不銹鋼脫磷的問題
磷在鋼鐵中，尤其在不銹鋼中是危害性最大的元素之一，它不但加劇了不銹鋼的成分偏析，而且對不銹鋼的抗點腐蝕、抗應(yīng)力腐蝕以及焊接性能等均產(chǎn)生十分不利的影響。降低不銹鋼中的含磷量一直是冶金工作者關(guān)心的問題。直到現(xiàn)在，這個問題并沒有很好的解決，仍然是精煉技術(shù)上最大的研究課題。目前，不銹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(huán)使用，使鋼中的磷越來越富集。再加上鉻鐵等的加入帶進(jìn)部分磷，鋼液很容易出現(xiàn)磷含量超過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。因此，不銹鋼的脫磷問題越來越顯得很突出。
研究開發(fā)中的不銹鋼脫磷技術(shù)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。但由于現(xiàn)代工業(yè)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；另一方面，鐵合金中磷一向很難去除，特別是那些在還原條件下生產(chǎn)的鐵合金，而近年來低磷鋼和超低磷鋼的生產(chǎn)對鐵合金中的磷含量要求越來越嚴(yán)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(dá)到保鉻去磷的目的。煉鋼過程中，鋼水中磷進(jìn)入爐渣有兩種方式，即氧化脫磷和還原脫磷。當(dāng)體系氧勢低于臨界值，磷元素將主要以P3-形式進(jìn)入爐渣(還原脫磷)，并且體系氧勢越低該過程越易進(jìn)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、硅鈣合金)，另外還有鋁－鎂、鈣－鋁合金。
實驗表明，用鈣基渣系在還原性氣氛下脫磷可以達(dá)到這一目的。而且還原脫磷法可以使鋼鐵企業(yè)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(jīng)濟(jì)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(guān)系。例如，用Ca脫磷時，碳高會促進(jìn)反應(yīng)，從而快速消耗金屬鈣，導(dǎo)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(yīng)的進(jìn)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(yīng)，所以鋼液中的鉻應(yīng)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于它對碳活度的影響。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(jié)果來看，溫度對脫磷率影響不大。因此在實際生產(chǎn)中考慮到總的經(jīng)濟(jì)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(zhì)的坩堝進(jìn)行還原脫磷實驗時發(fā)現(xiàn)，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及白云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，便于造渣；能溶解脫磷劑Ca，CaC2，降低鈣的蒸氣壓，減少其揮發(fā)損失；降低磷化鈣的活度，促使脫磷反應(yīng)順利進(jìn)行，因此應(yīng)用較廣泛。但是在噴粉脫磷時，由于動力學(xué)條件好，反應(yīng)面增大，所以渣中CaF2的作用就不明顯了。
隨著廢鋼的循環(huán)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銹鋼返回料的磷含量高達(dá)0.047～0.087%。因此，深入研究、改進(jìn)和發(fā)展不銹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(jìn)行，尤其是在真空感應(yīng)爐里中性或還原性氣氛下，冶煉不銹鋼、高溫合金等特殊合金只能采用還原脫磷法。SiCa－CaF2法是唯一在工業(yè)規(guī)模上有少量應(yīng)用的還原脫磷法，而且氧化脫除增加的硅比較容易。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(yīng)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(chǎn)物難以處理、易污染環(huán)境、前后工序復(fù)雜和對設(shè)備要求高等缺陷，但是由于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(yè)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(jīng)濟(jì)價值。