在铁水预处理中用于预脱磷的各种添加剂的总称。将脱磷剂以各种方式加入铁水中或铁水表面，使之与铁水中的磷反应生成磷的化合物，从而使磷固定在渣中或进入气相以达到铁水预脱磷目的。脱磷反应过程中形成的渣称为脱磷渣，习惯上有时也将添加剂和脱磷反应过程中形成的渣统称为脱磷剂或脱磷渣。

为将铁水中的磷去除，必须使之与脱磷剂反应生成稳定的化合物并从铁水中分离出来。根据不同的脱磷反应产物和反应过程中所要求的不同氧位，脱磷剂可以分为氧化脱磷剂和还原脱磷剂两大类。将铁水中的磷氧化成氧化物或磷酸根而达到脱磷目的的脱磷剂称为氧化脱磷剂；而将铁水中的磷还原成负价化合物而达到脱磷目的的脱磷剂称为还原脱磷剂。还原脱磷•剂主要用于铁合金和合金钢的脱磷，常用的氧化脱磷剂是由作为氧源的易被还原的氧化剂和作为碱基的碱性氧化物以及助熔剂等组成的复合脱磷剂，例如苏打系脱磷剂、石灰系脱磷剂等。常用的还原脱磷剂是钙或镁的金属或合金，例如Ca、CaC2、CaSi等，常配有适量的CaF2作为助熔剂。

        还原脱磷剂 通常的铁水预脱磷处理一般采用氧化脱磷剂，但在氧化脱磷的同时也会将铁水(铁合金或合金钢熔体)中的Mn、Cr和w等有益元素大量氧化造成损失。特别是在采用高铬废钢和高磷铬铁作原料冶炼不锈钢以及用返回法冶炼高速钢时，采用氧化脱磷剂进行脱磷处理会发生合金元素的严重氧化损失，给冶炼带来很大困难。因此，近年来许多国家已开始研究采用还原脱磷剂对铁合金和合金钢进行脱磷处理。还原脱磷剂尚处在研究开发阶段，可获得的资料不多，只有在钙系合金用于还原脱磷的研究方面有一些可参考的资料。

根据Ca—P一O系的热力学平衡数据，可知在P_O2<1．01×10^-12Pa的强还原条件下，金属熔体中的磷可以被还原成P3-并以Ca3P2的形式固定在渣中，从而实现金属熔体的还原脱磷。这时的脱磷反应式为．

钙虽然具有很强的脱磷能力，但由于钙的密度小(1．55g／cm³)，在钢中的溶解度小(1607℃和Pca=0．4MPa时在纯铁中的溶解度只有0．032％)和沸点低(1492℃ )等原因，单独使用金属钙很难达到令人满意的脱磷效果。但是钙能够很好地溶解于CaF2渣中(可达8％～lO％)，即使温度在钙的沸点以上，金属钙在CaF2熔体中仍能保持溶液状态。另外，CaF2还能很好地吸收其脱磷产物Ca3P2。因此用金属钙或钙合金配加一定量的CaF2就可以构成可行的还原脱磷剂。研究和试验中常用的钙系脱磷剂有Ca+CaF2、CaC2+CaF2和CaSi+CaF2等。

Ca+CaF2  系   德光直树等用Ca+CaF2渣进行不锈钢的电渣重熔脱磷试验，得到的磷分配比LP(=(％P)／[％P])与熔渣中(Ca)浓度的关系如图5所示。Lp随渣中钙浓度的增加而增大，并可用实验式LP=4(％Ca)²来表示。此种脱磷剂的缺点是需要价格很高的金属钙。

CaC2十CaF2系 CaC2在CaF2熔体中的溶解度很大，1600℃时可达26％。溶于CaF2中的CaC2很容易发生以下反应：

分解出金属钙且在CaC2+CaF2熔体中同样具有很强的脱磷能力。合适的CaF2 配比与钢水温度有关，1580～1650℃ 时，CaF2所占比例约为10％；1500～1550℃时约为35％。CaF2的配比过大则易损坏炉衬，反而使脱磷效果降低。此种脱磷剂的缺点是易使钢水增碳。顾德骥等在3t和5t电弧炉上对Crl8Ni9型不锈钢进行喷吹CaC2+CaF2系粉剂的脱磷试验，在预脱氧相同的条件下，脱磷率与CaC2的单位消耗量Gcac2(kg／t)的关系如图6所示，并可用下列经验式表示：ηp=一2．3+1．36Gcac2，％。

 

 

    CaC 2用I／kg·t一’

图6脱磷率与CaCz用量的关系

CaSi+CaF2系 杨印东等在30kg感应炉和1．8t、5t电弧炉上对Crl8Ni9型不锈钢进行了喷吹CaSi+CaF2粉剂的脱磷试验。试验中先用约为钢水量的4％的强电石渣(电石量约为10％～20％，其余为CaO和少量的CaF2)覆盖钢水表面，然后喷吹粉剂进行脱磷处理。粉剂主要是CaSi粉和少量的萤石(约20％)。脱磷率与CaSi喷入量之间的关系如图7所示。喷入CaSi粉量越多则脱磷率越高。试验表明喷粉时钢水温度最好控制在1510～1530℃，温度过高则钙的蒸发损失严重，且不利于脱磷反应的进行，同时发生钙与MgO及Al2O3等耐火材料的作用而增加炉衬侵蚀，降低脱磷效果。此种脱磷剂的缺点是使钢水增硅，CaSi中带入的硅全部进入钢水中。

 

    CaSin~入量，Icg·r‘

 

研究者	粉剂成分／％	试验规模	加入量／kg·t一’	脱磷率／％	脱硫率／％
谊佐木等	Ca()    Fe()    CaF、2    (2aCl2       35    55    5    5	290t：     混铁车	52	88	80
河井等	Ca()    ：Fet()    CaY、2     38．5    42．3    19．2	50t、250t，     铁水包	39       02：1．4m。／t	90	40～60
成田等	CaO    Fet()    CaF2    NazCC)3       39    39    11    11	15t     试验炉	35       02：9m0／t	96．5	77．3
殿村等	CaO    FetO    CaY、2    CaCIz     30．5    62．2    4    3．3	1001：     铁水包	45	89	63
​	​	​	​	​	​

 

注；处理前铁水成分通常为：[si)≤O．15％，[P]≈O．10 oA～O．15％，[oAS]--~-0．03。

表3某些石灰系粉剂的脱磷效果

 

			眼睛观察		精炼效果①		渣中(F)和(c1)的含量／％
助熔剂	熔点／℃	沸点／℃	可熔性	放出烟雾	[P]	[S]	分析值		计算值
							(F)	(C1)	(F)	(C1)
LiF   Nal：’     KF   MgF2   CaFz   ：BaF2   LiCl   NaCl   KCl   Mg(：12   CaClz   ．BaCl2   ：FeC：12   CaF2   CaClz	845     995       856     1263     1418     1320     610     808     772     714     782     962     677     940	1681     1704       1502     2227   (2509)     2200     l 38,2     1465     1．407     1418   (1627)     1189     1026	很好   很好     差   很差   差   很差   差 很难 很差   由   口j   很差   出   由	激烈   轻度     很多   轻微   轻微   轻微   很多   强烈   强烈   激烈     由       由   轻度	◎   o     △   △   o   o   ◎   ×   ×   o   ◎   o   o   ◎	△   o     o   ×   O   △   △   ×   ×   ×   △   △   ×   △	19．3   11．O     7．1   12，8   】4。8   5．3     ——     _——     ●——     ——     _——     ——     ———L     7．3	——_u     ’——       ——     _——     ’——     _——     3．6     O．97     O．01     15．5     15．9     6．0     12．9     7．2	20．5     11．2       8．9     13．2     13．8     5．1     _——     _——     ——     _——     ——     _——     ————     6．6	一nr     ——     ——       _——     ——     ——}     27．2     18．O     15．1     18．9     17．2     6．7     18．4     8．6

 

 

①×脱除率很少；△脱除率从30％到60％；o脱除率大于70％；◎脱除率大于90％。

石灰系脱磷剂 与苏打相比，石灰系脱磷剂具有价格便宜、原料来源广而易得、对环境污染少等优点。但是，石灰本身熔点高且无氧化能力，因而一般都需配有助熔剂和氧化剂。表2是应用配有各种氟化物和氯化物作为助熔剂的CaO+Fe2O3脱磷剂对铁水进行预脱磷处理的实验结果。从脱磷角度来看，考虑到原料来源、价格和高温稳定性等条件，采用CaF2、CaCl2和CaF2一CaCl2作助熔剂是有利的。在石灰系脱磷剂中加八CaF2一CaCl2或CaCl2后，其脱磷效果与苏打系脱磷剂差不多。典型的石灰系脱磷剂有石灰+萤石、石灰+氧化铁皮或烧结矿、石灰+氧化铁皮或烧结矿+萤石、石灰+氧化铁皮或烧结矿+苏打、炼钢转炉渣料等。作为例子，表3列出了某些应用石灰系脱磷剂进行铁水处理的生产性试验结果。

表2用含有各种氟化物和氯化物的CaO系熔剂处理铁水的实验结果(1350℃)

图3氧耗量对脱磷率的影响

 

 

 

 

 

图4  (Pz()5)／[P]与渣碱度的关系

氧化脱磷剂的性能 从氧化脱磷反应的热力学方面考虑，首先要求脱磷剂具有足够的氧化性，以便将铁水中的磷氧化。由于磷的氧化物呈酸性，且在高温下很不稳定，因此还需要脱磷剂具有足够高的碱度从而把磷固定在渣中。从动力学方面考虑，为加快铁水预脱磷的处理过程，要求加入的脱磷剂能迅速地形成良好的反应动力学条件，这就要求脱磷剂具有良好的熔化性、成渣性及粉剂反应性等。

氧化性 氧化脱磷是将溶解于铁水中的磷氧化成P2O5后固定在渣相中，所以首先要求脱磷剂具有足够的氧化性。通常是在脱磷剂中配加氧化亚铁、氧化铁、铁矿石(粉)、氧化铁皮(或铁鳞)等使脱磷渣中含有一定的Fe_tO来保证其氧化性。在应用喷粉方法的铁水预脱磷处理工艺中，也有通过用空气做载气或喷吹氧气来完成氧化反应的。一般脱磷渣中Fe_tO量为15％左右时其脱磷能力最大。

碱度 脱磷渣最重要的指标，其表达式为渣中碱性氧化物与酸性氧化物含量之比。铁水中磷氧化反应的热力学表明，仅仅把磷氧化成P。O；还不能达到脱磷的目的。这是因为虽然磷的沸点只有864K，但因与铁水中[P]和[O]相平衡的P2O5的分压很低；另外，假定P2O5是液体，并且在渣中是饱和的，即使在铁水中氧也饱和，1300℃时铁水中的磷活度亦达到3．15×10⁴的高额数值。这说明P2O5很不稳定，为将生成的P2O5稳定在渣中，惟一的途径是降低渣中P2O5的活度。而P2O5为酸性氧化物，为此必须使渣相含有足够的碱性氧化物，使之与P2O5生成磷酸盐，从而把磷固定在渣中。渣中的碱性氧化物含量越多渣的碱度就越高。常用的碱度表达式一般为CaO／SiO2，Na2O／SiO2等。故碱性氧化物也就成为构成脱磷剂的最主要的成分。铁水脱磷剂中常用的碱性成分为某些碱金属和碱土金属的氧化物，例如Na2O、CaO等。

熔化性 由于铁水脱磷处理的温度比炼钢过程中脱磷期的温度要低得多，所以要求铁水脱磷剂有较低的熔化温度和较好的熔化性，使脱磷渣在铁水温度下有较好的流动性，以满足脱磷过程反应动力学的要求。即使在采用喷粉脱磷的情况下，由于顶渣对总的脱磷效果有着重要的贡献，也要求脱磷反应生成的渣相具有良好的流动性。这一要求一般通过选择适当的脱磷渣组成以及添加助熔剂等途径来达到。

成渣性 当使用非预熔的脱磷剂进行铁水脱磷处理时，无论是采用喷吹还是顶加的添加方式，脱磷剂的成渣性都对铁水脱磷效果有着重要的影响。为改善脱磷剂的成渣性，加快成渣速度，通常在成渣性欠佳的脱磷剂中配加萤石、氧化铁皮等助熔剂。

粉剂反应性 在采用喷吹脱磷剂的方法进行铁水脱磷处理时，还要求脱磷粉剂具有良好的反应性。这包括良好的化学反应性(如石灰粉剂要求较高的活性度)和恰当的粒度组成。另外，为便于储运和保证喷粉过程的顺利进行，要求脱磷粉剂分别具有强的抗潮解能力和良好的流动性。

常用碱性氧化物及其脱磷能力 各种碱性氧化物的脱磷反应式及其标准自由能变化AG见图1和表1。(为便于参考，有关元素的氧化反应及铁和锰的脱磷反应也列在了图与表中)。根据这些反应的自由能变化可知，当有碱性氧化物存在时，生成磷酸盐反应的自由能变化都小于铁水中磷氧化成P2O5这一反应的自由能变化，有利于脱磷反应的进行。

 

图1  铁水中各种元素氧化反应和各种碱性氧化物

    脱磷反应的AG。与温度的关系

氧化锰 从图1可以看到，生成3MnO•P2O5的AG^。线虽然位于生成P2O5(g)的AG^。线的下面，但它位于生成FeO(l)的AG^。线的上面，因此优先氧化的是铁而不是磷，也就是说Mn()本身没有脱磷能力。但这仅是对渣相中只存在Mn()而言。在实际情况下，MnO对复合渣系脱磷的影响比较复杂。因它具有一定的氧化能力，同时能促进CaO在渣相中的溶解，所以有时表现为对脱磷有利的影响。

氧化亚铁 FeO的脱磷作用主要表现在它的氧化性，而作为碱性成分的作用较小并且复杂。从图1可知，当温度高于1430℃时，生成3FeO•P2O5的△G^。线位于生成FeO(l)的ΔG线的上面，表明此时FeO没有碱性成分的作用，或者说没有脱磷能力。而当温度低于1430℃时，生成3FeO•P2O5的自由能变化则小于生成FeO(l)的自由能变化，使得FeO具有一定的脱磷能力。此外，在与CaO、BaO、MgO等组成的复合脱磷剂中，FeO还有着重要的助熔剂作用。

氧化镁 比较MgO和FeO作为碱性成分的脱磷反应的△G可知，各自单独使用时二者有着相似的脱磷行为，即在1430℃以上MgO没有脱磷能力，而在1430℃以下有着一定的、略大于FeO的脱磷能力。在复合脱磷剂中。尤其是在以渣相中的FeO作为氧化剂而无外加氧时，即使在1430℃以上的温度，由于生成，3MgO•P2O5的自由能变化小于生成P2O5(g)的自由能变化，使得MgO也具有一定的脱磷能力。

氧化钙 生成3CaO•P2O5和4CaO•P2O5的ΔG线均位于生成FeO的AG~线下面的较低处(图1)，说明CaO具有较强的脱磷能力。实际上，由于其脱磷能力强、来源丰富和价格便宜，石灰和以石灰为基的复合脱磷剂是应用最广泛的铁水脱磷剂之一。关于其脱磷产物是3CaO•P2O5还是4CaO•P2O5尚无定论，也可能是在CaO过饱和的情况下生成4CaO•P2O5，而在CaO未饱和的情况下生成3Ca0•P2O5。但二者的AG~值差别很小，在做热力学分析时选用任何一个都不会产生大的误差。为了便于与其他氧化物进行比较，一般取3CaO•P2O5。此外，如图1所示，生成3CaO•P2O5的AG。线当温度低于1370℃时位于生成CO的△G^。线的下面，生成4CaO•P2O5的△9线当温度低于1390℃时亦位于生成CO的△G^。线的下面，这说明此时用CaO脱磷时磷比碳优先氧化，有利于保碳脱磷。温度高于此值时情况则相反。但实际上，由于动力学方面的原因，铁水中碳开始激烈氧化的温度大约是1470℃。为了有效地进行保碳脱磷，通常将铁水预处理温度控制在1300～1350℃。

氧化钡 与CaO相比，BaO有着更强一些的脱磷能力，并且在整个铁水预处理温度区间可以保证有效地保碳脱磷。但由于其资源较少且价格昂贵，在工业生产中将其作为普通铁水脱磷剂应用的还不多。有关BaO和以BaO为基的复合渣系的脱磷还处于研究阶段。

氧化钠(或碳酸钠) 在所有常见的作为铁水脱磷剂的碱性氧化物中，。Na2O的脱磷能力是最强的，并且在整个铁水预处理温度区间可以保证有效地保碳脱磷。由于Na2O的沸点较低，且在高温下发生如下反应：

因高温时气化损失严重，故通常将铁水预处理的温度控制在1350℃以下。在实际的铁水预处理工艺中，Na2O通常是以苏打即Na2CO3的形式使用的。

苏打虽然已经在工业生产中应用很久了，但它的脱磷机理至今还不太清楚，脱磷反应式也还没有统一的看法。井上等人采用下式表示：

盖特利尔(Gatellier)等人则认为碳酸钠在高温下先发生分解反应：

后再进行脱磷反应：

总反应式为

张信昭根据Na2O—P2O5相图得出在高温下稳定的化合物是3Na2O•P2O5(熔点为1583℃)，因此认为在高温下Na2C0。先发生分解反应：

Na2O再与铁水中的磷发生反应：

总反应式为

苏打怍为脱磷剂在工业生产中使用的主要缺点是产生大量烟雾，造成钠的损失和环境污染。另外从价格上看比石灰也贵一些。但脱磷渣中的氧化钠可以通过水浸处理回收，达到循环使用。

常用的氧化脱磷剂 单从热力学上的脱磷能力来看，能够用于铁水的氧化脱磷的碱性氧化物有许多。但由于其来源和价格方面的原因，实际生产中常用的氧化脱磷剂只有苏打系和石灰系两大类。

苏打系脱磷剂 由于其高的脱磷能力和低熔点，苏打是比较常用的一种脱磷剂。但由于它在高温下极易分解而气化损失严重，通常在脱磷渣中配有一定的酸性氧化物(如SiO2)来稳定Na2O。另一方面，由于它的强碱性，在其他碱性氧化物为基的复合脱磷剂中有时也配加一定的苏打。典型的苏打系脱磷剂有苏打、苏打+铁鳞或烧结矿、苏打+铁鳞或烧结矿+硅石。作为例子，图2至图4给出了苏打脱磷试验得到的一些规律。