不锈钢高铬铁液的脱磷

    磷对不锈钢的局部腐蚀和加工性能有不利影响，冶金专家在上世纪就提出脱磷到14*10-4%的要求。
    在现有的不锈钢冶炼工艺中，磷含量是通过严格控制原材料中的磷来控制。由于低磷原材料的缺乏和日益增长的价格因素，世界各国的冶金工作者都在致力于研究开发高铬铁液的脱磷技术。日本《特殊钢》杂志将不锈钢脱磷的研究列为21世纪特殊钢精炼的重大课题之一。
    研究开发中的不锈钢脱磷技术可分为氧化脱磷和还原脱磷。氧化脱磷过程需要BaO基或碱金属氧化物基的碱性渣，钢中的磷是以磷酸盐的形式脱除。而还原脱磷需要Ca基熔剂，钢中的磷是以磷化物的形式脱除。本文从碳含量在高铬铁液脱磷中的作用出发阐述两者之间的关系。
    1 氧化脱磷的特点及碳的影响
    1.1 最高氧位（弱氧化势脱磷）
    氧化脱磷的反应式可写为：
    [P]+5/402=1/2（P2O5）
    △G0=-666210+271.7T （1）
    不锈钢在氧化脱磷的同时还存在如下反应：
    [Cr]+3/402=1/2(Cr2O3)
    △G0=-553700+170.34T （2）
    因此它不同于传统的碳钢与低合金钢氧化脱磷。不锈钢的氧化脱磷关键是解决脱磷保铬的矛盾。从保铬的角度来说，氧位又不能过高。假设所用渣系为Cr2O3饱和，则由式（2）得：
    19.12T?lg｛a[Cr]?Po23/4｝=-553700+170.34T （3）
    根据上式可算得Cr2O3的分解压力，由此计算得到在给定温度条件下脱磷时的“最高氧位”Po2。温度越低，“最高氧位”越小。对于铬不锈钢，1723K时的最高氧位约是10-13。当采用氧化法对高铬铁液进行脱磷时，若氧位大于“最高氧位”，钢中铬的氧化量将大大增加，导致回收率降低工。因而，高铬铁液氧化脱磷应是弱氧化势脱磷。
    1.2 碳的影响
    研究表明当不锈钢液中碳含量低时脱磷率极低，许多渣系存在一个最佳碳含量范围，在该范围内可获得较好的脱磷效果。
    [Cr]，[P]，[C]三元素之间的选择性氧化概念可用来阐述这种现象。实际上Po2并非只取决于[P]和[Cr]，钢中还有碳参与反应：
    [C]+1/2O2=CO（g）
    △G0=-114400-85.77T （4）
    碳在不锈钢氧化脱磷中还起着另一个作用，即改变钢中碳和磷的活度，董元篪等对高铬铁基熔体中磷和铬的活度进行了研究，得出了磷、碳与铬的活度相互作用系数分别是：
    εcrc=-6.55 εpc=-13.38 ( [Cr]=0%-20%)
    可见碳可降低铬的活度，大幅度提高磷的活度，显然较高[C]有利于不锈钢的氧化脱磷。
    2 还原脱磷的特点及碳的影响
    还原脱磷渣系多为Ca基渣系，反应式为：
    Ca3P2+4O2=Ca3(PO4)2
    △G0=590837-107.82T
    K=a(ca3p2)1/3a[c]2/(a(cac2)a[p]2/3) （6）
    这表明在用Ca、CaSi和CaC2作为脱磷剂进行脱磷时，金属液的碳含量不宜过高。取a(CaC)=1时，a[c]=a[c]*，a[c]*称为临界活度，该值约为0.7%-1.0%。当a[c]a[c]* 时，如用Ca作脱磷剂还原脱磷，Ca更易与[C]结合生成CaC2析出，如用CaC2作脱磷剂还原脱磷时，CaC2不易分解，起不到脱磷的作用，故而脱磷效率急剧下降。
    在开发一种不锈钢还原脱磷工艺实验中，碳含量在0.32%-0.76%范围内时未发现脱磷率与碳含量有明显的关系，却发现△[C]（=[C]始-[C]终）与脱磷率存在一定的关系。可见，△[C]小的炉次，脱磷率高，△[C]大的炉次脱磷率低。这说明C与Ca反应生成CaC2，导致Ca利用率下降，脱磷率下降。
    3 结论
    氧化脱磷要求[C]=2%-6%；还原脱磷要求初始[C]<1.0%。对于采用熔融还原等工艺生产出的不锈钢母液而言，其碳含量正好在氧化脱磷所需的最佳范围之内，建议采用氧化法脱磷。对于采用返回法冶炼不锈钢出现的脱磷问题，因碳含量低，更适合采用还原法脱磷。