaC2等强还原剂。 3Ca+2P=3( Ca2+ +2( P3-) 3Ba+2P=3(Ba2+)+2(P3-) 3CaC2(s)+2P=3(Ca2+)+2(P3-)+6C 还原脱磷加入强还原剂的同时，还需加入 CaF2 CaO等熔剂造 渣。还原脱磷一般是在金属不宜用氧化脱磷的情况下才使用， 如含铬 高的不锈钢，采用氧化脱磷会引起铬的大量氧化。 还原脱磷后的渣应 立即去除，否则渣中的P3-又会重新氧化成PO43而造成回磷