鋼鐵冶金原理第五章-鋼鐵冶金原理-脫磷剖析課件

第五章磷的脫除

(P513-524)P在地殼中的存在形態(tài)：磷灰石：Ca5(F,Cl)(PO4)3，磷鐵礦：Fe(PO4).2H2O，磷鋁礦：Al(PO4).2H2O，獨居石：Ce(PO4)等磷酸鹽的形態(tài)存在，約占地殼總重量的0.12%?！?.1磷在冶金中的行為高爐冶煉過程中P來自礦石及熔劑帶入的磷酸鹽，這些磷酸鹽在有SiO2及C存在的條件下，很容易發(fā)生還原，幾乎全部還原進入生鐵中。生鐵含P高達0.1%-2.0%，煉鐵過程控制P的唯一辦法就是控制原料中的P含量。P是鋼液中的有害元素，在煉鋼過程中，盡可能除去P。P溶于鐵液中放出大量的熱，形成Fe2P、Fe3P，說明P、Fe原子有較強的親和力，在固態(tài)鐵中形成置換固溶體。P在γ-Fe中的溶解度0.5%，在α-Fe中的溶解度2.8%。P會使鋼的強度、硬度增大，塑性、韌性變壞，鋼水凝固時，P原子富集在晶界處，使鋼產(chǎn)生冷脆，從室溫降到0℃以下時，產(chǎn)生脆裂。普通鋼[P]≤0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼[P]≤0.03%，高級優(yōu)質(zhì)鋼[P]≤0.025%，低P鋼[P]：0.008%-0.015%。鋼材含[P]要求：

鋼水中的P與C也存在選擇氧化的問題，低溫下P先氧化，形成3FeO.P2O5。如平爐熔化期P可氧化80-90%，但在堿性底吹轉(zhuǎn)爐中，由于大量C的氧化，使熔池中(%FeO)很低，石灰難熔，只有C大量氧化后，渣中(%FeO)↑→(%CaO)↑→P才開始大量氧化，在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中，由于渣中(%FeO)一直較高，石灰熔化快，C、P一起氧化?！?.2磷氧化去除的條件§5.2.1煉鋼過程中P的氧化反應(yīng)

（1）（2）

（3）

（4）

在煉鋼溫度下氣態(tài)的不穩(wěn)定，不能形成，脫P反應(yīng)主要以

（3）、（4）反應(yīng)進行，但還原到鋼水中，發(fā)生“回P”現(xiàn)象。因此需要加入強堿性的氧化物作為脫氧劑形成穩(wěn)定的磷酸鹽。穩(wěn)定性：不穩(wěn)定，高溫下易分解，使§5.2.2脫P反應(yīng)的熱力學(xué)用CaO脫P可形成2種產(chǎn)物：：2083K的同分熔點化合物：1983K的異分熔點化合物。因而高溫下更穩(wěn)定，一般認(rèn)為堿性煉鋼渣下的脫磷產(chǎn)物為，有時也可，因它們的穩(wěn)定性接近。

，

1、CaO脫P：

，說明形成產(chǎn)物和平衡常數(shù)基本一致，穩(wěn)定性相近。寫成2、MgO脫P：

1600℃時，，兩者相比CaO的脫P能力大于MgO。兩者相差3～4個數(shù)量級，當(dāng)然這是熱力學(xué)分析，但從動力學(xué)角度考慮，，可加速石灰石的熔化，從而加速脫P。在1600℃時，計算得：平衡濃度§5.2.3氧化脫P反應(yīng)的平衡研究渣中濃度很低，可視為稀溶液，以假象純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：的濃度很低，可視為稀溶液，以1%為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：故：鋼液中（1）脫磷反應(yīng)為強放熱反應(yīng)，故低溫有利于脫磷；但在低溫下石灰難于熔化，因而應(yīng)保持較高的脫磷（2）爐渣成分的影響：脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)分析：。溫度，通過改善其他條件使；

；一般煉鋼渣中，(3)金屬成分的影響：但；；對無影響，但(4)渣量的影響：；§5.3.1氧化脫P反應(yīng)的機理§5.3氧化脫P反應(yīng)動力學(xué)在實際生產(chǎn)過程中，爐渣與金屬液間的脫P反應(yīng)容易達到平衡，當(dāng)溫度與熔渣組成變化時，容易引起回P，也說明了這一點。脫P反應(yīng)在鋼-渣界面上進行，[P]、[O]均是鋼水中的表面活性物質(zhì)，易在鋼水表面富集，使渣-鋼界面張力降低。富集于界面上的[P]、[O]結(jié)合為(PO43-)而向渣中傳質(zhì)。⑴由爐氣向金屬液供氧：O2→(FeO)→[O]；⑵[P]、[O]向鋼-渣界面?zhèn)髻|(zhì)；⑶界面化學(xué)反應(yīng)[P]+[O]=(PO43-)；⑷(PO43-)由界面向渣中傳質(zhì)。機理：生產(chǎn)實踐表明，脫磷速度很快，在轉(zhuǎn)爐中后期已達到平衡，同時從渣中向金屬液的傳氧也很快。據(jù)川合和森克等人研究，P在CaO—SiO2—FeO系爐渣中和金屬液中的傳質(zhì)系數(shù)分別為：；因此可以認(rèn)為渣中（PO43-）或（P2O5）的傳質(zhì)為過程的限制性環(huán)節(jié)。式中:；§5.3.2氧化脫磷反應(yīng)速率當(dāng)認(rèn)為P在渣及金屬液中的傳質(zhì)為混合限制環(huán)節(jié)時，據(jù)雙膜理論分析脫磷的速率為：（1）若，則[P]在鋼水中的傳質(zhì)為限制性環(huán)節(jié)。當(dāng)LP很大，（2）若，則（P2O5）在渣中的傳質(zhì)為限制性環(huán)節(jié)。分析：（1）迅速造成高堿度、高氧化性、低粘度的熔渣，使脫磷的熱力學(xué)條件改善，從而使LP升高。使適當(dāng)。（