Дефосфорация

Фосфор в углеродистой стали вызывает ее повышенную хрупкость на холоде, хладноломкость или синеломкость, ухудшает механические свойства стали. Допустимое содержание фосфора в стали менее 0,02…0,05%.

Фосфор обладает большим химическим сродством к кислороду, чем железо, и его можно удалять из расплава методом окислительного рафинирования.

Окисление фосфора происходит в два этапа. На первом этапе фосфор окисляется в ванне по уравнению:

2 [Р] + 5 [FeO] = (Р₂O₅) + 5 [Fe]; ∆H = - 200,97 кДж/моль.

Образовавшийся оксид фосфора Р₂O₅ образует с избыточным FeO фазу, имеющую состав, близкий к фосфату железа:

(Р₂O₅) + 3 (FeO) = (FeO)₃·Р₂O₅; ∆H = - 128,5 кДж/моль.

Так как реакция экзотермическая, она протекает при относительно низких температурах. При высоких температурах фосфат железа нестабилен и появляется опасность восстановления фосфора и перехода его в ванну. Чтобы предупредить обратную реакцию, необходимо перевести Р₂O₅ в стабильное соединение, из которого фосфор восстанавливаться не будет.

Второй этап окисления фосфора осуществляется при помощи извести. При этом образуется фосфорно-кальциевая соль по уравнению:

(FeO)₃·Р₂O₅ + 4 СаО = (СаО)₄·Р₂O₅ + 3 FeO; ∆H = - 546,41 кДж/моль.

Если в шлаке мало СаО, то в первую очередь он будет соединяться с оксидом кремния и его не хватит для связывания фосфора. Считают, что извести в шлаке должно быть по массе в четыре раза больше, чем кремния и фосфора в шихте.

Из кинетических факторов, обеспечивающих успешную дефосфорацию в реальных условиях плавки, большое значение имеет перемешивание шлака, поскольку лимитирующим является процесс диффузии.

Восстановлению фосфора из шлака при высоких температурах могут способствовать элементы, которые при данных условиях имеют большее сродство к кислороду, чем железо, то есть все раскисляющие элементы. В период окончания плавки это главным образом марганец, кремний, алюминий.

Шлак, содержащий фосфор, который извлечен из расплава, перед раскислением удаляют (полностью или частично).