内科大钢铁冶金原理课件06磷的脱除

第六章磷的脱除

P在地壳中的存在形态：磷灰石：Ca5(F,Cl)(PO4)3，磷铁矿：Fe(PO4).2H2O，磷铝矿：Al(PO4).2H2O，独居石：Ce(PO4)等磷酸盐的形态存在，约占地壳总重量的0.12%。§6.1磷在冶金中的行为

高炉冶炼过程中P来自矿石及熔剂带入的磷酸盐，这些磷酸盐在有SiO2及C存在的条件下，很容易发生还原，几乎全部还原进入生铁冢。生铁含P高达0.1%-2.0%，炼铁过程控制P的唯一办法就是控制原料中的P含量。P是钢液中的有害元素，在炼钢过程中，尽可能除去P。P溶于铁液中放出大量的热，形成Fe2P、Fe3P，说明P、Fe原子有较强的亲和力，在固态铁中形成置换固溶体。P在γ铁中的溶解度0.5%，在α铁中的溶解度2.8%。P会使钢的强度、硬度增大，塑性、韧性变坏，钢水凝固时，P原子富集在晶界处，使钢产生冷脆，从室温降到0℃以下时，产生脆裂。普通钢[P]≤0.045%，优质钢[P]≤0.03%，高级优质钢[P]≤0.025%，低P钢[P]：0.008-0.015%。钢材含[P]要求：

钢水中的P与C也存在选择氧化的问题，低温下P先氧化，形成3FeO.P2O5。如平炉熔化期P可氧化80-90%，但在碱性底吹转炉中，由于大量C的氧化，使熔池中(%FeO)很低，石灰难熔，只有C大量氧化后，渣中(%FeO)↑→(%CaO)↑→P才开始大量氧化，在氧气顶吹转炉中，由于渣中(%FeO)一直较高，石灰熔化快，C、P一起氧化。§6.2磷氧化去除的条件§6.2.1炼钢过程中P的氧化反应

（1）（2）

（3）

（4）

在炼钢温度下气态的不稳定，不能形成，脱P反应主要以（3）、（4）反不稳定，高温下易分解，使生“回P”现象。因此需要加入强碱性的氧化物作为脱氧剂形成稳定的磷酸盐。

应进行，但还原到钢水中，发稳定性：§6.2.2脱P反应的热力学用CaO脱P可形成2种产物：：2083K的同分熔点化合物：1983K的异分熔点化合物。因而高温下更稳定，一般认为碱性炼钢渣下的脱磷产物为，有时也可写成，因它们的稳定性接近。

，

1、CaO脱P：

，说明形成产物和平衡常数基本一致，稳定性相近。2、MgO脱P：

1600℃时，，两者相比CaO的脱P能力大于MgO。两者相差3～4个数量级，当然这是热力学分析，但从动力学角度考虑，，可加速石灰石的熔化，从而加速脱P。在1600℃时，计算得：§6.2.3氧化脱P反应的平衡研究渣中浓度很低，可视为稀溶液，以假象纯物质为标准态：的浓度很低，可视为稀溶液，以1%为标准态：故：钢液中

（1）脱磷反应为强吸热反应，，故低温有利于脱磷；但在低温下石灰难于熔化，因而应保持较高的脱磷（2）炉渣成分的影响：脱磷反应的热力学分析：。温度，通过改善其他条件使；；

；（利于化渣）；

；综合影响：；。

一般炼钢渣中，。(3)金属成分的影响：但；；对无影响，但易氧化杂质(4)渣量的影响：。；§6.3.1氧化脱P反应的机理§6.3氧化脱P反应动力学

在实际生产过程中，炉渣与金属液间的脱P反应容易达到平衡，当温度与熔渣组成变化时，容易引起回P，也说明了这一点。脱P反应在钢-渣界面上进行，[P]、[C]均是钢水中的表面活性物质，易在钢水表面富集，使渣-钢界面张力降低。富集于界面上的[P]、[C]结合为(PO43-)而向渣中传质。⑴由炉气向金属液供氧：O2→(FeO)→[O]；⑵[P]、[C]向钢-渣界面传质；⑶界面化学反应[P]+[O]=(PO43-)；⑷(PO43-)由界面向渣中传质。机理：

在实际生产过程中，炉渣与金属液的脱磷反应容易达到平衡，当温度与熔渣组成变化时，容易引起回磷，也说明了这一点。脱磷反应在钢渣界面上进行，[P]、[O]均是表面活性物质，易在钢水表面富集，使钢渣界面张力降低。富集于界面上的[P]、[O]结合为（PO43-）而向渣中传质。（2）[P]、[O]向钢渣界面传质；（3）界面化学反应：[P]+[O]=（PO43-）（4）（PO43-）由界面向渣中传质。§6.3.2氧化脱P反应速率（1）由炉气向金属液供氧：机理：；

生产实践表明，脱磷速度很快，在转炉中后期已达到平衡，同时从渣中向金属液的传氧也很快。据川合和森克等人研究，P在CaO—SiO2—FeO系炉渣中和金属液中的传质系数分别为：；

因此可以认为渣中（PO43-）或（P2O5）的传质为过程的限制性环节。式中:；6.3.2氧化脱磷反应速率

当认为P在渣及金属液中的传质为混合限制环节时，据双膜理论分析脱磷的速率为：（1）若，则[P]在钢水中的传质为限制性环节。当LP很大，（2）若，则（P2O5）在渣中的传质为限制性环节。

分析：（1）迅速造成高碱度、高氧化性、低粘度的熔渣，使脱磷的热力学条件改善，从而使LP升高。使