Теоретические основы металлургического производства
  1.6 Изменение окисленности металла и шлака по ходу плавки

При выплавке стали в расплаве обычно присутствуют примеси, которые обладают более высоким химическим сродством к растворенному в металле кислороду, чем железо. Именно эти примеси ограничивают концентрацию кислорода в металле по ходу плавки.

Окисление основного количество кремния, марганца и других обладающих наиболее высоким химическим сродством по отношению к кислороду примесей металла обычно завершается в начальном периоде плавки. После этого вплоть до раскисления металла наиболее активной по отношению к кислороду примесью сталеплавильной ванны остается углерод. В этих условиях для оценки средних значений фактического содержания кислорода в стали во время окислительного рафинирования с достаточной точностью можно использовать следующие эмпирические соотношения: при концентрации углерода в металле более 0,1%

при концентрации углерода в металле 0,02 – 0,1%

Результаты расчетов согласно уравнениям (1.18) и (1.19) приведены на рисунке 1.5. По ходу плавки кислород поступает в металл из оксидов железа в шлаке и расходуется на окисление растворенного в металле углерода. В связи с этим в широком интервале концентраций углерода фактическое содержание кислорода в расплаве несколько выше равновесного с растворенным в металле углеродом, но более чем в 2 раза ниже равновесного со шлаком. Исключением из этого правила является область расплавов с содержанием углерода менее 0,04%. В этих условиях равновесные с растворенным в металле углеродом концентрации кислорода в стали становятся выше растворимости его в равновесии с реальными сталеплавильными шлаками. Поэтому в этой области содержание кислорода в металле определяется протеканием реакции (1.16).

Зависимость содержания кислорода от концентрации углерода в металле при окислительном рафинировании

Рисунок 1.5 – Зависимость содержания кислорода от концентрации углерода в металле при окислительном рафинировании: 1 – фактическое содержание кислорода в конце окислительного рафинирования; 2 - содержание кислорода в равновесии с оксидами железа шлака этого периода; 3 – содержание кислорода в равновесии с растворенным в металле углеродом при 1600оС и PCO = 0,1 МПа ([C][O] = 0,0025)

Из рисунка 1.5 видно также, что при высоких концентрациях углерода окисленность металла меняется в узких пределах. Быстрое увеличение концентрации растворенного в металле кислорода происходит при содержании углерода в менее 0,2%.

Сведения о содержании оксидов железа в шлаке при окислительном рафинировании приведены на рисунке 1.6. На протяжении большей части общей продолжительности плавки фактическое содержание оксидов железа в шлаке несколько выше равновесного с металлом, но значительно ниже равновесного с кислородом газовой фазы сталеплавильного агрегата. При высоких концентрациях растворенного в металле углерода окисленность шлака изменяется в узких пределах. При [C] < 0,1% содержание оксидов железа в шлаке начинает быстро увеличиваться и при [C] < 0,05% приближается к равновесию с газовой фазой.

Содержание оксидов железа в шлаке во время окислительного рафинирования

Рисунок 1.6 – Содержание оксидов железа в шлаке во время окислительного рафинирования при 1550 – 1650оС: I – содержание оксидов железа в равновесия с газовой фазой сталеплавильного агрегата; II – содержание оксидов железа в гетерогенных шлаках при низких температурах ванны; 1, 2 – реальные шлаки кислородно-конвертерного и мартеновского процессов; 3, 4 – средние значения в равновесии с фактическим содержанием кислорода и углерода в металле

Из рисунков 1.5 и 1.6 видно, что в сталеплавильных агрегатах фактическое содержание кислорода в металле ниже равновесного с оксидами железа шлака. В свою очередь, содержание оксидов железа в сталеплавильных шлаках ниже равновесного с кислородом газовой фазы агрегата. Это означает, что химический потенциал кислорода в газовой фазе выше, чем в шлаке, а в шлаке больше, чем в металле. Поэтому процесс плавки в любом сталеплавильном агрегате неизбежно сопровождается передачей кислорода из газовой фазы через шлак в металл.

  1.6 Изменение окисленности металла и шлака по ходу плавки
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ