钢铁冶金原理第五章-钢铁冶金原理-脱磷剖析课件.ppt

1、52225223332OPSiOCaOSiOOPCaOCOPCOP10410252 gCOPSiOCaOCSiOOPCaO10423103322252P在地壳中的存在形态：磷灰石：在地壳中的存在形态：磷灰石：Ca5(F,Cl)(PO4)3，磷铁矿：，磷铁矿：Fe(PO4).2H2O，磷铝矿：，磷铝矿：Al(PO4).2H2O，独居石：，独居石：Ce(PO4)等磷酸盐的形态存在，约占地壳总重量的等磷酸盐的形态存在，约占地壳总重量的0.12%。5.1 磷在冶金中的行为磷在冶金中的行为高炉冶炼过程中高炉冶炼过程中P来自矿石及熔剂带入的磷酸盐，这些磷酸来自矿石及熔剂带入的磷酸盐，这些磷酸盐在有盐在有S

2、iO2及及C存在的条件下，很容易发生还原，几乎全部存在的条件下，很容易发生还原，几乎全部还原进入生铁中。生铁含还原进入生铁中。生铁含P高达高达0.1%-2.0%，炼铁过程控制，炼铁过程控制P的唯一办法就是控制原料中的的唯一办法就是控制原料中的P含量。含量。P是钢液中的有害元素，在炼钢过程中，尽可能除去是钢液中的有害元素，在炼钢过程中，尽可能除去P。P溶于溶于铁液中放出大量的热，形成铁液中放出大量的热，形成Fe2P、Fe3P，说明，说明P、Fe原子有较原子有较强的亲和力，在固态铁中形成置换固溶体。强的亲和力，在固态铁中形成置换固溶体。P在在-Fe中的溶解中的溶解度度0.5%，在，在-Fe中的溶解

3、度中的溶解度2.8%。P会使钢的强度、硬度增大，会使钢的强度、硬度增大，塑性、韧性变坏，钢水凝固时，塑性、韧性变坏，钢水凝固时，P原子富集在晶界处，使钢产原子富集在晶界处，使钢产生冷脆，从室温降到生冷脆，从室温降到0以下时，产生脆裂。以下时，产生脆裂。普通钢普通钢P0.045%，优质钢，优质钢P0.03%，高级优质钢高级优质钢P0.025%，低低P钢钢P：0.008%-0.015%。钢材含钢材含P要求：要求：钢水中的钢水中的P与与C也存在选择氧化的问题，低温下也存在选择氧化的问题，低温下P先先氧化，形成氧化，形成3FeO.P2O5。如平炉熔化期。如平炉熔化期P可氧化可氧化80-90%，但在碱性

4、底吹转炉中，由于大量但在碱性底吹转炉中，由于大量C的氧化，使熔池中的氧化，使熔池中(%FeO)很低，石灰难熔，只有很低，石灰难熔，只有C大量氧化后，渣中大量氧化后，渣中(%FeO)(%CaO)P才开始大量氧化，在氧气顶吹转才开始大量氧化，在氧气顶吹转炉中，由于渣中炉中，由于渣中(%FeO)一直较高，石灰熔化快，一直较高，石灰熔化快，C、P一一起氧化。起氧化。5.2 磷氧化去除的条件磷氧化去除的条件5.2.1 炼钢过程中炼钢过程中P的氧化反应的氧化反应 gOPOP5222541034.8902651859molTJG gOPOP52521071.532742032molTJG FeOPFeOFe

5、OP5382521046.245413575molTJG 523382OPFeOFeOP1047.5951612177molJG（1）（2）（3）（4）52OP523OPFeO52OP5252252523333OPBaOOPSiOOPCaOOPMgO在炼钢温度下气态的在炼钢温度下气态的不稳定，不能形成，脱不稳定，不能形成，脱P反应主要以反应主要以（3）、（）、（4）反应进行，但）反应进行，但还原到钢水中，发生还原到钢水中，发生“回回P”现象。因此需要加入强碱性的氧化现象。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。物作为脱氧剂形成稳定的磷酸盐。稳定性：稳定性：不稳定，高温下易分解，使

6、不稳定，高温下易分解，使5.2.2 脱脱P反应的热力学反应的热力学524OPCaO523OPCaO524OPCaO523OPCaO524OPCaO 524452OPCaOCaOOP01338600 142.05()GT J mol05.3174000lgTK46.8lg1873K用用CaO脱脱P可形成可形成2种产物：种产物：2083K的同分熔点化合物的同分熔点化合物：1983K的异分熔点化合物。因而高温下的异分熔点化合物。因而高温下更稳定，一般认为碱性炼钢渣下的脱磷产物为更稳定，一般认为碱性炼钢渣下的脱磷产物为，有时也可，有时也可，因它们的稳定性接近。，因它们的稳定性接近。，1、CaO脱脱P：

7、523352OPCaOCaOOP01343000 143.35()GT J mol33.3174970lgTK70.8lg1873K ，523OPCaO524OPCaO说明形成产物说明形成产物和和平衡常数基本一致，稳定性相近。平衡常数基本一致，稳定性相近。写成写成 523352OPMgOMgOOP01284600 142.45()GT J mol 14.3162210lgTK07.2lgMgOK70.8lgCaOK4(%)5 10(%)CaOMgO MgO%2、MgO脱脱P：1600时，时，两者相比两者相比CaO的脱的脱P能力大于能力大于MgO。两者相差两者相差34个数量级，当然这是热力学分析

8、，但从动力学角度考个数量级，当然这是热力学分析，但从动力学角度考虑，虑，可加速石灰石的熔化，从而加速脱，可加速石灰石的熔化，从而加速脱P。在在1600时，计算得：时，计算得：平衡浓度5.2.3 氧化脱氧化脱P反应的平衡研究反应的平衡研究 2525(FeO)445PCaOCaO POFe25425440067lglg15.06%CaO P OPFeOCaOaKTPaa524OPCaO52525244OPOPCaOOPCaOXXaP%PaP%45245244524%525252CaOFeOOPCaOFeOOPCaOCaOFeOPOPCaOPaaPXaaPXaaaaK452%52CaOFeOPOPP

9、aaKPXL渣中渣中浓度很低，可视为稀溶液，以假象纯物质为标准态：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，以的浓度很低，可视为稀溶液，以1%为标准态：为标准态：故：故：钢液中钢液中PPLKTmolkJH,3841PL（1）脱磷反应为强放热反应，）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保持较高的脱磷（2）炉渣成分的影响：）炉渣成分的影响：脱磷反应的热力学分析：脱磷反应的热力学分析：。温度，通过改善其他条件使温度，通过改善其他条件使PLR；FeOPRaL ；一般炼钢渣中，一

10、般炼钢渣中，0.35.2R,1814%：适宜的碱度Feo PPLfCSSiNO、PLRSiOSi2%PPLfCrNiMn、PfPLMnOMn%25P%P OL渣量稀释作用，采用多次换渣操作(3)金属成分的影响：金属成分的影响：但但；对对无影响，但无影响，但(4)渣量的影响：渣量的影响：；5.3.1 氧化脱氧化脱P反应的机理反应的机理5.3 氧化脱氧化脱P反应动力学反应动力学 在实际生产过程中，炉渣与金属液间的脱在实际生产过程中，炉渣与金属液间的脱P反应容易达到平衡，反应容易达到平衡，当温度与熔渣组成变化时，容易引起回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，也说明了这一点。脱P

11、反反应在钢应在钢-渣界面上进行，渣界面上进行，P、O均是钢水中的表面活性物质，易在均是钢水中的表面活性物质，易在钢水表面富集，使渣钢水表面富集，使渣-钢界面张力降低。富集于界面上的钢界面张力降低。富集于界面上的P、O结结合为合为(PO43-)而向渣中传质。而向渣中传质。由炉气向金属液供氧：由炉气向金属液供氧：O2(FeO)O；P、O向钢向钢-渣界面传质；渣界面传质；界面化学反应界面化学反应P+O=(PO43-)；(PO43-)由界面向渣中传质。由界面向渣中传质。机理：机理：13103.447.0scmks13109.103.3scmkm 25%/mPPmSPPdPPOkLvPdkkLL mPm

12、VAk5252OPPmsmOPsMMVAk 生产实践表明，脱磷速度很快，在转炉中后期已达到平衡，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，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在在CaOSiO2FeO系炉渣中和金属液中的传质系数分别为：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（因此可以认为渣中（PO43-）或（）或（P2O5）的传质为过程的限制）的传质为过程的限制性环节。性环节。式中式中:；5.3.2 氧化脱磷反应速率氧化脱磷反应速率 当认为当认为P在渣及金属液中的传质为混合限制环节时，据双在渣及金

13、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：膜理论分析脱磷的速率为：PsmLkkPmPLOPPkv52%PkvmP%PsmLkk52%OPLPkvPsP（1）若）若，则，则P在钢水中的传质为限制性环节。在钢水中的传质为限制性环节。当当LP很大，很大，（2）若）若，则（，则（P2O5）在渣中的传质为限制性环节。）在渣中的传质为限制性环节。分析：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）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，从而使学条件改善，从而使LP升高。使升高。使 适当。适当。CaOFeO%（3）熔渣适当泡沫化，加强对熔池搅拌时）熔渣适当泡沫化，加强对熔池搅拌时vP增加。如保持适当增加。如保持适当的枪位，增加底吹或侧吹气体进行搅拌等。的枪位，增加底吹或侧吹气体进行搅拌等。加速脱磷的因素：加速脱磷的因素：（2）增大）增大km、ks与钢渣的界面积与钢渣的界面积A/Vm，氧气顶吹转炉形成的熔，氧气顶吹转炉形成的熔池沸腾时池沸腾时vP增加。增加。