Чем определяется последовательность окисления примесей при продувке металла в конвертере? Какие факторы влияют на скорость окисления?

Реакции окисления. В течение продувки за счет подаваемого в конвертер кислорода окисляется избыточный углерод, а также кремний, большая часть марганца и некоторое количество железа. Окисление примесей жидкого чугуна – С, Si, Mn можно представить следующими итоговыми реакциями: [C] + ½O₂ =CO; [Si] + O₂ = (SiO₂); [Mn] + O₂ = (MnO).

За счет непосредственного взаимодействия с газообразным кислородом окисляется лишь незначительная часть примесей. Окисление большей части примесей протекает по более сложной схеме – первоначально в зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо Fe + ½O₂ =FeO; это связано с тем, что концентрация железа во много раз больше концентрации др. элементов. Образующаяся закись железа растворяется частично в металле: FeO → [O] +Fe и частично в шлаке: FeO → (FeO) и уже за счет этого растворенного в металле и шлаке кислорода окисляются прочие составляющие жидкого чугуна. Таким образом, для продувки в конвертере характерно прямое окисление железа в зоне контакта кислородной струи с металлом и окисление прочих составляющих металла за счет вторичных реакций на границе с первичной реакционной зоной и в остальной объеме ванны.

Окисление Si и Mn,так же как и углерода начинается с момента подачи кислорода, причем весь Si и большая часть Mn выгорают в первые минуты продувки. Более быстрое их окисление по сравнению с углеродом объясняется различием в химическом сродстве разных элементов к кислороду при различных температурах. На рис. 104 приведена зависимость химического сродства ряда элементов к кислороду от температуры; при этом величина химического сродства тем больше, чем больше по абсолютной величине отрицательное значение ∆G°.Из рис. Видно, что при Т ниже 1450 – 1500 °С кремний и марганец обладают более высоким сродством к кислороду, чем С; при более же высоких Т сродство С к кислороду превышает сродство Mn и Si. В соответствии с этим Mn и Si окисляются в начале продувки, когда температура в конвертере сравнительно невысока. Окисление Si заканчивается в первые 3-5 мин продувки и в дальнейшем по ходу плавки жидкий металл Si не содержит. К 3-5 мин окисляется около 70% Mn. При уменьшении содержания FeO в шлаке во второй половине продувки содержание Mn в металле возрастает, т.е. Mn восстанавливается из шлака; в конце продувки, когда вследствие усиливающегося окисления Fe содержание оксидов железа в шлаке возрастает, наблюдается вторичное окисление Mn. Конечное содержание Mn возрастает при увеличении Т металла в конце продувки и снижении окисленности шлака.

Окисление С в начале продувки, когда интенсивно окисляются Si и Mn, а Т ванны мала, скорость окисления С сравнительно невелика. В дальнейшем, вследствие повышения сродства С к кислороду при росте Т и уменьшения расхода О на окисление Mn и Si, скорость окисления С возрастает, достигая к середине продувки max. В конце продувки она вновь снижается вследствие уменьшении содержания С в металле.

Для успешного протекания дефосфорации необходимо повышение основности и окисленности шлака и невысокая Т. В кислородном конвертере благоприятные условия для удаления в шлак фосфора – наличие основных шлаков со сравнительно высоким содержанием окислов железа и хорошее перемешивание ванны. Дефосфорация начинается сразу после начала продувки, что объясняется быстрым началом формирования основного железистого шлака в конвертере. Более полному протеканию реакции дефосфорации способствует улучшение перемешивания металла со шлаком, что достигается при снижении вязкости шлака и при более раннем шлакообразовании, поскольку в этом случае увеличивается продолжительность контакта металла со шлаком. Большое значение имеет количество шлака, поскольку при одной и той же достигнутой величине коэффициента распределения, количество фосфора, перешедшего в шлак, будет тем больше, чем больше масса шлака. Поэтому при повышенном содержании фосфора в чугуне обычно увеличивают количество конвертерного шлака.

Десульфурация происходит в течение всей продувки. Для успешного протекания реакции необходимы высокая основность шлака и низкое содержание в нем окислов железа. Степень десульфурациивозрастает при увеличении количества шлака, а также при ускорении формирования шлака и увеличении длительности продувки. Т не оказывает заметного влияния.

Добавка

1 сродство с кислородом, чем оно больше тем выше вероятность, что начнет окисляться элемент раньше

2 Поверхностно активность