Феррофосфор ФФ20

Феррофосфор — ферросплав на основе железа и фосфора, применяемый в чёрной металлургии для легирования стали и чугуна. Марка ФФ20 означает, что массовая доля фосфора в сплаве составляет не менее 20 %. Помимо основных компонентов, материал содержит примеси кремния, марганца, серы, а также титана, ванадия и углерода. Феррофосфор поставляется в виде дроблёных кусков с характерным металлическим блеском.

Общие сведения о феррофосфоре

Феррофосфор (фосфид железа) представляет собой сплав, основу которого составляют железо и фосфор. Фазовый состав материала включает фосфиды Fe₃P, Fe₂P и FeP в различных соотношениях, зависящих от общего содержания фосфора. Диапазон массовой доли фосфора в товарных марках феррофосфора составляет от 14 до 25 %.

Ключевое свойство феррофосфора — сравнительно низкая температура плавления (около 960 °С), значительно ниже, чем у чистого железа (1539 °С). Это обеспечивает быстрое растворение ферросплава в жидком металле и снижает угар легирующего элемента при вводе в расплав. Данное качество определяет основное назначение материала — введение фосфора в расплавленный металл с минимальными потерями.

Феррофосфор относится к группе так называемых «малых» ферросплавов, то есть ферросплавов с относительно небольшими объёмами производства и потребления по сравнению с ферросилицием, ферромарганцем или феррохромом.

Химический состав феррофосфора по маркам

В России и странах СНГ феррофосфор выпускается по нескольким нормативным документам. Марки и их химический состав различаются в зависимости от способа получения (доменный или электротермический) и конкретных технических условий.

Доменный феррофосфор по ТУ 301-06-23-90

Доменный феррофосфор выпускается нескольких марок: ФФ14, ФФ16, ФФ18, ФФ20 и ФФ25. Цифра в обозначении указывает минимальную массовую долю фосфора. Ниже приведён состав наиболее распространённой марки ФФ20.

Допускаемое отклонение по содержанию фосфора в партии — не более 2 %. Масса отдельных кусков не должна превышать 15 кг.

Электротермический феррофосфор по ТУ 659 РК 05789469-05-95

Электротермический феррофосфор является побочным продуктом производства жёлтого (белого) фосфора в электропечах. Он выпускается под марками ФФ25-1, ФФ25-2, ФФ20-6 и ФФ15-15. В маркировке первая цифра обозначает минимальное содержание фосфора, вторая — максимально допустимое содержание кремния.

Все марки электротермического феррофосфора дополнительно содержат: титан — 0,3–2,2 %, ванадий — 0,2–0,4 %, углерод — 0,03–0,5 %. Эти элементы не являются выбраковочным признаком; при необходимости их определение производит потребитель. Остальное количество приходится на железо.

Физические свойства феррофосфора

Феррофосфор — твёрдый, хрупкий сплав с характерным металлическим блеском на изломе. Основные физические характеристики товарного феррофосфора (при содержании P около 20 %):

Низкая температура плавления по сравнению с чистым железом (1539 °С) является технологическим преимуществом: при вводе ферросплава в жидкий металл он быстро растворяется, что снижает угар фосфора и обеспечивает более равномерное распределение легирующего элемента в расплаве.

Способы получения феррофосфора

Феррофосфор получают двумя основными способами, различающимися по исходному сырью и технологии.

Доменный способ

Доменный феррофосфор выплавляют в доменных печах путём восстановления фосфорсодержащего минерального сырья (апатитов или фосфоритов) углеродом при высокой температуре. В шихту добавляют железную руду или стальную стружку, а также кремнезём для связывания кальция в силикат. Продуктом плавки является ферросплав с заданным содержанием фосфора.

Электротермический способ (побочный продукт)

Электротермический феррофосфор образуется как побочный продукт при производстве жёлтого (белого) фосфора в дуговых электрических печах. В ходе электротермического восстановления фосфатного сырья часть восстановленного фосфора взаимодействует с железом, содержащимся в шихте и руде, образуя расплав феррофосфора. Этот расплав периодически выпускают из печи и разливают для охлаждения.

Электротермический феррофосфор, как правило, отличается от доменного более высоким содержанием кремния, марганца, титана и ванадия, что отражено в системе маркировки (например, ФФ20-6 — вторая цифра указывает на допустимое содержание кремния до 6 %).

Влияние фосфора на свойства стали и чугуна

Фосфор оказывает существенное и неоднозначное влияние на свойства чёрных металлов, поэтому его содержание строго контролируется. Понимание этого влияния необходимо для корректного дозирования феррофосфора при плавке.

Влияние фосфора на свойства стали

В большинстве конструкционных сталей фосфор считается вредной примесью, так как вызывает хладноломкость — повышенную хрупкость при пониженных температурах. Это обусловлено сегрегацией фосфора по границам зёрен при кристаллизации (внутрикристаллическая ликвация). В высококачественных сталях содержание фосфора ограничивают величиной менее 0,03 %.

Однако при контролируемом введении фосфор может быть полезен. Он повышает прочность и твёрдость стали за счёт упрочнения твёрдого раствора (феррита), улучшает обрабатываемость резанием и повышает коррозионную стойкость. Эти свойства используются в ряде специальных марок:

Влияние фосфора на свойства чугуна

В чугуне фосфор играет несколько иную роль, чем в стали. Он заметно повышает жидкотекучесть расплава, что имеет большое практическое значение при литье тонкостенных и сложнопрофильных изделий. Кроме того, фосфор снижает температуру эвтектического превращения и уменьшает растворимость углерода в чугуне.

Благодаря этим свойствам феррофосфор традиционно применяют при выплавке чугуна для художественного и точного (фасонного) литья, производства посуды, радиаторов отопления и других изделий, требующих хорошей заполняемости литейной формы. Также фосфор повышает износостойкость чугуна, что используется при изготовлении антифрикционных чугунных деталей.

Вместе с тем при содержании фосфора свыше 0,3–0,4 % хрупкость чугуна существенно возрастает, а для высокопрочных чугунов с шаровидным графитом (ВЧ) рекомендуемый предел ещё ниже — не более 0,08 %. Поэтому дозировка феррофосфора при выплавке требует точного расчёта шихты.

Области применения феррофосфора ФФ20

Основная область применения феррофосфора — чёрная металлургия. Материал используется как легирующая добавка при выплавке конструкционных и специальных марок стали, а также при производстве литейных чугунов. Конкретные направления использования:

Применение в цинконаполненных покрытиях

Помимо металлургии, феррофосфор в виде порошка находит применение в составе цинконаполненных антикоррозионных покрытий. В таких покрытиях порошок феррофосфора частично заменяет цинк, который является дорогостоящим компонентом. Технологическое преимущество заключается в том, что температура плавления феррофосфора (около 960 °С) значительно выше, чем у цинка (420 °С). Поэтому при проведении сварочных работ по покрытию феррофосфор менее летуч, что способствует формированию беспористого сварного шва и уменьшает загрязнение зоны дыхания сварщика парами металла.

Требования к качеству и приёмке

Качество товарного феррофосфора контролируется по нескольким показателям, установленным в соответствующих технических условиях.

Требования к внешнему виду

Излом кусков и их поверхность должны быть свободны от ярко выраженных включений песка, шлака и прочих загрязнений. На изломе допускаются незначительные вкрапления неметаллического шлака.

Требования к гранулометрическому составу

Массовая доля мелочи (фракция, проходящая через сито с отверстиями 20 мм) не должна превышать 20 % от массы отгружаемой партии. Для экспортных поставок по ТУ 659 РК 05789469-05-95 этот показатель ужесточён — не более 5 %.

Контроль химического состава

Феррофосфор поставляется партиями, которые могут состоять из одной или нескольких плавок. Допускаемое отклонение по содержанию фосфора в пределах партии — не более 2 %. Отбор и подготовка проб для химического анализа производятся в соответствии с действующими стандартами на ферросплавы.

Формы поставки феррофосфора

Феррофосфор ФФ20 поставляется в нескольких товарных формах в зависимости от требований потребителя:

При заказе необходимо указывать требуемую марку, нормативный документ (ТУ) и, при необходимости, фракционный состав. Конкретные условия поставки, объёмы и сроки согласуются с поставщиком индивидуально.

Транспортирование и хранение феррофосфора

Феррофосфор в кусковой форме не требует упаковки. Транспортирование осуществляется навалом в открытых вагонах или автотранспортом. Порошковый феррофосфор поставляется в таре, обеспечивающей сохранность материала.

Хранение кускового ферросплава допускается на открытых или закрытых площадках с твёрдым покрытием. Срок хранения при соблюдении условий — не ограничен. Материал химически устойчив в нормальных атмосферных условиях, не подвержен коррозии и не требует особых мер защиты от влаги.

По степени воздействия на организм феррофосфор в нормальных условиях пожаро- и взрывобезопасен. При работе с дроблёным и порошковым материалом следует соблюдать стандартные меры защиты от пыли ферросплавов в соответствии с требованиями безопасности труда.

Маркировка феррофосфора

Система маркировки феррофосфора построена следующим образом: буквы «ФФ» обозначают основу сплава (феррофосфор), первое число указывает минимальную массовую долю фосфора в процентах. Для электротермических марок через дефис добавляется второе число — максимально допустимое содержание кремния. Международное обозначение — FeP (например, FeP 20-6). Примеры расшифровки:

При выборе марки феррофосфора следует учитывать не только требуемое содержание фосфора, но и допустимые пределы сопутствующих элементов (кремния, марганца, серы), которые могут повлиять на свойства конечного продукта. Для сталей с жёсткими требованиями к чистоте предпочтительны марки с низким содержанием кремния и марганца (ФФ20 по ТУ 301-06-23-90 или ФФ25-1 по ТУ 659).