Окисление примесей металла кислородом газовой фазы агрегата
Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

Окисление примесей металла кислородом газовой фазы агрегата

Окисление примесей металла за счет поступления кислорода из газовой фазы получает наибольшее развитие при выплавке стали в мартеновских печах. Газовая фаза этих агрегатов содержит 2 – 5% кислорода, который вносится воздухом, подаваемым с некоторым избытком для сжигания топлива и дожигания выделяющегося из ванны CO. Кроме того, окислительной способностью по ототношению к железу и низшему его оксиду обладают продукты горения топлива (CO2 и H2O).

Основные реакции, протекающие при окислении примесей металла кислородом газовой фазы мартеновской печи, показаны на рисунке 2.2.

Схема передачи кислорода из газовой фазы мартеновской печи в металл и окисления его примесей: I – газ; II – поверхность раздела газ-шлак; III – шлак; IV – поверхность раздела шлак-металл; V – метал

Рисунок 2.2 – Схема передачи кислорода из газовой фазы мартеновской печи в металл и окисления его примесей: I – газ; II – поверхность раздела газ-шлак; III – шлак; IV – поверхность раздела шлак-металл; V – металл

Согласно приведенной схеме этот процесс включает следующие основные звенья:

  1. 1. Массоотдача кислорода из объема газовой фазы к поверхности раздела газ-шлак;
  2. 2. Окисление кислородом газовой фазы (FeO) до (Fe2O3) у поверхности раздела газ-шлак;
  3. 3. Массоперенос (Fe2O3) в объеме шлака от поверхности раздела газ-шлак к поверхности раздела шлак-металл;
  4. 4. Восстановление (Fe2O3) железом жидкого металла по реакции
  5. (Fe2O3) + Fe = 3(FeO) - (2.13)
  6. 5. Растворение кислорода в жидком металле по реакции (2.5);
  7. 6. Окисление примесей металла растворенным в металле кислородом и (FeO);
  8. 7. Массоперенос (FeO) в объеме шлака от поверхности шлак-металл к поверхности шлак-газ, после чего описанные выше процессы повторяются.

Реакции окисления примесей металла кислородом газовой фазы сталеплавильного агрегата включают большое количество звеньев, связанных с массопередачей кислорода через поверхности раздела фаз, а также массопереносом его в объеме газовой фазы, металла и шлака. По этой причине скорости окисления примесей при поступлении кислорода из газовой фазы агрегата имеют минимальные значения.

В учебной литературе последних лет издания приводятся сведения о том, что в объеме жидкого шлака кислород переносится в виде иона (FeO-2). Это утверждение основано на том, что при температурах сталеплавильных процессов Fe2O3 ввиду высокой упругости диссоциации является неустойчивым соединением. По этой причине присутствие его в шлаке возможно в виде химических соединений типа ферритов (MeO*Fe2O3). В основных сталеплавильных шлаках наиболее устойчивым соединением этого типа является феррит кальция, который согласно ионной теории строения шлаков диссоциирует на катион Ca2+ и два аниона (FeO-2).