Окислення і відновлення марганцю
Основні реакції сталеплавильних процесів
Лекція 3. Виробництво сталі
Процес отримання сталі - процес окислювальний. Сталь - результат окислення домішок чавуну. Окислювачем в сталеплавильному процесі зазвичай є кисень.
При написанні реакцій будемо користуватися наступними позначеннями:
Про - газова фаза; [0] - фаза металу; (0) - фаза шлаку
Реакція окислення вуглецю є основним процесом, а що утворюється газова фаза перемішує метал, вирівнює його склад і температуру. Окислення вуглецю за таких реакцій:
2 [C] + O2 → 2CO + Q
[C] + (FeO) → CO + [Fe] + Q
[C] + [O] → CO + Q
Процеси окислення марганцю протікають при відносно невисоких температурах:
[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe] + Q
При високих температурах марганець здатний відновлюватися:
(MnO) + [Fe] = [Mn] + (FeO)
Процеси окислення і відновлення марганцю йдуть в залежності від температури і складу шлаку.
Окислення кремнію за таких реакцій:
[Si] + 2 (FeO) = (SiO2) + 2 [Fe] + Q
При високих температурах може відбуватися і відновлення кремнію.
Окислення фосфору утворюється за таких реакцій:
Фосфор є однією з найбільш шкідливих домішок. Він здатний відновлюватися при підвищеній температурі, високому вмісті кремнію і низькому вмісті FeO в шлаку. Для того, щоб найбільш повно видалити фосфор, необхідно:
- забезпечення окислювального середовища, зокрема високий вміст FeO в шлаку.
- наявність шлаків, що містять мало фосфору (часта зміна шлаку)
- підтримка щодо невисокої температури.
Сірка поряд з фосфором є найбільш шкідливою домішкою. Окислення сірки йде на поверхні розділу фаз, тому для збільшення ефективності необхідно інтенсивне перемішування. Окислення сірки утворюється за таких реакцій:
[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)
[FeS] + (MnO) = (MnS) + (FeO)
Водень і азот видаляються разом з СО в результаті так званого кипіння ванни.
Для видалення кисню проводять розкислення стали, тобто видалення кисню шляхом зв'язування його в оксиди мeталлов, що мають більшу спорідненість до кисню, ніж залізо. Зазвичай в якості розкислювачів використовують кремній і алюміній. Розкислення за таких реакцій:
Розкислення буває 2-х видів:
глибинне - раскислители вводять в глибину металу. У цьому випадку потрібен певний час для того, щоб продукти розкислення спливли на поверхню металу і перейшли в шлак.
диффузионное - раскислители в тонкоподрібненому вигляді подають на шлак, що покриває метал. Спочатку відбувається розкислення шлаку, потім розкислення металу, тобто процес йде на кордоні розділу фаз.