Теоретические основы металлургического производства
  6.2 Окислительная способность шлака

Окислительная способность шлака – это способность его оказывать окислительное воздействие на металлическую фазу, передавая в кислород. Передача кислорода из шлака в металлический расплав возможна в случае, когда содержание кислорода в металле в равновесии со шлаком при данной температуре превышает фактическую концентрацию кислорода в расплаве, т.е.

С учетом ранее сделанного допущения, согласно которому , уравнение (6.5) можно записать в виде

Из уравнения (6.6) видно, что окислительная способность шлака определяется следующими факторами:

  • суммарное содержание оксидов железа в шлаке;
  • химический состав шлака, который определяет численное значение коэффициента активности FeO;
  • температура, от которой зависит равновесное значение коэффициента распределения кислорода между шлаком и металлом;
  • содержание в металле углерода, который определяет фактическую окис-ленность металлического расплава по ходу плавки.

С ростом суммарного содержания оксидов железа в шлаке его окислительная способность увеличивается.

Величина коэффициента (FeO) определяется, кроме содержания оксидов железа, концентрацией всех других компонентов шлака, главными из которых являются CaO и SiO2. Вследствие этого величина коэффициента активности оксидов железа прежде всего зависит от основности шлака. В качестве примера в таблице 6.1 приведены сведения о влиянии основности шлака на величины (FeO) и a(FeO) в шлаке, содержащем 20% (мольных) оксидов железа, а также содержании кислорода в железе в равновесии со шлаком при температуре 1600оС.

Анализ данных таблицы 6.1 показывает, что при неизменном содержании оксидов железа величина a(FeO) и содержание кислорода в железе в равновесии со шлаком при повышении его основности примерно до двух первоначально увеличиваются, а при дальнейшем росте основности шлака начинают уменьшаться.

Таблица 6.1 – Влияние основности шлака на величину a(FeO) и концентрацию кислорода в железе в равновесии со шлаком при 1600оС

Влияние основности шлака на концентрацию кислорода в железе

Так как поступление кислорода в металл из оксидов железа шлака является сильной эндотермической реакцией, повышение температуры при прочих равных условиях сопровождается ростом содержания кислорода в металле в равновесии со шлаком.

Характер зависимости содержания кислорода в металле от концентрации углерода при окислительном рафинировании показан на рисунке 1.5.

Оценку окислительной способности основных сталеплавильных шлаков можно также провести с помощью уравнений Фрагеменца и Каллинга

А.Д. Крамарова

Чипмана и Ченга

При выполнении расчетов по формулам (6.7) – (6.9) необходимо обратить внимание на то, что в уравнениях (6.7) и (6.8) содержание оксидов железа в шлаке должно быть выражено в процентах по массе, а в формуле (6.9) – в мольных долях.

Если рассчитанное по формулам (6.7) – (6.9) отношение [O]/(FeO) окажется выше фактического его значения, по ходу плавки обязательно будет протекать окисление металла кислородом оксидов железа в шлаке.

Если понижать содержание оксидов железа в шлаке, можно достичь ситуации, когда равновесное со шлаком содержание кислорода в железе станет равным фактической его концентрации. По отношению к металлу такой шлак называется нейтральным.

Дальнейшее уменьшение оксиленности шлака приведет к возникновению качественно новой ситуации, когда содержание кислорода в металле в равновесии со шлаком станет меньше фактической его концентрации. В этих условиях приближение системы к состоянию термодинамического равновесия будет протекать путем передачи кислорода из металла в шлак. Такой шлак обычно называется раскислительным или восстановительным.

На рисунке 6.2 приведены данные об изменении содержания оксидов железа в нейтральном шлаке при изменении его основности и концентрации углерода в металле. Из рисунка видно, что шлаки с (FeO) менее 1 – 1,5% обладают раскислительной способностью по отношению к металлу с любым содержанием углерода.

Зависимость содержания оксидов железа в нейтральном шлаке от содержания углерода в металле и основности шлака

Рисунок 6.2 – Зависимость содержания оксидов железа в нейтральном шлаке от содержания углерода в металле и основности шлака (цифры у кривых) при 1600оС

Эксплуатация кислородных конвертеров и мартеновских печей связана с необходимостью подачи в рабочее пространство агрегата кислорода. Поэтому при выплавке стали в этих агрегатах получение шлаков с (FeO) менее 1,5% представляет собой сложную задачу. Нагрев металла в дуговых электросталеплавильных печах не связан с необходимостью подачи в рабочее пространство кислорода, что позволяет получить шлаки с указанным содержанием оксидов железа в так называемом восстановительном периоде плавки.

Сказанное выше об окислительной и раскислительной способности шлаков относится к гомогенным шлакам, имеющим нормальную вязкость. Если шлак гетерогенный и малоподвижный, его окислительное воздействие на металл уменьшается, хотя содержание оксидов железа в таком шлаке обычно значительно больше, чем в гомогенном.

  6.2 Окислительная способность шлака
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ