Теоретические основы металлургического производства
  13.3 Общая термодинамическая характеристика реакции окисления марганца

В сталеплавильных процессах окисление марганца может протекать по реакциям

Реакция (13.2) имеет доминирующее значение при окислительном рафинировании металла в сталеплавильных агрегатах. Реакции (13.3) и (13.4) протекают при осаждающем раскислении.

Влияние температуры на величину константы равновесия реакции (13.2) можно описать уравнением

Исходя из уравнения (13.5), формула для определения стандартного значения изменения энергии Гиббса при протекании реакции (13.2) может быть получена в виде

Из последнего уравнения видно, что реакция (13.2) является сильной экзотермической реакцией. Поэтому более полному ее протеканию в направлении окисления марганца будут способствовать относительно низкие температуры начального периода плавки. Повышение температуры ванны в заключительном периоде плавки создает предпосылки для частичного восстановления марганца из оксида в шлаке.

Кроме того, окислению марганца будут способствовать высокая активность оксида железа и низкая активность оксида марганца в шлаке.

В связи с трудностью определения активности (FeO) и (MnO) в практических расчетах часто пользуются величиной

Кроме температуры величина константы K'Mn зависит также от ряда других факторов, из которых наиболее сильное влияние оказывает основность шлака.

Влияние основности шлака на величину константы K'Mn показано на рисунке 13.1. Из рисунка видно, что под кислыми шлаками окисление марганца протекает с большей полнотой, чем под основными.

1

Рисунок 13.1 – Зависимость константы K'Mn от основности шлака при 1600оС

С использованием молекулярной теории строения шлака это можно объяснить тем, что MnO обладает основными свойствами и в кислых шлаках взаимодействует с кремнеземом по реакции

В результате образования силиката марганца активность (MnO) уменьшается и равновесие реакции (13.2) смещается в направлении образования дополнительного количества оксида.

При вводе в шлак оксида кальция он замещает оксид марганца в составе силикатов по реакции

При этом активность (MnO) увеличивается и равновесие реакции (13.2) смещается в сторону восстановления марганца из оксида в шлаке.

По мере роста основности шлака быстрое изменение величины K'Mn наблюдается вплоть до основности шлака близкой к 2. При этом значении основности весь кремнезем в шлаке связан в устойчивый ортосиликат кальция. Дальнейший рост основности шлака слабо отражается на величине константы K'Mn.

Для определения численного значения K'Mn при плавке металла под основным шлаком можно пользоваться зависимостью

Формула (13.10) справедлива для основности шлака 2,5 – 3,0. В случаях, когда основность шлака отличается от указанного значения, необходимо ввести поправку на влияние основности. С этой целью значение K'Mn уменьшают на 0,25 – 0,35 на каждую единицу увеличения основности шлака свыше 3 и увеличивают на 0,4 – 0,5 при уменьшении основности на единицу ниже 2,5.

Например, при 1600оС рассчитанное по уравнению (13.19) значение K'Mn равняется 2,61. Тогда при основности шлака равной 2 эта константа будет равна

При основности шлака равной 4 константа K'Mn будет равна

  13.3 Общая термодинамическая характеристика реакции окисления марганца
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ