Теоретические основы металлургического производства
  9.3 Общая термодинамическая характеристика реакции окисления углерода

Обладая переменной валентностью, углерод при взаимодействии с растворенным в металле кислородом может образовать два оксида по реакциям

Чтобы выяснить, какая из реакций получает преимущественное развитие в процессе обезуглероживания металла, было выполнено большое количество экспериментальных исследований состава выделяющегося из металла газа.

В настоящее время наиболее достоверными считаются результаты исследований А.М. Самарина, который изучал состав газа, выделяющегося из металла в условиях близких к равновесным при отсутствии шлака на поверхности расплава. При этом получены следующие результаты:

Приведенные данные свидетельствуют о том, что значительное количество CO2 в продуктах реакции окисления углерода наблюдается только при концентрациях углерода менее 0,05%. При более высоком содержании углерода в металле наличием CO2 в продуктах реакций с достаточной для практических целей точностью можно пренебречь и считать, что обезуглероживание металла протекает только по реакции (9.9).

Результаты исследования большинства авторов свидетельствуют о том, что реакция (9.9) является слабой экзотермической реакцией ( H = 36 – 46 кДж/моль). Так, например, согласно данным В.И. Явойского стандартное значение изменения энергии Гиббса и константа равновесия реакции (9.9) могут быть рассчитаны по уравнениям

Константа равновесия реакции (9.9) определяется из выражения

Характер зависимости величины коэффициентов активности fC и fO от концентрации углерода в металле показан на рисунке 9.3.

Зависимость значений коэффициентов активности углерода и кислорода в расплавах железа от концентрации углерода

Рисунок 9.3 – Зависимость значений коэффициентов активности углерода и кислорода в расплавах железа от концентрации углерода: 1 – коэффициент активности углерода; 2 – произведение коэффициентов активности; 3 – коэффициент активности кислорода

При [C] < 1% значения коэффициентов активности fC и fO, а также их произведение близки к единице. Это позволяет с достаточной точностью записать константу равновесия реакции (9.9) в виде

откуда

Так как значение теплового эффекта реакции мало, рассматривая ее протекание в ограниченной области температур заключительного периода плавки, влиянием температуры на величину константы равновесия с достаточной для практических целей точностью можно пренебречь. Расчеты по уравнению (9.12) показывают, что при 1600оС KC = 402. Тогда

Приняв для открытых сталеплавильных агрегатов PCO = 0,1 МПа, получим

Последнее уравнение может быть использовано для определения равновесных соотношений между концентрациями углерода и кислорода в жидком железе при содержании углерода от 0,05 до 1,2 – 1,5%.

  9.3 Общая термодинамическая характеристика реакции окисления углерода
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ