摘   要  随着用户对不锈钢中磷含量要求日益增加，降低钢中磷含量已迫在眉睫，本文综述了钢液中影响脱磷的因素及了解目前的一些脱磷工艺和脱磷遇到的问题，并论述了实际生产中脱磷对钢质量影响和降低成本的重要性。

关键词   AOD炉  炼钢  脱磷  工艺

1   前言

目前,本厂不锈钢冶炼主要采用AOD冶炼技术，它的铁水来源一般是由高炉生产出来的，其中磷基本稳定在0.05%左右，但是由于有时中频炉和电炉出的铁水磷不稳定及冶炼过程加入的高碳铬铁，高硅硅锰合金等会带入磷,钢液很容易出现磷含量超标的现象，近来对磷含量也越来越严格。因此,不锈钢脱磷问题将会越来越突出。

2   磷元素对钢的影响

通常认为，磷在钢中以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在。一般来说，磷是钢中的有害元素之一。由生铁带入钢中，能使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性。因此一般控制其含量不大于0.06%，而优质钢中磷要求0.03-0.04%以下。

在一般情况下，钢中的磷能全部溶于铁素体中。磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。一般希望冷脆转变温度低于工件的工作温度，以免发生冷脆。而磷在结晶过程中，由于容易产生晶内偏析，使局部地区含磷量偏高，导致冷脆转变温度升高，从而发生冷脆。冷脆对在高寒地带和其它低温条件下工作的结构件具有严重的危害性，此外，磷的偏析还使钢材在热轧后形成带状组织。

钢中的磷含量允许范围：非合金钢中普通质量级钢w[P]≤0.045%，优质级钢w[P]≤0.035%，特殊质量级钢w[P]≤0.025%，普通低磷钢w[P]≤0.010%，超低磷钢w[P]≤0.005%，极低磷钢w[P]≤0.002%。但有些钢中如炮弹钢、耐腐蚀钢等，则要加入磷元素，含磷量较多时，由于脆性较大，在制造炮弹钢以及改善钢的切削加工性方面则是有利的。

3  不锈钢脱磷热力学

3.1   钢液成分的影响

(1)初始硅含量的影响 

[Si]会优先于[P]而氧化，对不锈钢脱磷有明显的抑制作用。铁水预处理脱磷一般要求将铁水中[Si]降低到0.1%以下。不锈钢氧化脱磷之前，也必须先进行预脱硅，将[Si]降至0.1%以下。

（2）初始碳含量的影响 

从热力学上讲，[C]可以提高[P]的活度，从而有利于脱磷。这一观点已成功地应用于铁水预处理的工业实践。在不锈钢脱磷中，[C]增高,还可使[Cr]的活度降低,有利于脱磷保铬。另外,[C]增高,钢的熔点降低,有利于创造低温脱磷的热力学条件。所以说,[C]对不锈钢脱磷有至关重要的影响。无论对何种渣系,一定范围内增加[C]对脱磷都是有利的[5] 。

（3）铬、镍含量的影响 

在炼钢温度下,[Cr]和[P]参与氧化反应的活性比较接近,[Cr]高,会导致[Cr]优先于[P]而氧化。同时,由于[Cr]氧化生成(Cr2O3)会使炉渣粘稠甚至凝固,恶化反应的动力学条件和操作条件。适当降低铬含量有利于不锈钢脱磷。 [Ni]对脱磷几乎没有影响。

（4）温度的影响 

温度对不锈钢氧化脱磷有明显的影响。热力学研究结果表明,低温有利于脱磷,这同样适用于不锈钢脱磷,许多实验结果都证明了这一点。但应注意,温度过低,有可能导致炉渣粘度的明显升高,造成铬损升高。对60%BaO-40%BaCl2和10%Cr2O3组成的炉渣,脱磷温度应大于1500℃,否则会导致铬损的增加。

3.2  渣系的选择

按脱磷剂的不同,可将脱磷渣分为两大类。

(1)碱金属氧化物及其碳酸盐渣系 

锂、钠、钾的氧化物及其碳酸盐都有应用于不锈钢或高铬合金脱磷的研究报道，尤其是碳酸盐的应用研究。因其熔点低，可不用助熔剂。它也可以作为助熔剂与其它脱磷剂配合使用。碱金属氧化物及其碳酸盐易挥发形成烟雾,适合在低温下高碳合金的脱磷处理。

(2)碱土金属氧化物及其碳酸盐渣系

碱土金属氧化物及其碳酸盐渣系主要是钙、钡氧化物及其碳酸盐渣系。CaO渣系适合于高碳含铬合金的脱磷，而BaO渣系则可以在较低碳含量条件下，实现对含铬合金的脱磷,符合不锈钢脱磷的实际，是近年来不锈钢脱磷研究的重点渣系。

另外，多种脱磷剂组成的复合渣系，如CaO-BaO等已被证明可以取得很好的脱磷效果，将是今后脱磷渣开发的主要方向。为保证使渣的磷酸盐容量达最大值，应在保证熔渣反应性能的前提下，使脱磷剂及氧化剂含量处于或接近饱和状态。(Cr2O3)对炉渣的粘度有很大的影响。对(Cr2O3)含量接近饱和的氧化脱磷渣,控制好炉渣的性能，以保证反应的动力学条件和工艺操作条件是至关重要的。

4  不锈钢返回吹氧法脱磷工艺分析

当采用返回法冶炼进行不锈钢脱磷时， 工艺的基础上应增加如下几个环节。

(1)预脱硅。可采用吹氧法结合熔化过程进行，将硅降低至0.1%以下，然后扒渣。 

(2)脱磷。加入脱磷剂,造渣脱磷。可在EAF或AOD(VOD)中进行。 

(3)扒除脱磷渣，进行脱碳操作。

4.1   配料问题

高[C]、低[Cr]、低[Si]有利于脱磷。但从生产实际出发，[Cr]、[Si]配入量应以最大限度地回收废钢中的铬和硅为前提,因而工艺研究应针对不锈钢废料进行。碳含量对脱磷影响很大，可以作出适当调正。现在冶炼不锈钢一般采用EAF+AOD(或VOD)的工艺流程。采用VOD时，因入炉初炼钢水碳高易引起喷溅，降低设备寿命，一般要求初炼钢水[C]低于1.5%。这也相应地决定了这种工艺的脱磷宜在EAF中进行。

AOD对装入钢水的碳含量要求较为宽松，可达1%～3%。所以对EAF+AOD的工艺,脱磷可以在EAF或AOD中进行。根据目前的工艺状况，将钢水脱磷之前的[C]定在1.5%～2.5%是可行的。某些厂现行操作的配碳量已达1.3%～1.5%。

4.2   脱硅问题

不锈钢返回料中含有较多的硅,氧化去除时易产生大量的渣。为保证将[Si]降至很低的水平,应加入适量的石灰造渣。

不锈钢返回料中硅取0.8%，配入量按60%考虑,炉料中硅含量约0.5%，要求脱磷前[Si]降至0.1%以下，渣中应吸收的SiO2量为8.57kg/t，取石灰中CaO=85%,SiO2=3%,石灰的有效溶剂性f=85%-R•SiO2=75%；如碱度R=3.3，应加入的石灰量为37.7kg/t，渣量为76.1kg/t。如取R=2.0，低熔点渣成分范围应在CaO=40%，CaF2=40%，SiO2=20%左右，熔点为1360～1380℃，相应的石灰加入量为22.1kg/t，,渣量为58.3kg/t，比较符合实际情况。根据有关的研究结果，CaO渣系仅适合于高碳含铬合金的脱磷，且大量SiO2进入炉渣会大大降低炉渣的脱磷能力,使其在弱氧化性气氛下，无法实现脱磷。即使R=3.3也是如此。

因而,不能期望利用高碱度的脱硅渣脱磷。脱硅过程造渣的目的应为生成有利于脱硅反应的低熔点渣。

5   实际生产脱磷情况

在钢厂现有的生产工艺条件，如果冶炼出来的钢磷高，连铸拉出来的钢坯表面质量较差，有些会有凹坑或裂缝，所以必须严格控制钢水中磷含量。但是由于铁水中磷含量不太稳定，上下浮动较大，通过AOD来来脱磷较为困难，只能通过控制加入的原料中磷来控制钢水的磷，就现在工艺，原料中带入磷的有高碳铬铁和高硅硅锰合金，由于高碳铬铁厂家经常更换，其高碳铬铁中磷含量也不同，一旦高碳铬铁中磷偏高，只能通过减少高硅硅锰合金的加入来调节，然而这样又增加了硅铁的消耗，成本又增加了。

实际上如果前期铁水磷高可适当增加石灰的加入量，使渣子偏向CaO渣系，再加入高碳铬铁前，尽可能把铁水中的硅烧掉，这样才可以把铁水中的磷先脱掉一部分，不然加高碳铬铁后又带入了硅，又抑制了磷的脱去，这样通过扒渣把磷扒出一部分。这时可以取样分析，观察磷含量，结合取碳样的磷，适当调整还原加入的高硅硅锰用量，以节约成本。

6   结论和建议 

（1）采用适当的炉渣组成，可以实现对不锈钢的氧化脱磷。 

（2）可以通过温度、炉渣的选择，取得较高的脱磷率。低温、高[C]、高磷酸盐容量的炉渣有利于氧化脱磷。通过前期扒渣尽可能出渣，把磷扒出。

（3）为实现脱磷保铬，有必要控制炉内气氛，保证炉渣的反应性能。 

（4）采用AOD炉冶炼，可以使原料中的配碳量大大提高，有利于不锈钢氧化脱磷。

（5）为保证生产过程的均衡与协调，有必要采购含磷较低的原材料。