钢铁生产中的脱磷ppt课件.ppt

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1、钢铁生产中的脱磷1提纲磷在钢中的危害脱磷反应转炉脱磷工艺铁水预处理脱磷工艺钢水炉外脱磷工艺2磷在钢中的危害杂质与钢水的纯净度磷对钢材韧性的危害磷对钢材低温冲击韧性的危害磷在晶界偏析对钢材的危害磷对钢材断裂韧性的危害不同钢种对磷含量的要求3杂质与钢水的纯净度钢中杂质对钢材性能有多种影响。钢种用处不同，对钢材中杂质的要求也有很大差别，通常钢中杂质可分为两大类：（1）表面活性杂质：O、P、S、As、Se、Sb、Te等。（2）间隙型杂质：H、C、N、O、(B)从元素周期表看，表面活性杂质是周期表中Vb和VIb族元素，此类元素容易在晶界或异向界面上偏析聚集，造成钢的脆化，其偏析程度有时可达到平均浓度

2、几千倍。间隙型夹杂在铁结晶间的原子间隙内运动，在400℃以下的低温区域危害极大。4杂质与钢水的纯净度杂质元素是钢材发生各种裂纹和脆性的根源，提高钢的洁净度对改善材质和提高加工性能极为有效。表给出钢中杂质对钢材造成的缺陷及对性能的影响。磷作为表面活性杂质易在晶界偏析，造成低温脆性，降低钢材韧性。5杂质元素对钢材性能的影响钢中杂质元素即使在很低的浓度下，因偏析和在晶界析出或在原子间游动，可以改变钢材性能，降低钢材的质量。杂质元素对钢材的性能影响主要包括强度、塑性、耐蚀性等，如表所示。6杂质元素对钢材性能的影响下两表给出钢中不同杂质元素对钢材性能的影响。从表中可以看出，磷的危害是：降低钢材的韧性

3、降低钢材的热变形性降低钢材的浇铸性同时，磷可以提高钢材的强度，提高钢材的耐磨性和抗腐蚀能力。7磷对钢材韧性的危害磷使钢变脆，可以提高钢的抗拉强度，但使韧性降低。如建筑用钢磷含量从0.02%降到0.005%，性能会进一步改善。磷从0.014%降到0.002%，转变温度可下降40K。8磷对钢材低温冲击韧性的危害磷直接影响钢的脆性转变温度，例如：STE690钢，当磷含量从0.017%降到0.006%时，转变温度下降25K。因此，寒冷地区用的高强度钢材对磷含量要求特别严格。9磷在晶界偏析对钢材的危害磷是表面活性杂质，易在晶界上偏析引起裂纹。磷在晶界的偏析度随回火温度的升高而降低；随磷含量的增加而上

4、升；随着晶界中磷含量的增加，钢材脆性转变温度线性提高；提高钢中Ti含量可以减轻甚至消除晶界上磷的偏析，抑制磷的危害。10磷对钢材断裂韧性的危害高强钢或超高强钢的一种重要的失效方式—低应力脆性破断。这种失效，是在施于材料上的载荷小于σs或许用应力时，由材料内裂纹逐步扩展造成的。许多因素会影响钢的断裂韧性，其中磷是引起冷脆的元素，其含量每增加0.01%会使钢材临界脆化温度上升7~10K，并使钢材的冲击值显著降低。产生这种影响的原因之一是熔于钢基体中的磷限制了交叉滑移，使钢的塑性变形能力下降所致。11不同用途钢种所允许的杂质含量的上限（%）12钢种、服役条件对钢材纯净度的要求13碳素钢和低合金钢

5、对夹杂物含量和尺寸的要求14特殊钢对夹杂物含量和尺寸的要求15优质管线钢对杂质元素的要求16脱磷反应钢中磷的来源磷在钢中的溶解度脱磷反应热力学炉渣的脱磷能力渣—钢间磷分配系数的计算方法两种脱磷工艺的比较脱磷反应动力学17钢中磷的来源钢中的磷主要来源于矿石。在高炉炼铁过程中，矿石中的磷被还原到铁水中。铁水中的磷含量不仅决定于矿石的含磷量，也决定于高炉渣的组成。右图给出不同成份的高炉渣与铁水磷平衡的条件。从图中可以看出，随着铁的还原，铁水中磷含量逐渐增高。18磷在钢中的溶解度炼钢炉内脱磷反应属于氧化反应，在渣—钢界面上反应生成的P2O5与渣中CaO结合，生成磷酸钙。因此，炼钢脱磷反应又是渣—钢

6、反应。钢中磷的溶解度可以用气体—金属间反应，由下式求出：19磷在钢中的溶解度右图给出不同元素对铁水中磷的活度系数的影响，其中C、Si、S等元素提高磷的活度系数，有利于脱磷；而Cr、Nb、Mn、V、Ti等元素降低磷的活度系数，不利于炼钢脱磷。20脱磷反应热力学炼钢过程的脱磷反应在渣—金属间进行，渣中(CaO)高的碱性操作可以脱磷。据此脱磷反应可以按下式进行：（1）分子论形式的表达式2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5Fe(l)2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5Fe(l)（2）离子形式表达式2[P]+5[O]+3(O2-)=2(PO3-

7、4)脱磷反应平衡常数KP可以简化为：KP=(aP2O5)/([aP]2[aO]5)lgKP=36850/T-29.07渣中磷的活度aP2o5=P2o5NP2o5脱磷的热力学条件：低温高碱度渣高氧化性渣大渣量21炉渣的脱磷能力不同渣系下，渣—钢间磷的平衡分配系数22炉渣的脱磷能力FeO对炉渣脱磷能力的影响23渣—钢间磷分配系数的计算方法K-BOP法中脱磷平衡常数的经验公式（M.Ohnishi）顶底复合吹炼法中脱磷平衡常数