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钢材成分P高用什么方法脱P

来源:www.zuowenzhai.com    作者:编辑   日期:2024-06-11
钢铁在炼钢中,P(磷)如何能脱掉了?

钢的脱磷反应 减少钢液中含磷量的化学反应。磷是钢中有害杂质之一。含磷较多的钢,在室温或更低的温度下使用时,容易脆裂,称为冷脆。钢中含碳越高,磷引起的脆性越严重。一般普通钢中规定含磷量不超过 0.045%,优质钢要求含磷更少。生铁中的磷,主要来自铁矿石中的磷酸盐。氧化磷和氧化铁的热力学稳定性相近。在高炉的还原条件下,炉料中的磷几乎全部被还原并溶入铁水。如选矿不能除去磷的化合物,脱磷就只能在(高)炉外或碱性炼钢炉中进行。 铁中脱磷问题的认识和解决,在钢铁生产发展史上具有特殊的重要意义。钢的大规模工业生产开始于1856年贝塞麦(H.Bessemer)发明的酸性转炉炼钢法。但酸性转炉炼钢不能脱磷;而含磷低的铁矿石又很少,严重地阻碍了钢生产的发展。1879年托马斯(S.Thomas)发明了能处理高磷铁水的碱性转炉炼钢法,碱性炉渣的脱磷原理接着被推广到平炉炼钢中去,使大量含磷铁矿石得以用于生产钢铁,对现代钢铁工业的发展作出了重大的贡献。 碱性渣的脱磷作用 脱磷反应是在炉渣与含磷铁水的界面上进行的。钢液中的磷[kg2][P][kg2]和氧[kg2][O][kg2]结合成气态PO的反应: 2[P]+5[O]─→PO[145-1] (1)1600时的平衡常数非常小(=4.4×10),[kg2]要靠生成PO气体逸出而使钢液脱磷,显然是不行的。但如果钢液和碱性渣接触,PO就会与渣中的氧化钙(CaO)结合成稳定的3CaOPO或4CaOPO,总反应是: 2[P]+5[O]+3(CaO)─→(3CaOPO) (2) 1600时,=1.7×10或 2[P]+5[O]+4(CaO)─→(4CaOPO) (3) 1600时,=3.5×10平衡常数如此大,说明碱性渣的脱磷能力是很强的。熔渣离子理论认为:碱性渣中含有自由的氧离子O,它能与PO结合成稳定的PO离子,脱磷反应是: 2[P]+5[O]+3(O)─→2(PO) (4)不管是分子理论或离子理论,但是有一个重要的事实是:3CaOPO4CaOPO和PO都有很高的热力学稳定性。根据熔渣阴离子聚合模型(见马松模型),PO还能与渣中的硅-氧链结构形成SiPO、SiPO、SiPO等稳定的复合阴离子。 渣量、FeO含量、温度对脱磷的影响 增大渣量,或将含磷多的炉渣放出,另造新的碱性渣,都是使钢液有效脱磷的措施。渣中含有足够量的 FeO不仅可以向钢液传送氧,还能使加入炉内的固体石灰更快地溶入渣中,使渣中自由的O离子增多,从而提高熔渣的脱磷能力。脱磷是放热反应,温度较低有利于反应的进行。 各种炼钢方法脱磷的特点 在平炉炼钢及电弧炉炼钢氧化期中,渣中含有足够数量的 FeO;在氧气顶吹转炉炼钢中,调节氧枪位置高低也可保持渣中含有一定量的 FeO,在脱碳的同时也可以脱磷。但在空气底吹转炉炼钢(托马斯法)时,脱磷与脱碳不能同步进行。其主要原因是:空气穿过钢水时,其中的氧被硅、锰、碳的氧化所消耗殆尽,渣中缺乏足够量的FeO,加入的固体石灰也很少溶入渣内,渣的脱磷能力很差。只有待吹炼后期,钢中碳降到很低时,渣中FeO含量增大,使固体石灰迅速溶解入渣后,才能有效地脱磷。这称为后吹去磷。氧气底吹转炉炼钢也有类似的情况,主要靠后吹去磷。为避免后吹,可用吹入石灰粉或人造合成渣的办法以加速石灰的溶解,提早去磷。 回磷及防止方法 脱磷反应速度甚快,容易接近平衡。在钢水脱氧时,温度较高,如果渣中CaO含量不够高,加入脱氧剂后,钢中溶解的氧减少,这些不利于脱磷的条件凑在一起,会使去磷反应的平衡向反方向转移,钢中含磷回升。这种现象称为回磷。在氧气顶吹转炉炼钢中,如果枪位过低、渣中FeO少,也会使渣趋于回磷。为减少回磷,应尽可能在出钢时使渣量减少,并在渣中加入石灰,使渣变稠。电炉炼钢在氧化期结束时,要尽可能地将含磷的氧化性渣排出炉外,以防止还原期回磷。

元素S,也就是元素硫,在钢材中能提高钢的切削加工性能,在易切削钢中硫作为有益元素加入。在滚珠轴承钢中,硫化物在一定范围内表现出有益作用从[S]%从0.0008%增至0.013%~0.018%,可显著随着硫的增加可显著改善疲劳性能。
对于元素P,也就是元素磷,在常规钢种中,磷是一种有害的杂质元素,但是对于耐候钢而言,磷则是一种有用元素,当耐候钢中的磷含量处于0.04~0.15 %之间,P和 Cu同时加入钢中,可以使内锈层分带明显,更有利于提高钢的耐蚀性。

通过飞秒检测发现对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷含量高会引起钢的“冷脆”,降低钢的塑性和冲击韧性,并使钢的焊接性能与冷弯性能变差,磷对钢的这种影响常随着氧、氮含量的增高而加剧,且在钢坯中偏析仅次于硫,很难消除。所以脱磷是炼钢过程中重要任务之一。炼钢过程脱磷反应方程式:2[P]+4(CaO)+5(FeO)=(4CaO.P2O5)+5[Fe]放热Ks=W(CaO.P2O5)/(W4(CaO)W5(FeO).W2[P])脱磷反应的热力学条件:降低(4CaO.P2O5)含量、提高[P]、(CaO)及(FeO)的含量、降低温度有利于脱磷反应的进行。脱磷反应的动力学条件:提高温度和加强搅拌有利于脱磷反应的进行。综合上述条件,在炼钢过程中脱磷的有利条件主要有以下几方面:
(1)降低熔池温度有利于脱磷反应进行,由于脱磷反应是放热反应,降低温度有利于反应进行,但温度太低不利于灰的熔化,因此要综合考虑熔池温度控制。
(2)提高炉渣碱度,增加炉渣中CaO含量,有利于脱磷反应,但炉渣碱度太高,炉渣不易熔化,因此控制好合理的炉渣碱度有利于脱磷反应的进行。
(3)增大渣量,降低炉渣中(4CaO.P2O5)的浓度,有利于脱磷反应的进行。
(4)提高炉渣的氧化性,提高(FeO)含量有利于脱磷反应的进行。
(5)加强熔池搅拌,有利于脱磷反应进行


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(编辑:羿豪林)
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