Окисление и восстановление кремния в дуговой сталеплавильной печи с кислой футеровкой
Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

Окисление и восстановление кремния в дуговой сталеплавильной печи с кислой футеровкой

Во время плавления в кислой печи благодаря высокому содержанию оксида железа в шлаке кремний быстро переходит в шлак по реакции

Активность кремнезема в кислом шлаке и активность железа равны единице. Если принять активности оксида железа (II) в кислом шлаке и кремния в металле равными их концентрации, то

т. е. при данной температуре остаточное содержание кремния в металле обратно пропорционально квадрату концентрации оксида железа (II) в шлаке. Как видно из рис. 14.2 , уже при 15% закиси железа в шлаке и температуре 1550° С в равновесии со шлаком находится металл, содержащий менее 0,05% Si.

Рисунок 14.2. Зависимость содержания кремния в металле от содержания оксида железа (II) в шлаке (при равновесии металла с кислым шлаком).

По мере увеличения концентрации кремнезема в шлаке скорость окисления кремния уменьшается, так как уменьшается активность оксида железа (II); кроме того, в густых кремнеземистых шлаках затрудняется поступление оксида железа (II) к месту реакции - поверхности раздела металл - шлак. Повышение температуры способствует восстановлению кремния из кремнезема шлака или подины. Восстановителями могут быть углерод, железо и марганец:

Все эти реакции эндотермичны.

Реакция (14.4) сопровождается кипением ванны. Восстановленный кремний частично расходуется на раскисление металла. При высоком содержании оксида железа (II) в шлаке и низком содержании кремнезема углерод взаимодействует с оксида железа (II).

Восстановление кремния из кислого шлака начинается, когда содержание кремнезема достигает 52 - 55%, а содержание оксида железа (II) снижается приблизительно до 22%. В это время скорость восстановления кремния еще мала. При дальнейшем повышении температуры, взаимодействие углерода с оксидом железа (II) уменьшается, а с кремнеземом усиливается. Когда содержание оксида железа (II) в шлаке упадет до 14 - 17%, скорость восстановления кремния достигнет 0,01%/мин.

Реакция восстановления кремнезема железом развивается в ванне с низкой концентрацией углерода. Так как продуктом реакции является закись железа, то степень раскисления металла при этом ниже, чем при реакции восстановления кремния углеродом.

Резюмируя, можно сказать, что восстановлению кремния в кислой печи способствуют:

  1. высокое содержание кремнезема, а следовательно, пониженная жидкотекучесть шлака;
  2. высокое содержание углерода и марганца в металле;
  3. пониженное содержание закиси железа в шлаке;
  4. высокая температура металла.