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脱磷剂

2010/5/6 14:43:30 来源:中国钢铁产业网信息中心 编辑:王宝玉

在铁水预处理中用于预脱磷的各种添加剂的总称。将脱磷剂以各种方式加入铁水中或铁水表面,使之与铁水中的磷反应生成磷的化合物,从而使磷固定在渣中或进入气相以达到铁水预脱磷目的。脱磷反应过程中形成的渣称为脱磷渣,习惯上有时也将添加剂和脱磷反应过程中形成的渣统称为脱磷剂或脱磷渣。

为将铁水中的磷去除,必须使之与脱磷剂反应生成稳定的化合物并从铁水中分离出来。根据不同的脱磷反应产物和反应过程中所要求的不同氧位,脱磷剂可以分为氧化脱磷剂和还原脱磷剂两大类。将铁水中的磷氧化成氧化物或磷酸根而达到脱磷目的的脱磷剂称为氧化脱磷剂;而将铁水中的磷还原成负价化合物而达到脱磷目的的脱磷剂称为还原脱磷剂。还原脱磷•剂主要用于铁合金和合金钢的脱磷,常用的氧化脱磷剂是由作为氧源的易被还原的氧化剂和作为碱基的碱性氧化物以及助熔剂等组成的复合脱磷剂,例如苏打系脱磷剂、石灰系脱磷剂等。常用的还原脱磷剂是钙或镁的金属或合金,例如Ca、CaC2、CaSi等,常配有适量的CaF2作为助熔剂。

氧化脱磷剂的性能 从氧化脱磷反应的热力学方面考虑,首先要求脱磷剂具有足够的氧化性,以便将铁水中的磷氧化。由于磷的氧化物呈酸性,且在高温下很不稳定,因此还需要脱磷剂具有足够高的碱度从而把磷固定在渣中。从动力学方面考虑,为加快铁水预脱磷的处理过程,要求加入的脱磷剂能迅速地形成良好的反应动力学条件,这就要求脱磷剂具有良好的熔化性、成渣性及粉剂反应性等。

氧化性 氧化脱磷是将溶解于铁水中的磷氧化成P2O5后固定在渣相中,所以首先要求脱磷剂具有足够的氧化性。通常是在脱磷剂中配加氧化亚铁、氧化铁、铁矿石(粉)、氧化铁皮(或铁鳞)等使脱磷渣中含有一定的FetO来保证其氧化性。在应用喷粉方法的铁水预脱磷处理工艺中,也有通过用空气做载气或喷吹氧气来完成氧化反应的。一般脱磷渣中FetO量为15%左右时其脱磷能力最大。

碱度 脱磷渣最重要的指标,其表达式为渣中碱性氧化物与酸性氧化物含量之比。铁水中磷氧化反应的热力学表明,仅仅把磷氧化成P。O;还不能达到脱磷的目的。这是因为虽然磷的沸点只有864K,但因与铁水中[P]和[O]相平衡的P2O5的分压很低;另外,假定P2O5是液体,并且在渣中是饱和的,即使在铁水中氧也饱和,1300℃时铁水中的磷活度亦达到3.15×104的高额数值。这说明P2O5很不稳定,为将生成的P2O5稳定在渣中,惟一的途径是降低渣中P2O5的活度。而P2O5为酸性氧化物,为此必须使渣相含有足够的碱性氧化物,使之与P2O5生成磷酸盐,从而把磷固定在渣中。渣中的碱性氧化物含量越多渣的碱度就越高。常用的碱度表达式一般为CaO/SiO2,Na2O/SiO2等。故碱性氧化物也就成为构成脱磷剂的最主要的成分。铁水脱磷剂中常用的碱性成分为某些碱金属和碱土金属的氧化物,例如Na2O、CaO等。

熔化性 由于铁水脱磷处理的温度比炼钢过程中脱磷期的温度要低得多,所以要求铁水脱磷剂有较低的熔化温度和较好的熔化性,使脱磷渣在铁水温度下有较好的流动性,以满足脱磷过程反应动力学的要求。即使在采用喷粉脱磷的情况下,由于顶渣对总的脱磷效果有着重要的贡献,也要求脱磷反应生成的渣相具有良好的流动性。这一要求一般通过选择适当的脱磷渣组成以及添加助熔剂等途径来达到。

成渣性 当使用非预熔的脱磷剂进行铁水脱磷处理时,无论是采用喷吹还是顶加的添加方式,脱磷剂的成渣性都对铁水脱磷效果有着重要的影响。为改善脱磷剂的成渣性,加快成渣速度,通常在成渣性欠佳的脱磷剂中配加萤石、氧化铁皮等助熔剂。

粉剂反应性 在采用喷吹脱磷剂的方法进行铁水脱磷处理时,还要求脱磷粉剂具有良好的反应性。这包括良好的化学反应性(如石灰粉剂要求较高的活性度)和恰当的粒度组成。另外,为便于储运和保证喷粉过程的顺利进行,要求脱磷粉剂分别具有强的抗潮解能力和良好的流动性。

常用碱性氧化物及其脱磷能力 各种碱性氧化物的脱磷反应式及其标准自由能变化AG见图1和表1。(为便于参考,有关元素的氧化反应及铁和锰的脱磷反应也列在了图与表中)。根据这些反应的自由能变化可知,当有碱性氧化物存在时,生成磷酸盐反应的自由能变化都小于铁水中磷氧化成P2O5这一反应的自由能变化,有利于脱磷反应的进行。

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