Окисление углерода в электропечи   

   Окисление углерода представляет собой сложный процесс, даже в упрощённом виде состоит из трёх стадий:

  • доставка кислорода в металлическую ванну;
  • собственно реакция окисления;
  • удаление продуктов.

   С учётом конвективных потоков процессу приписывают 6 стадий. Кислород переходит в металл потому ,что его концентрация там ниже равновесной. Существуют эмпирические и полуэмпирические уравнения, диаграммы, определяющие переход (О) в [O] в зависимости от состава шлака (основность, %(FeO) и его активность), температуры, углерода [C] и т.д. По С.Т. Ростовцеву растворимость кислорода в железе %[O]мах при 16000 С около 0,23% и определяется только температурой.

   При любом способе введения кислорода в расплав Ме рост его концентрации замедлен, т.е. процесс в конечном итоге сводится к межфазному взаимодействию    «Ш – Ме»

   В соответствии с правилом химического сродства растворённый кислород  реагирует с углеродом:

[O]+[C]=[CO]={CO} (1)

   обе стадии обратимы, поэтому процесс идёт вправо при достаточно высоких значениях [C] и, особенно [O] – переокисление, необходимо для глубокого обезуглероживания. Численная характеристика равновесия (1) установлена эмпирически:

m=[O]*[C]/Рсо =0,0025 ,

   т.е. выражается при (РСО=const) гиперболической зависимостью, хорошо подтверждаемой опытными данными. Которые свидетельствуют, что при содержании углерода до 1%, содержание кислорода тем ниже, чем больший процент углерода содержится в металле. Фактическое содержание кислорода в металле несколько выше равновесного, что связано с:

  • кинетической замедленностью процесса;
  • значительными затратами энергии на три стадии процесса – зарождение и удаление пузыря СО:

РСО=Ратм+РМе+РШ+Ркапилл.

РСО=Ратм+gFe .hFe+gш.hш+2s/r, где

g — плотность, г/см3

h — высота столба, см

s — поверхностное натяжение металла, дин/см

r — радиус пузыря, см

   отсюда видно, что выделение газа в самостоятельную фазу требует преодоления большого давления. Во-вторых, что в гомогенной среде зарождение пузырька практически невозможно, т.к. например, для r=1 мкм (10-6 см) член 2s/r становится намного больше суммы всех остальных, а при r—0, Ркапилл.—бесконечночти. Поэтому зарождение новой фазы происходит по фазовым границам «Ш – Ме» и «Ме – футеровка».

   Однако при диаметре пузырей меньше1 мм избыточное давление, определяемое последним членом уравнения становится настолько малым (0,03 ат.), что им можно пренебречь. По этим соображениям численные значение  [C].[O] = 0,0025 логично понизить, прибегнув к продувке стальной ванны инертным газом. Этот приём используют в частности при обезуглероживании высокохромистых сплавов (при выплавке нержавеющих и жаропрочных сталей переплавом отходов). Процесс протекает более интенсивно при повышении температуры.

Похожие записи: