煉鋼脫磷反應(dephosphorization in steelmaking)是指脫除鋼液中有害雜質磷的物理化學過程。脫磷是煉鋼過程的基本反應之一。對絕大多數鋼種而言，磷是有害元素。磷雖然能提高鋼的強度， 但隨著磷含量的增加，鋼的塑性和韌性降低（特別是衝擊韌性降低），使鋼具有“ 冷脆性” 。磷還能使鋼的焊接性能降低。因此，脫磷過程尤為重要。
基本介紹
- 中文名：煉鋼脫磷反應
- 外文名：dephosphorization in steelmaking
- 學科：冶金
- 目的：脫除鋼液中有害雜質磷
- 脫磷原理：靠氧化去除
- 是否放熱：強放熱
簡介,磷在鐵液中和熔渣中存在的形式,脫磷的原理,煉鋼脫磷的基本條件,
簡介
煉鋼脫磷反應(dephosphorization in steelmaking)是指脫除鋼液中有害雜質磷的物理化學過程。在高爐連續鑄鋼煉鐵時，原料中的磷幾乎全部還原到生鐵中，隨著鐵礦石磷含量的不同，生鐵中的磷可達0.1%～1.0%，特殊的可高達2.0%以上。鐵合金中同理也含有相當多磷。磷使鋼材在低溫下變脆，即產生“冷脆”現象。實驗研究證明，磷在鋼凝固過程中偏析聚集在晶界處，很少量的磷，例如0.01%（100ppm）即可使鋼呈現低溫脆性。冶煉普通鋼要求將磷降到0.030%～0.040%，而低溫用鋼如寒冷地帶鑽井平台用鋼、液化氣體儲存和輸送用鋼等要求含磷低到0.002%～0.003%（即20～30ppm）。因此，脫磷是煉鋼過程的主要任務之一。
磷在鐵液中和熔渣中存在的形式
在液體鐵中，磷以元素磷的形式， 也能以磷化物的形式存在。在高磷生鐵中，含碳量較低，系磷取代部分碳的結果，故認為磷和鐵形成Fe3P。但從Fe -P 系相圖得知，靠近Fe的一方磷和鐵有兩種化合物Fe3P和Fe2P 。Fe3P在固態時於1166 ℃ 分解，故鐵液中磷應以Fe2P形成存在。由於磷化物中磷仍具有單質磷的化學性質，而且不論是在Fe3P或Fe2P分子中都只有一個磷原子，所以其特性對分析脫磷過程無實質性影響。
在煉鋼過程中，鐵液中的磷氧化為P2O5進入爐渣。P2O5是酸性氧化物。它能與爐渣中的鹼性氧化物生成磷酸鹽。如：3FeO·P2O5、3CaO·P2O5、4CaO·P2O5、3MnO·P2O5、3MgO·P2O5。等通常認為在低鹼度渣中磷以磷酸鐵的形式存在。在高鹼度渣中磷以磷酸鈣的形式存在。
脫磷的原理
磷是靠氧化去除的，反應生成物P2O5不很穩定，只有進入爐渣中才能除掉。磷的氧化在渣鋼界面上進行：
4/5[P]+2[O]=2/5(P2O5)
(1)反應的標準吉布斯能(J/mol)
△G。=-384953+170.24T
或者
4/5[P]+2(FeO)=2/5(P2O5)+2Fe(液)
(2)反應的標準吉布斯能△G。=-142944+65.48T
為了使生成的P2O5穩定存在於渣中，必須提高煉鋼爐渣的鹼度，也就是使P2O5和CaO結合成穩定的化合物3CaO·P2O5或4CaO·P2O5。所以脫磷反應方程式為
2[P]+5[O]+3(CaO)=(3CaO·P2O5)
(3)反應的標準吉布斯能△G。=-1486160+6360T
或者
2[P]+5[O]+4(CaO)=(4CaO·P2O5)
(4)反應的標準吉布斯能
△G。=-1372200+550.1T
由此看來， 脫磷的原理在於，既要使磷氧化，還必須使磷在渣中形成穩定的磷酸鹽。因而脫磷反應是在鋼一渣界面進行的反應。
煉鋼脫磷的基本條件
根據脫磷反應的特性，可以將煉鋼脫磷的基本條件歸納為：
(1)脫磷是渣鋼界面反應，必須造成鹼性氧化渣才能脫磷；
(2)爐渣鹼度越高，脫磷越有利；
(3)脫磷是氧化反應，提高鋼中[O]和渣中（FeO）有利於脫磷。但如圖中所示，在同樣鹼度條件下，磷分配比在某一（FeO）濃度下達到最大值，也就是為了提高脫磷效率，有一個最佳的（FeO）含量。
(4)增加渣量可使渣中多吸收P2O5，提高脫磷效果。但渣層過厚不利於傳熱和傳氧，所以當需要多脫磷時，往往把前期的脫磷渣先從爐內放出，以增大脫磷效果。
(5)脫磷是強放熱反應，溫度低有利於脫磷反應進行。過高的溫度可能使反應逆向進行，即發生回磷，這是應注意避免的。但過低的溫度使渣變黏，對脫磷也不利。
