转炉深脱磷反应机理.doc

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1、转炉深脱磷机理：1.转炉脱磷热力学分析1.1气体与金属间的反应磷的气体与钢水的反应可用下式表示：1/2P2(g)=[P]Lg(ap/ppc)=8240/T-0.2ΔG=-+5．4Tep=0．054式中，钢水中磷的浓度用质量分数表示，磷的活度基准取亨利定律，由此可知钢水中的磷对于亨利定律呈正偏差。1.2熔渣与钢水之间的反应高炉冶炼过程是不能脱磷的，矿石中的磷几乎全部进入生铁，致使生铁的含磷量有时高达0．1—2．0％。生铁中的磷主要是在炼钢时氧化作用下去除。磷和氧的亲和力虽比铁和氧的亲和力大，但在炼钢温度下，铁液的磷不能仅依

2、靠氧化的作用除去，因为氧化生成的P205气态（[P]+5[O]=P205(g))。可是，当有碱性氧化物出现时，磷氧化形成的P205能与之结合，成为稳定的磷酸盐的标准生成焙(2[P]+5[0]+3(MO)=M3P208(s))，可以大致估计它们的稳定性。在炼钢的熔渣制度下，FeO和CaO是生成稳定磷酸鼎的最主要的氧化物。氧化铁的脱磷反应为：2[P]+8(FeO)=3FeO·P205(s)+5[Fe]或2[P]+8[O]+3[Fe]=3FeO·P205(s)LgK=Lg（1/[%P]^2[%O]^8）=84200/T-31.

3、1但是，磷酸铁只能在较低的温度(1400-1500。C)下才能稳定存在。在温度升高时，熔渣碱度提高，3FeO·P205可转变为较稳定的3CaO·P205(或4CaO·P205)。所以脱磷主要是依靠磷酸钙的形成。（1）分子理论的脱磷反应脱磷反应是界面反应，由下列反应组成5(FeO)=5[O]+5[Fe]2[P]+5[0]=(P205)(P205)+4(CaO)=(4CaO·P205)综合得：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=4CaO·P205+5[Fe]LgK=Lg（a(4Ca0·P205)/[%P]^2aFeO^5·

4、aCaO^4）=40067/T-15.06式中：K------------------脱磷反应的化学平衡常数：T------------------钢水温度。由上式计算的K值如下：T℃140015001600K7.8×10^83.5×10^72.1×10^6可见，随温度升高，K值显著减小，因为ΔH°=-384KJ/mol,以上反应是强放热的。由于熔渣中4CaO·P205的浓度很低故式(5)中的a4caOP205可代之以X4CaO·P205或XP205，NN4CaO·P205与P205的摩尔分数相同：aFeO可由Ca0-S

5、i02-FeO渣_系的FeO活度曲线查出。aCaO=XCaO=ΣXCaO-2XSiO2-4XP205-XFe3O4于是，磷的分配比可用下式表示：Lp=w(P）%/w[%P]^2%从而可得出脱磷的条件：Lp越大说明脱磷能力越强，脱磷越完全。影响脱磷反应的因素主要是炼钢熔池温度，炉渣成分和金属液的成分。（1）炼钢温度的影响。脱磷反应是强烈放热反应，如熔池温度降低，脱磷反应的平衡常数Kp增大，Lp增大，因此从热力学观点，低温脱磷比较有利。但是低温不利获得流动性良好的高碱度炉渣，因此，熔池温度必须适当，才能获得最好的脱磷效果。（

6、2）炉渣成分的影响。主要表现为炉渣碱度和炉渣氧化性的影响。P2O5属于酸性氧化物，CaO,MeO等碱性氧化物降低它的活度，碱度越高，渣中CaO的有效浓度越高，Kp越大，脱磷越完全。但是，碱度并非越高越好，加入过多的石灰，化渣不好，炉渣变黏，影响流动性，对脱磷反而不利。（3）熔渣中（FeO）含量对脱磷反应具有重要作用，渣中（FeO）是脱磷的首要因素。因而磷首先氧化生成P2O5，然后再与CaO作用生成3CaO·P2O5或4CaO·P2O5。作为磷的氧化剂，（FeO）可增大aFeO，而作为碱性氧化物可降低γP205，因此，随着

7、炉渣（FeO）含量增加，Lp增大，促进了脱磷，但作为炉渣中的碱性氧化物，（FeO）脱磷能力远不及（CaO）的浓度，这样会使炉渣的脱磷能力下降。（1）金属成分的影响。首先钢液中应有较高的[O]，如果钢液中[Si][Mn][Cr][C]含量高，则不利于脱磷，因此，只有与氧结合能力高的元素含量降低时，脱磷才能顺利进行。此外，钢液中各元素含量对[P]的活度有影响，但通常影响不太大。总之，脱磷的条件为：高碱度，高（FeO）含量（氧化性），良好的流动性熔渣，充分的熔池搅动适当较低的温度和大渣量。除此之外，要保证钢液脱磷效果，还必须防

8、止回磷现象。所谓回磷现象，就是磷从熔渣中又返回到钢液中。成品钢中磷含量高于终点磷含量也属于回磷现象。熔渣的碱度或氧化亚铁含量较低，或石灰化渣不好，或温度过高等，均会引起回磷现象。出钢过程中，由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，也会导致成品钢中磷高于终点[P]含量。由于脱氧，炉渣碱度，（FeO）