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還原性脫磷發展現狀

發布日期:2018-05-23 作者: 點擊:

  磷在鋼鐵中,尤其在不鏽鋼中是危害性最大的元素之一,它不但加劇了不鏽鋼的成分偏析,而且對不鏽鋼的抗點腐蝕、抗應力腐蝕以及焊接性能等均產生十分不利的影響。降低不鏽鋼中的含磷量一直是冶金工作者關心的問題。直到現在,這個問題並沒有很好的解決,仍然是精煉技術上最大的研究課題。目前,不鏽鋼冶煉主要采用電弧爐返回吹氧法和爐外精煉法。鋼料一次又一次循環使用,使鋼中的磷越來越富集。再加上鉻鐵等的加入帶進部分磷,鋼液很容易出現磷含量超過標準的現象。因此,不鏽鋼的脫磷問題越來越顯得很突出。

  鈣合金

  研究開發中的不鏽鋼脫磷技術大體可分為2類,即氧化脫磷和還原脫磷。氧化脫磷過程需要BaO基或CaO 基的堿性渣,而還原脫磷需要Ca 或鈣合金。無論是哪條路線,其核心問題是在保鉻的條件下最大限度地去除鋼中的磷。但由於現代工業所需的合金鋼含有很高的合金成分,如鉻、錳等,若對這樣的高合金鋼采用氧化法脫磷,就會在去磷的同時將大量的合金元素氧化掉;另一方麵,鐵合金中磷一向很難去除,鈣合金特別是那些在還原條件下生產的鐵合金,而近年來低磷鋼和超低磷鋼的生產對鐵合金中的磷含量要求越來越嚴格。因此,人們希望研究出一種在還原條件下有效的脫磷方法,達到保鉻去磷的目的。煉鋼過程中,鋼水中磷進入爐渣有兩種方式,即氧化脫磷和還原脫磷。當體係氧勢低於臨界值,磷元素將主要以P3- 形式進入爐渣(還原脫磷),並且體係氧勢越低該過程越易進行。人們最常用來做還原脫磷劑的是金屬鈣和鈣合金(包括碳化鈣、矽鈣合金),另外還有鋁-鎂、鈣-鋁合金。

  

  實驗表明,用鈣基渣係在還原性氣氛下脫磷可以達到這一目的。而且還原脫磷法可以使鋼鐵企業采用含磷較高、價格低廉的軟鐵和返回料作原料,而且大大提高合金的收得率,從而降低煉鋼成本。因此,還原脫磷法更具有研究意義和經濟價值。

  

  各種因素對脫磷率的影響

  

  脫磷率與鋼液的碳含量有密切的關係。例如,用Ca 脫磷時,碳高會促進反應,從而快速消耗金屬鈣,導致脫磷率的降低,用CaC2 作脫磷劑時,若碳高,CaC2 則分解不充分,減少了分解的金屬鈣,影響了脫磷的效果,所以,鋼液中的碳含量低能加快脫磷反應的進行。還原脫磷時也必須考慮鋼中氧含量對脫磷的影響,因為鋼中氧直接影響(Ca)的利用率。而獲得>50%的條件是:aC<0.92 和aO<4×10-4。從理論上說,還原脫磷中的鉻不與金屬鈣化合,不參加反應,所以鋼液中的鉻應該沒有損耗。但實際上,鉻含量會影響脫磷率。研究表明,鉻含量影響脫磷率的原因在於它對碳活度的影響。用金屬鈣脫磷時,溫度越低,脫磷率越高。用CaC2 脫磷時,高溫脫磷速度快、低溫時則相反。但是,從總的結果來看,溫度對脫磷率影響不大。因此在實際生產中考慮到總的經濟效益,一般對溫度可不做特殊要求(純鈣脫磷除外)。用不同材質的坩堝進行還原脫磷實驗時發現,實驗條件相同的情況下用石墨增碳幾乎不能脫磷;用Al2O3 坩鍋,脫磷率較低;在MgO 和CaO 及白雲石坩堝中脫磷率較高。作為助熔劑的CaF2 不僅價格便宜,而且熔點較低,易與其它成分形成低熔點化合物,便於造渣;能溶解脫磷劑Ca,CaC2,降低鈣的蒸氣壓,減少其揮發損失;降低磷化鈣的活度,促使脫磷反應順利進行,因此應用較廣泛。但是在噴粉脫磷時,由於動力學條件好,反應麵增大,所以渣中CaF2 的作用就不明顯了。

  

  隨著廢鋼的循環使用,鋼中的磷因無法利用氧化法有效地脫除而愈聚愈多,從而造成市場上有些不鏽鋼返回料的磷含量高達0.047~0.087%。因此,深入研究、改進和發展不鏽鋼脫磷的方法成了日益緊迫的問題。

  

  隨著合金中Mn,Cr 等合金元素的增加,磷的活度降低,合金的熔點升高,致使氧化脫磷幾乎不能進行,尤其是在真空感應爐裏中性或還原性氣氛下,冶煉不鏽鋼、高溫合金等特殊合金隻能采用還原脫磷法。SiCa-CaF2 法是唯一在工業規模上有少量應用的還原脫磷法,而且氧化脫除增加的矽比較容易。Ca-Al,、A1-Mg 還原脫磷法相對來說操作工藝簡單,脫磷率略有提高,可以應用在A1、Mg 作為有益元素而存在的鋼種的冶煉中。

  

  還原脫磷法雖然存在脫磷產物難以處理、易汙染環境、前後工序複雜和對設備要求高等缺陷,但是由於還原脫磷法不損失昂貴的合金元素(如Cr, Mn等),脫磷率高,所以還原脫磷法可以使鋼鐵企業采用含磷較高、價格低廉的軟鐵和返回料作原料,而且大大提高合金的收得率,從而降低煉鋼成本。因此,還原脫磷法更具有研究意義和經濟價值。


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