Расплавов на основе железа
1. С помощью плавки металла во взвешенном состоянии, метода падающей в окислительной атмосфере капли, плавки в индукционных печах и печах сопротивления были изучены процессы рафинирования синтетических сплавов и чугунов в условиях по возможности близких к реакционной зоне сталеплавильных агрегатов.
2. Экспериментально установлено, что, когда концентрации [C], [Mn], [Si], [P] относительно велики (больше 0,1-0,3 %) окисление этих элементов происходит преимущественно на границе раздела фаз металл-газ. В этот период ведущим звеном, определяющим скорость процесса окисления, является массоперенос кислорода в объеме газовой фазы к поверхности металла.
3). В этих условиях протекают следующие реакции:
1) [C]+1/2O2 газ=COгаз;
2) СОгаз+1/2О2 газ =СО2 газ;
3) [Si]+1/2O2 газ={SiO}газ;
4) {SiO}+1/2O2 газ=(SiO2);
5) [Mn]+1/2O2 газ=(MnO);
6) Mnгаз+1/2О2 газ=(MnO);
7) [P]+1/2O2 газ={PO}газ;
8) 2{PO}+3/2O2 газ=(P2O5);
9) Feж +1/2О2 газ=(FeO).
В квадратных скобках обозначены концентрации компонентов металла, в других – компонентов шлака, а в фигурных скобках первичные, в ряде случаев нестабильные продукты окисления, так или иначе зафиксированные в газах, покидающих поверхность окисляемого металла.
Реакция (2) протекает в тонком ламинарном слое, непосредственно прилегающем к поверхности расплава. Реакция (9) имеет относительно слабое развитие, определяемое концентрациями таких компонентов как С, Mn, Si и др.
4. При высоких концентрациях в расплаве этих компонентов скорость их окисления мало зависит от температуры. Энергия активации процессов окисления углерода и марганца, как чистых процессов, определяемых массопереносом кислорода составляет 4¸4,5 ккал/моль (16,8¸18,9 кДж/моль). При окислении кремния энергия активации несколько выше и составляет 6-8 ккал/моль (25-33,5 кДж/моль). Это свидетельствует о том, что процесс окисления кремния протекает не в чисто внешнедиффузионном режиме, а в некотором переходном между внешне- и внутридиффузионным, что объясняется образованием на поверхности металла тонкой пленки кремнеземистого шлака, создающего дополнительное сопротивление поступлению кислорода в контакт с жидким металлом.
5). В данных условиях плавки соотношение скоростей окисления отдельных компонентов металлического расплава (и последовательность удаления отдельных примесей металла) качественно определяется соотношением изменений изобарно-изотермического потенциала окисления данного компонента с учетом его концентрации в металле и концентрации его оксида в шлаке или в газовой фазе. Например, для реакции [Mn]+n/2O2=(MeOn) DG=n/2lg –lg(MeOn)/[Me]. Стандартные значения D G для отдельных оксидов представлены в таблице 3.
Влияние поверхностной активности отдельных компонентов расплава на основе железа в общем случае незначительно. Оно проявляется на величине остаточных концентраций в металле элементов с сильно выраженной поверхностной активностью, или компонентов, образующих между собой трудно растворимые в расплавах железа соединения, которые образуют группировки, вытесняемые в поверхностный слой металла.
Таблица 3 – Стандартные значения изменений изобарно-изотермического потенциала окисления данного компонента
Реакция | Температура, °С | DG°, кДж,моль |
[C]+1/2O2=CОгаз | –244,6 | |
–295,5 | ||
[Si]+1/2O2=SiOгаз | –231,0 | |
–250,1 | ||
[Mn]+1/2O2=(MnO) | –275,0 | |
–223,0 | ||
[P]+1/2O2=POгаз | –98,5 | |
–92,2 |
Дата добавления: 2016-11-26; просмотров: 1077;