Oxidarea fosforului și eliminarea acestuia din metal prezintă o mare importanță practică, în special în producția de oțeluri de calitate superioară. Fosforul este o impuritate nocivă în oțel și chiar și o ușoară creștere a conținutului său duce la o scădere a rezistenței la impact a metalului.
La un conținut ridicat de fosfor, oțelul tinde la fracturare la rece, adică la formarea de fisuri atunci când oțelul este deformat la temperaturi scăzute.
Fosforul este dizolvat în metalul lichid sub forma unui compus chimic — fosfura de fier Fe3Р. În timpul perioadei de topire a sarcinii, oxidarea fosforului are loc prin reacție
Pentaoxidul de fosfor P2О5 — este un compus instabil, care se disociază ușor la temperaturi ridicate. Nu se dizolvă în metal și trece în zgură, formând în condițiile procesului din principalele cuptoare electrice un compus puternic cu oxidul de calciu al zgurii prin reacție:
Dacă sintetizăm cele două reacții de mai sus, obținem următoarea expresie pentru procesul total:
Constanta de echilibru a acestei reacții este
În această expresie, [Fe] = 1. În plus, luând în considerare concentrațiile mici de [Fe3P] și [FeO] sunt înlocuite cu valori aproximativ egale. Ca urmare, constanta de echilibru a reacției de oxidare a fosforului ia următoarea formă
Din condițiile de echilibru ale reacției rezultă că creșterea [FeO] în metal și (CaO) în zgură — condițiile necesare pentru o scădere a conținutului de fosfor în metal, adică pentru dezvoltarea reacției spre dreapta. Dependența constantei de echilibru a reacției de defosforizare de temperatură reflectă ecuația: lgK = (73600/T) — 29,74, din care rezultă că odată cu scăderea temperaturii valoarea constantei crește, adică se creează condiții favorabile pentru o trecere mai completă a fosforului din metal în zgură. Prin urmare, lupta împotriva fosforului cu cea mai mare eficiență poate fi efectuată la începutul perioadei de oxidare, când metalul nu este încă încălzit la temperatura necesară pentru oxidarea intensivă a carbonului. Când topitura cu conținut ridicat de carbon [C] > 1% este încălzită la 1580 °C, conținutul de FeO din zgură scade și defosforizarea încetinește.
Atunci când se introduce în zgură~3% de var, iar în a doua jumătate a perioadei de topire, introducerea a-0,7% de minereu de fier sau sinter din greutatea alimentării conduce la faptul că o parte semnificativă a fosforului este eliminată din metal în timpul perioadei de topire, iar descărcarea la timp a zgurii din cuptor prin pragul ferestrei de lucru asigură că, până la începutul băii de fierbere, conținutul de fosfor din aceasta ≤0,015%.
Defosforizarea metalelor este afectată în mod semnificativ de bazicitatea și vâscozitatea zgurii.
Creșterea bazicității zgurii este o modalitate mai eficientă de defosforizare a metalului decât creșterea conținutului său de FeO. În același timp, la o bazicitate a zgurii >2,0 și FeO∼10%, creșterea FeO asigură o defosforizare mai intensă a metalelor decât o creștere suplimentară a bazicității. Rata de defosforizare depinde în mare măsură de vâscozitatea zgurii. Cu cât vâscozitatea zgurii este mai mică, cu atât starea de echilibru între metal și zgură este mai rapidă. Scăderea vâscozității zgurii la bazicitatea sa constantă intensifică procesul de defosforizare a metalului.
