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还原性脱磷发展现状

发布日期:2018-05-23 作者: 点击:

  磷在钢铁中,尤其在不锈钢中是危害性最大的元素之一,它不但加剧了不锈钢的成分偏析,而且对不锈钢的抗点腐蚀、抗应力腐蚀以及焊接性能等均产生十分不利的影响。降低不锈钢中的含磷量一直是冶金工作者关心的问题。直到现在,这个问题并没有很好的解决,仍然是精炼技术上最大的研究课题。目前,不锈钢冶炼主要采用电弧炉返回吹氧法和炉外精炼法。钢料一次又一次循环使用,使钢中的磷越来越富集。再加上铬铁等的加入带进部分磷,钢液很容易出现磷含量超过标准的现象。因此,不锈钢的脱磷问题越来越显得很突出。

  钙合金

  研究开发中的不锈钢脱磷技术大体可分为2类,即氧化脱磷和还原脱磷。氧化脱磷过程需要BaO基或CaO 基的碱性渣,而还原脱磷需要Ca 或钙合金。无论是哪条路线,其核心问题是在保铬的条件下最大限度地去除钢中的磷。但由于现代工业所需的合金钢含有很高的合金成分,如铬、锰等,若对这样的高合金钢采用氧化法脱磷,就会在去磷的同时将大量的合金元素氧化掉;另一方面,铁合金中磷一向很难去除,钙合金特别是那些在还原条件下生产的铁合金,而近年来低磷钢和超低磷钢的生产对铁合金中的磷含量要求越来越严格。因此,人们希望研究出一种在还原条件下有效的脱磷方法,达到保铬去磷的目的。炼钢过程中,钢水中磷进入炉渣有两种方式,即氧化脱磷和还原脱磷。当体系氧势低于临界值,磷元素将主要以P3- 形式进入炉渣(还原脱磷),并且体系氧势越低该过程越易进行。人们最常用来做还原脱磷剂的是金属钙和钙合金(包括碳化钙、硅钙合金),另外还有铝-镁、钙-铝合金。

  

  实验表明,用钙基渣系在还原性气氛下脱磷可以达到这一目的。而且还原脱磷法可以使钢铁企业采用含磷较高、价格低廉的软铁和返回料作原料,而且大大提高合金的收得率,从而降低炼钢成本。因此,还原脱磷法更具有研究意义和经济价值。

  

  各种因素对脱磷率的影响

  

  脱磷率与钢液的碳含量有密切的关系。例如,用Ca 脱磷时,碳高会促进反应,从而快速消耗金属钙,导致脱磷率的降低,用CaC2 作脱磷剂时,若碳高,CaC2 则分解不充分,减少了分解的金属钙,影响了脱磷的效果,所以,钢液中的碳含量低能加快脱磷反应的进行。还原脱磷时也必须考虑钢中氧含量对脱磷的影响,因为钢中氧直接影响(Ca)的利用率。而获得>50%的条件是:aC<0.92 和aO<4×10-4。从理论上说,还原脱磷中的铬不与金属钙化合,不参加反应,所以钢液中的铬应该没有损耗。但实际上,铬含量会影响脱磷率。研究表明,铬含量影响脱磷率的原因在于它对碳活度的影响。用金属钙脱磷时,温度越低,脱磷率越高。用CaC2 脱磷时,高温脱磷速度快、低温时则相反。但是,从总的结果来看,温度对脱磷率影响不大。因此在实际生产中考虑到总的经济效益,一般对温度可不做特殊要求(纯钙脱磷除外)。用不同材质的坩埚进行还原脱磷实验时发现,实验条件相同的情况下用石墨增碳几乎不能脱磷;用Al2O3 坩锅,脱磷率较低;在MgO 和CaO 及白云石坩埚中脱磷率较高。作为助熔剂的CaF2 不仅价格便宜,而且熔点较低,易与其它成分形成低熔点化合物,便于造渣;能溶解脱磷剂Ca,CaC2,降低钙的蒸气压,减少其挥发损失;降低磷化钙的活度,促使脱磷反应顺利进行,因此应用较广泛。但是在喷粉脱磷时,由于动力学条件好,反应面增大,所以渣中CaF2 的作用就不明显了。

  

  随着废钢的循环使用,钢中的磷因无法利用氧化法有效地脱除而愈聚愈多,从而造成市场上有些不锈钢返回料的磷含量高达0.047~0.087%。因此,深入研究、改进和发展不锈钢脱磷的方法成了日益紧迫的问题。

  

  随着合金中Mn,Cr 等合金元素的增加,磷的活度降低,合金的熔点升高,致使氧化脱磷几乎不能进行,尤其是在真空感应炉里中性或还原性气氛下,冶炼不锈钢、高温合金等特殊合金只能采用还原脱磷法。SiCa-CaF2 法是唯一在工业规模上有少量应用的还原脱磷法,而且氧化脱除增加的硅比较容易。Ca-Al,、A1-Mg 还原脱磷法相对来说操作工艺简单,脱磷率略有提高,可以应用在A1、Mg 作为有益元素而存在的钢种的冶炼中。

  

  还原脱磷法虽然存在脱磷产物难以处理、易污染环境、前后工序复杂和对设备要求高等缺陷,但是由于还原脱磷法不损失昂贵的合金元素(如Cr, Mn等),脱磷率高,所以还原脱磷法可以使钢铁企业采用含磷较高、价格低廉的软铁和返回料作原料,而且大大提高合金的收得率,从而降低炼钢成本。因此,还原脱磷法更具有研究意义和经济价值。


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