Теоретические основы металлургического производства
  1.4 Окисление железа в сталеплавильных процессах

Обладая переменной валентностью, железо при взаимодействии с газообразным кислородом образует оксиды FeO, Fe3O4 и Fe2O3 по реакциям

О возможности устойчивого существования каждого из них при различных температурах можно судить, исходя их следующих соображений. Для реакции

Если металл и оксид металла участвуют в реакции в стандартных состояниях, уравнение (1.9) приобретает вид

Из уравнения (1.10) видно, что стойкость чистых оксидов в условиях сталеплавильных процессов можно оценить, сравнив величины упругости диссоциации оксида и фактического парциального давления кислорода в газовой фазе агрегата. При , что свидетельствует о протекании реакции в направлении окисления металла. Если , т. е. возникают предпосылки для термической диссоциации оксида.

1Парциальное давление кислорода в газовой фазе над ванной мартеновской печи обычно составляет 0,002 – 0,005 МПа (0,02 – 0,05 атм.), что соответствует области I на рисунке 1.2. В этих условиях до температур 1300 – 1350оС упругость диссоциации Fe2O3 меньше фактического парциального давления кислорода в газовой фазе мартеновской печи, что свидетельствует о возможности устойчивого существования чистого оксида. При более высоких температурах Fe2O3 в чистом виде существовать не может. Он может присутствовать в шлаке при активности, которая обеспечивает упругость диссоциации равную парциальному давлению кислорода в газовой фазе.

При температурах 1350 – 1700оС и характерном для мартеновской плавки парциальном давлении кислорода устойчивым является оксид Fe3O4. Металлическое железо и FeO окисляются по реакциям (1.5) и (1.6).

Непосредственное взаимодействие чистых оксидов железа и металла с газовой фазой мартеновской печи наблюдается только в периодах завалки и прогрева. В дальнейшем по ходу плавки в любом агрегате оксиды железа растворяются в шлаке, а жидкий металл содержит примеси, активность которых по отношению к кислороду выше, чем у железа (прежде всего углерод). Это существенно изменяет условия протекания реакций (1.5) – (1.7), поэтому взаимодействие железа с кислородом газовой фазы сталеплавильного агрегата нельзя объяснять при помощи рисунка 1.2.

Рисунок 1.2 – Зависимость упругости диссоциации оксидов железа от температуры: 1 - Fe2O3; 2 - Fe3O4; 3 - FeO

  1.4 Окисление железа в сталеплавильных процессах
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ