還原脫磷

在鐵水預(yù)處理中用于預(yù)脫磷的各種添加劑的總稱。將脫磷劑以各種方式加入鐵水中或鐵水表面，使之與鐵水中的磷反應(yīng)生成磷的化合物，從而使磷固定在渣中或進(jìn)入氣相以達(dá)到鐵水預(yù)脫磷目的。脫磷反應(yīng)過(guò)程中形成的渣稱為脫磷渣，習(xí)慣上有時(shí)也將添加劑和脫磷反應(yīng)過(guò)程中形成的渣統(tǒng)稱為脫磷劑或脫磷渣。

為將鐵水中的磷去除，必須使之與脫磷劑反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物并從鐵水中分離出來(lái)。根據(jù)不同的脫磷反應(yīng)產(chǎn)物和反應(yīng)過(guò)程中所要求的不同氧位，脫磷劑可以分為氧化脫磷劑和還原脫磷劑兩大類。將鐵水中的磷氧化成氧化物或磷酸根而達(dá)到脫磷目的的脫磷劑稱為氧化脫磷劑;而將鐵水中的磷還原成負(fù)價(jià)化合物而達(dá)到脫磷目的的脫磷劑稱為還原脫磷劑。還原脫磷·劑主要用于鐵合金和合金鋼的脫磷，常用的氧化脫磷劑是由作為氧源的易被還原的氧化劑和作為堿基的堿性氧化物以及助熔劑等組成的復(fù)合脫磷劑，例如蘇打系脫磷劑、石灰系脫磷劑等。常用的還原脫磷劑是鈣或鎂的金屬或合金，例如Ca、CaC₂、CaSi等，常配有適量的CaF₂作為助熔劑。2100433B

對(duì)于碳飽和鐵水的脫磷，從熱力學(xué)條件分析，一方面低溫有利于脫磷反應(yīng)而不利于脫碳反應(yīng)，另一方面鐵液中有大量的碳存在，由于碳磷在鐵水中的相互作用，使磷的活度提高，更增加了脫磷傾向，這表明碳飽和鐵水的脫磷不但是可能的，而且脫磷條件比鋼水脫磷還要優(yōu)越。

鐵水預(yù)脫磷按原理可分為氧化脫磷和還原脫磷，二者中哪個(gè)占主導(dǎo)地位由渣鐵界面的氧勢(shì)決定，氧勢(shì)高時(shí)以氧化脫磷為主，反之以還原脫磷為主(圖2)。鐵水中P以PO43-的形態(tài)進(jìn)入渣中時(shí)稱氧化脫磷，其離子反應(yīng)式為1/2P₂ 3/2O- 5/4O2=PO43-，即渣中磷含量與氧勢(shì)的關(guān)系可用斜率為5/4的直線表示(圖3)。增大氧勢(shì)和渣堿度均有利于該反應(yīng)發(fā)生。鐵水中P以P-的形態(tài)進(jìn)入渣中時(shí)稱還原脫磷，其離子反應(yīng)式為1/2P₂ 3/2O=P 3/4O₂。即渣中磷濃度與氧勢(shì)的關(guān)系可用斜率為-3/4的直線表示(圖3)。增大渣堿度有利于該反應(yīng)發(fā)生，但增大氧勢(shì)不利于反應(yīng)的發(fā)生。

普通鐵水主要用氧化脫磷，而鐵合金脫磷在80年代以前主要考慮用還原脫磷，因?yàn)楹辖鹪氐拇嬖诮档丸F水中磷和氧的活度，另一方面大多數(shù)合金元素與氧的親和力大，優(yōu)先于磷氧化進(jìn)入渣中，降低合金元素收得率，且這些合金元素的氧化物多為高熔點(diǎn)酸性氧化物，使鐵合金脫磷的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件變差。

設(shè)備 鐵水預(yù)脫磷設(shè)備主要有魚(yú)雷車、鐵水罐和轉(zhuǎn)爐式設(shè)備等3種，使用魚(yú)雷車的為多。這是因?yàn)轸~(yú)雷車處理量大，保溫效果較好，但因其形狀原因，反應(yīng)效率較差。圖4是日本新日鐵君津廠魚(yú)雷車脫磷設(shè)備的示意圖。其處理規(guī)模為290t/車，使用可迅速更換的耐火材料噴槍，用N₂作載氣噴吹氧化鐵皮、CaO、CaF、CaCl₂脫磷劑，粉體粒徑在1.0mm以下。

鐵水罐脫磷設(shè)備的最大缺點(diǎn)是易發(fā)生渣鐵噴濺，因而有時(shí)需在罐上部增設(shè)輔助爐體(圖5)。有時(shí)也通過(guò)面吹氧壓渣，同時(shí)增加CO的二次燃燒率以降低處理過(guò)程中的溫降。轉(zhuǎn)爐式設(shè)備也稱H爐設(shè)備，是神戶制鋼將轉(zhuǎn)爐改造成專用于鐵水預(yù)脫磷、脫硫的設(shè)備，形狀類似轉(zhuǎn)爐但處理量較轉(zhuǎn)爐大，內(nèi)襯MgO-C磚，利用出鋼口排渣，可進(jìn)行高固氣比操作，利用同一噴槍可連續(xù)進(jìn)行脫磷、脫硫處理。處理過(guò)程有兩種操作方法，一種是噴吹法，即脫磷劑噴入鐵水，一部分氧化劑從爐頂部加入;一種是脫磷劑部分噴吹，部分頂加。二者均進(jìn)行面吹氧(圖6)。該設(shè)備脫磷的主要特點(diǎn)是反應(yīng)速度快、效率高，在短時(shí)間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫磷脫硫。可用塊狀生石灰、轉(zhuǎn)爐渣等作為CaO源，并用頂加錳礦促進(jìn)脫磷、脫硫反應(yīng)等。

對(duì)高合金鋼脫磷技術(shù)進(jìn)行詳盡理論分析認(rèn)為氧化脫磷的關(guān)鍵是掌握適當(dāng)高的[%C]下利用鉻磷和碳間的競(jìng)爭(zhēng)氧化來(lái)獲得好的指標(biāo)；還原脫磷需要解決Fe—Cr—C—P熔體中Cr與P的活度數(shù)值及渣系選擇。用本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的SELF—SEeM4模型計(jì)算獲得的αcr、αP與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好吻合在高溫和0.2MPa條件下實(shí)測(cè)Ca—CaO—CaF2（CaCl2）二種渣系的αcarca15P和磷容量及Lp；研究表明；隨著渣中Ca活度的增高Lp亦增加，提高熔體的[Cr]和[C]均有利于還原脫磷。 2100433B