钢铁冶金原理第五章 钢铁冶金原理 脱磷剖析课件.ppt

第五章 磷的脱除(P513-524),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%。,5.1 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中。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-Fe中的溶解度0.5%，在-Fe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P0.045%，优质钢P0.03%，高级优质钢P0.025%，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。,5.2 磷氧化去除的条件,5.2.1 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）反应进行，但,还原到钢水中，发生“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。,稳定性：,不稳定，高温下易分解，使,5.2.2 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,，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。,写成,2、MgO脱P：,1600时，,，,两者相比CaO的脱P能力大于MgO。,两者相差34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：,平衡浓度,5.2.3 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）脱磷反应为强放热反应，,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,；,；,一般炼钢渣中，,(3)金属成分的影响：,但,；,；,对,无影响，但,(4)渣量的影响：,；,5.3.1 氧化脱P反应的机理,5.3 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、O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、O结合为(PO43-)而向渣中传质。,由炉气向金属液供氧：O2(FeO)O；P、O向钢-渣界面传质；界面化学反应P+O=(PO43-)；(PO43-)由界面向渣中传质。,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CaOSiO2FeO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:,；,5.3.2 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 适当。,（3）熔渣适当泡沫化，加强对熔池搅拌时vP增加。如保持适当的枪位，增加底吹或侧吹气体进行搅拌等。,加速脱磷的因素：,（2）增大km、ks与钢渣的界面积A/Vm，氧气顶吹转炉形成的熔池沸腾时vP增加。,