3.5. Окисление фосфора
Как уже отмечалось, фосфор вредная примесь. Наличие его в стали понижает ее пластические свойства, свариваемость, повышает анизотропию механических свойств в прокате, вызывает синеломкость – повышенную хрупкость при температурах 500… 600˚С.
В процессе плавки его удаляют из металла путем окисления на границе металл – шлак и металл – газ
2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe] (3.17)
2[P] + 2,5{O2} = (P2O5) (3.18)
В объеме металла фосфор не окисляется, т.к. концентрация растворенного в металле кислорода контролируется углеродом и ниже равновесной с фосфором.
Оксид Р2О5 неустойчив при температуре сталеплавильных процессов, разлагается на исходные компоненты, и фосфор вновь переходит в металл.
Для удаления фосфора из металла в шлак оксид Р2О5 необходимо связать в устойчивые комплексы 3СаО ·Р2О5 или 4СаО ·Р2О5.
Поэтому окисление фосфора происходит только на границе металл – шлак по реакции:
2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = (4CaO ·P2O5) + 5[Fe] (3.19)
Реакция эта экзотермическая, поэтому при повышенных температурах в конце плавки могут создаться благоприятные условия для восстановления фосфора (рефосфорация). Приведенные ниже расчеты значений Кр подтверждают такую возможность.
(3.20)
|
t |
1400 |
1500 |
1600 |
|
K |
7.8 * 108 |
3.5 * 107 |
2.1 * 106 |
(
3.21)
Из уравнения (3.21) следует, что удалению фосфора из металла способствует низкая температура (высокое значение Кр), высокое содержание FeO и CaO в шлаке, малое содержание фосфатов кальция в шлаке (скачивание шлака).
Рис 3.4 Зависимость отношения (% Р2О5) / [%P] от содержания закиси железа в шлаке (а) и отношения (%СаО) / (%FeO) (б) [цифры у кривых – основность шлака В = (%СаО) / (%SiO2)]
На практике часто используют коэффициент распределения фосфора между шлаком и металлом.
Зависимости Lp от содержания FeO в шлаке и от отношения (СаО)(FeO) при различной основности приведены на рис.3.4. Как видно из рисунков, существуют оптимальные значения этих аргументов, при которых значение Lp наибольшее.
Для предупреждения рефосфорации надо в конце плавки обновлять шлак: скачивается шлак предыдущего периода и наводится новыми присадками твердых окислителей и извести. Благодаря этому удается не только предотвратить рефосфорацию, но и достигнуть существенного снижения концентрации фосфора в металле (так называется горячая дефосфорация).