脫磷

減少鋼液中含磷量的化學反應。磷是鋼中有害雜質之一。含磷較多的鋼，在室溫或更低的溫度下使用時，容易脆裂，稱為“冷脆”。鋼中含碳越高，磷引起的脆性越嚴重。一般普通鋼中規定含磷量不超過 0.045％，優質鋼要求含磷更少。生鐵中的磷，主要來自鐵礦石中的磷酸鹽。氧化磷和氧化鐵的熱力學穩定性相近。在高爐的還原條件下，爐料中的磷幾乎全部被還原並溶入鐵水。如選礦不能除去磷的化合物，脫磷就只能在（高）爐外或鹼性鍊鋼爐中進行。

鐵中脫磷問題的認識和解決，在鋼鐵生產發展史上具有特殊的重要意義。鋼的大規模工業生產開始於1856年貝塞麥(H.Bessemer)發明的酸性轉爐鍊鋼法。但酸性轉爐鍊鋼不能脫磷；而含磷低的鐵礦石又很少，嚴重地阻礙了鋼生產的發展。1879年托馬斯(S.Thomas)發明了能處理高磷鐵水的鹼性轉爐鍊鋼法，鹼性爐渣的脫磷原理接著被推廣到平爐鍊鋼中去，使大量含磷鐵礦石得以用於生產鋼鐵，對現代鋼鐵工業的發展作出了重大的貢獻。

鹼性渣的脫磷作用 脫磷反應是在爐渣與含磷鐵水的界面上進行的。鋼液中的磷【P】和氧【O】結合成氣態的反應：

(1)

1600℃時的平衡常數非常小(),要靠生成P2O5氣體逸出而使鋼液脫磷，顯然是不行的。但如果鋼液和鹼性渣接觸,就會與渣中的氧化鈣()結合成穩定的或，總反應是：

(2)

1600℃時，或 (3)

1600℃時，平衡常數如此大，說明鹼性渣的脫磷能力是很強的。熔渣離子理論認為：鹼性渣中含有自由的氧離子，它能與結合成穩定的離子，脫磷反應是：

(4)

不管是分子理論或離子理論，但是有一個重要的事實是：和都有很高的熱力學穩定性。根據熔渣陰離子聚合模型(見馬松模型)，還能與渣中的硅-氧鏈結構形成等穩定的複合陰離子。

渣量、含量、溫度對脫磷的影響 增大渣量，或將含磷多的爐渣放出，另造新的鹼性渣，都是使鋼液有效脫磷的措施。渣中含有足夠量的 不僅可以向鋼液傳送氧，還能使加入爐內的固體石灰更快地溶入渣中，使渣中自由的離子增多，從而提高熔渣的脫磷能力。脫磷是放熱反應，溫度較低有利於反應的進行。

各種鍊鋼方法脫磷的特點 在平爐鍊鋼及電弧爐鍊鋼氧化期中，渣中含有足夠數量的；在氧氣頂吹轉爐鍊鋼中，調節氧槍位置高低也可保持渣中含有一定量的，在脫碳的同時也可以脫磷。但在空氣底吹轉爐鍊鋼（托馬斯法）時，脫磷與脫碳不能同步進行。其主要原因是：空氣穿過鋼水時，其中的氧被硅、錳、碳的氧化所消耗殆盡，渣中缺乏足夠量的,加入的固體石灰也很少溶入渣內，渣的脫磷能力很差。只有待吹煉後期，鋼中碳降到很低時，渣中含量增大，使固體石灰迅速溶解入渣后，才能有效地脫磷。這稱為“后吹”去磷。氧氣底吹轉爐鍊鋼也有類似的情況，主要靠後吹去磷。為避免后吹，可用吹入石灰粉或人造合成渣的辦法以加速石灰的溶解，提早去磷。

回磷及防止方法 脫磷反應速度甚快，容易接近平衡。在鋼水脫氧時，溫度較高，如果渣中含量不夠高，加入脫氧劑后，鋼中溶解的氧減少，這些不利於脫磷的條件湊在一起，會使去磷反應的平衡向反方向轉移，鋼中含磷回升。這種現象稱為“回磷”。在氧氣頂吹轉爐鍊鋼中，如果槍位過低、渣中少，也會使渣趨於回磷。為減少回磷，應儘可能在出鋼時使渣量減少，並在渣中加入石灰，使渣變稠。電爐鍊鋼在氧化期結束時，要儘可能地將含磷的氧化性渣排出爐外，以防止還原期回磷。

脫磷的定量計算 可以採用下式：

式中()代表渣中的組分；N是渣中的摩爾分數；是鋼中磷和氧含量（重量百分數）；γ是渣中的活度係數，其值可由下式計算：

式中T是絕對溫度；,……分別代表渣中,……等組分的摩爾分數。磷在熔渣和鋼液兩相的分配比可用下式計算：

式中分別代表渣中磷含量、氧化鈣含量和全鐵含量（重量百分數）;是鋼中磷含量（重量百分數）；T 是絕對溫度。

參考書目

R.G.Ward,An.Introduction to Physical Chemistry of Iron and Steelmaking,E.Arnold,London,1962.

C.Bodsworth & H.B.Bell,Physical Chemistry of Iron and Steel Manufacture，2nd ed.，Longman,London,1972.