鋼的脫磷反應(yīng)

鐵中脫磷問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和解決，在鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展史上具有特殊的重要意義。鋼的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始于1856年貝塞麥(H.Bessemer)發(fā)明的酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法。但酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼不能脫磷;而含磷低的鐵礦石又很少，嚴(yán)重地阻礙了鋼生產(chǎn)的發(fā)展。1879年托馬斯(S.Thomas)發(fā)明了能處理高磷鐵水的堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，堿性爐渣的脫磷原理接著被推廣到平爐煉鋼中去，使大量含磷鐵礦石得以用于生產(chǎn)鋼鐵，對(duì)現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的發(fā)展作出了重大的貢獻(xiàn)。

堿性渣的脫磷作用 脫磷反應(yīng)是在爐渣與含磷鐵水的界面上進(jìn)行的。鋼液中的磷 【P】和氧 【O】結(jié)合成氣態(tài)PO的反應(yīng):

1600℃時(shí)的平衡常數(shù)非常小(=4.4×10),要靠生成PO氣體逸出而使鋼液脫磷，顯然是不行的。但如果鋼液和堿性渣接觸,PO就會(huì)與渣中的氧化鈣(CaO)結(jié)合成穩(wěn)定的3CaO·PO或4CaO·PO，總反應(yīng)是:

1600℃時(shí)，=3.5×10平衡常數(shù)如此大，說(shuō)明堿性渣的脫磷能力是很強(qiáng)的。熔渣離子理論認(rèn)為:堿性渣中含有自由的氧離子O，它能與PO結(jié)合成穩(wěn)定的PO婯離子，脫磷反應(yīng)是:

不管是分子理論或離子理論，但是有一個(gè)重要的事實(shí)是:3CaO·PO、4CaO·PO和PO婯都有很高的熱力學(xué)穩(wěn)定性。根據(jù)熔渣陰離子聚合模型(見(jiàn)馬松模型)，PO婯還能與渣中的硅-氧鏈結(jié)構(gòu)形成SiPO叅、SiPO咱、SiPO喐等穩(wěn)定的復(fù)合陰離子。

渣量、FeO含量、溫度對(duì)脫磷的影響 增大渣量，或?qū)⒑锥嗟臓t渣放出，另造新的堿性渣，都是使鋼液有效脫磷的措施。渣中含有足夠量的 FeO不僅可以向鋼液傳送氧，還能使加入爐內(nèi)的固體石灰更快地溶入渣中，使渣中自由的O離子增多，從而提高熔渣的脫磷能力。脫磷是放熱反應(yīng)，溫度較低有利于反應(yīng)的進(jìn)行。

各種煉鋼方法脫磷的特點(diǎn) 在平爐煉鋼及電弧爐煉鋼氧化期中，渣中含有足夠數(shù)量的 FeO;在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中，調(diào)節(jié)氧槍位置高低也可保持渣中含有一定量的 FeO，在脫碳的同時(shí)也可以脫磷。但在空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼(托馬斯法)時(shí)，脫磷與脫碳不能同步進(jìn)行。其主要原因是:空氣穿過(guò)鋼水時(shí)，其中的氧被硅、錳、碳的氧化所消耗殆盡，渣中缺乏足夠量的FeO,加入的固體石灰也很少溶入渣內(nèi)，渣的脫磷能力很差。只有待吹煉后期，鋼中碳降到很低時(shí)，渣中FeO含量增大,使固體石灰迅速溶解入渣后，才能有效地脫磷。這稱為"后吹"去磷。氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼也有類似的情況，主要靠后吹去磷。為避免后吹，可用吹入石灰粉或人造合成渣的辦法以加速石灰的溶解，提早去磷。

回磷及防止方法 脫磷反應(yīng)速度甚快，容易接近平衡。在鋼水脫氧時(shí)，溫度較高,如果渣中CaO含量不夠高，加入脫氧劑后，鋼中溶解的氧減少，這些不利于脫磷的條件湊在一起，會(huì)使去磷反應(yīng)的平衡向反方向轉(zhuǎn)移，鋼中含磷回升。這種現(xiàn)象稱為"回磷"。在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中，如果槍位過(guò)低、渣中FeO少,也會(huì)使渣趨于回磷。為減少回磷，應(yīng)盡可能在出鋼時(shí)使渣量減少，并在渣中加入石灰，使渣變稠。電爐煉鋼在氧化期結(jié)束時(shí)，要盡可能地將含磷的氧化性渣排出爐外，以防止還原期回磷。