Теория металлургических процессов
  4.2 Влияние температуры на упругость диссоциации оксидов железа

Обладая переменной валентностью, железо при взаимодействии с кислородом образует несколько оксидов по реакциям

Результаты расчета равновесных парциальных давлений кислорода в реакциях (4.2), (4.4) и (4.6) при различных температурах показаны на рисунке 4.1.

Из рисунка видно, что равновесное парциальное давление кислорода в реакции (4.6) является высоким и достигает 100 кПа при температуре 1452оС. Это позволяет характеризовать реакцию (4.6) как обратимую в широком интервале температур. Равновесные парциальные давления кислорода в реакциях (4.2) и (4.4) очень малы.

При анализе данных на рисунке 4.1 нужно обратить внимание на то, что при низких температурах . Это означает, что Fe3O4 является более прочным оксидом. Поэтому при низких температурах оксид FeO не образуется. В этих условиях взаимодействие железа с кислородом протекает по реакции

Зависимость упругости диссоциации оксидов железа от температуры

Рисунок 4.1 – Зависимость упругости диссоциации оксидов железа от температуры: 1 – PO2(FeO) в реакции (4.2); 2 – PO2(Fe3O4) в реакции (4.4); 3 – PO2(Fe2O3) в реакции (4.6); 4 – PO2(Fe3O4) в реакции (4.8)

Так как , с ростом температуры упругость диссоциации оксида Fe3O4 увеличивается быстрее упругости диссоциации оксида FeO. При 570оС PO2(FeO) = PO2(Fe3O4), то есть прочность оксидов одинакова. При температурах выше 570оС . Это означает, что при высоких температурах наиболее устойчивым из оксидов железа является FeO.

Из сказанного выше следует, что в зависимости от температуры окисление металлического железа до высшего его оксида может протекать по следующим схемам:

  1. При температурах менее 570оС металлическое железо при взаимодействии с кислородом образует оксид Fe3O4 по реакции (4.8), который затем превращается в Fe2O3 по реакции (4.6).
  2. При температурах выше 570оС в результате взаимодействия металлического железа с кислородом образуется оксид FeO по реакции (4.2), после чего протекают реакции (4.4) и (4.6).

В поле диаграммы на рисунке 4.1 можно выделить следующие области.

Область I диаграммы является полем устойчивости оксида Fe2O3. В системах, состояние которых описывается точками в этом поле диаграммы, выполняется условие . При этом металлическое железо, а также оксиды FeO и Fe3O4 должны быть окислены до Fe2O3.

Область II диаграммы является полем устойчивости оксида Fe3O4. В системах, состояние которых описывается точками в этом поле диаграммы, выполняется условие . При этом оксид Fe2O3 подвергаются диссоциации по реакции (4.6), а металлическое железо и FeO окисляются до Fe3O4 по реакциям (4.2), (4.4) и (4.8).

Область III диаграммы является полем устойчивости оксида FeO. В системах, состояние которых описывается точками в этом поле диаграммы, выполняется условие . При этом оксиды Fe2O3 и Fe3O4 подвергаются диссоциации по реакциям (4.6) и (4.4), а металлическое железо окисляется до FeO по реакции (4.2).

Область IV диаграммы является полем устойчивости металлического железа. В системах, состояние которых описывается точками в этом поле диаграммы, окисление железа не происходит, так как выполняется условие .

  4.2 Влияние температуры на упругость диссоциации оксидов железа
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ