Металлургия » Теоретические основы сталеплавильных процессов. » Общая физико-химическая характеристика сталеплавил » Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле.

Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле.

 (голосов: 0)
Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле при его рафинировании имеют важное значение, поскольку без знания возможного содержания примесей в конце рафинирования невозможен выпуск стали заданного состава.
Используя термодинамические характеристики реакций, можно определить равновесные остаточные содержания примесей. Следовательно, для реакций (процессов), достигающих равновесия, возможные фактические остаточные содержания примесей в металле можно определять термодинамическими расчетами. Для процессов, не достигающих состояния равновесия, знание возможных равновесных остаточных содержаний примесей в металле необходимо для оценки возможного предела их протекания. Если рассматриваемый неравновесный процесс является желательным, то, сравнивая равновесное остаточное содержание с фактическим, можно установить, какова неиспользованная возможность этого процесса. Подобное сравнение для нежелательного процесса позволяет выяснить степень опасности, заложенной в нем. Таким образом, определение равновесных остаточных содержаний примесей в металле имеет важное значение при анализе всех процессов независимо от того, достигают они равновесия или нет.
В определении равновесного остаточного содержания примесей в металле очень важной термодинамической характеристикой любого физико-химического процесса является константа равновесия. Большинство реакций окисления примесей в сталеплавильной ванне в общем виде можно представить уравнением
Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле.



Константа равновесия такой реакции
Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле.




Где a(EmOn) - активность образующегося оксида в шлаковой фазе;
a[EJ u a[O] - активности соответственно окисляющейся примеси и кислорода в металле; (EmOn) - концентрация оксида в шлаке, %; γ (EmOn) - коэффициент активности оксида в шлаке; [Е] и [О] - концентрация окисляющейся примеси и кислорода в металле, %; g [Е] и g[0] - коэффициенты активности примеси и кислорода в металле.
По ходу и особенно в конце окислительного рафинирования содержания кислорода и других примесей в металле бывают низкими, поэтому их коэффициенты активности близки к единице (γ[Е] = 1 , γ[0] =1). Кроме того, для узкого диапазона изменения концентрации окисляющихся примесей и кислорода их коэффициенты активности можно принимать постоянными и объединять эти коэффициенты с константой равновесия. Учитывая это, уравнение константы равновесия можно представить в виде
Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле.



Эта константа равновесия является не истинной, а условной, так как она справедлива лишь для указанных выше условий, но она удобна для термодинамического анализа сталеплавильных реакций.
В некоторых случаях, когда оксид - продукт реакции, переходя в шлак, не образует прочных соединений в этой фазе и концентрация его в шлаке изменяется не в очень широких пределах, уравнение константы равновесия можно еще больше упростить:

Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле.




К такому типу реакций относится реакция окисления марганца, для которой константа равновесия может быть записана так:
Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле.



Применение упрощенных выражений констант равновесия допустимо только для характеристики реакций в конечной стадии окислительного рафинирования, когда концентрация примесей в металле невысока. В случае раскисления-легирования, когда содержание примесей в металле высокое, исключать коэффициенты активностей из выражений констант равновесия нельзя. В этом случае одной из важных задач является изучение закономерностей изменения коэффициентов активностей элементов в металлическом расплаве.
Используя описанные выше упрощения, константу равновесия реакции окисления примесей кислородом FeO шлака m [Е] + n (FeO) = (EmOn) + n [Fe] можно представить в виде
Определение и регулирование остаточного содержания примесей в металле.



Поскольку в сталеплавильных ваннах нет равновесия между концентрациями кислорода в металле и FeO в шлаке, то нельзя из температурной зависимости константы равновесия, выраженной в виде уравнения (5), получить температурную зависимость константы, представленной в виде уравнения (7). Также недопустимо обратное действие. Для каждого случая температурная зависимость константы равновесия должна быть получена прямыми экспериментами. Такими зависимостями можно пользоваться только для условий, близких к тем, для которых они получены.
При установлении общих принципов определения равновесных остаточных содержаний примесей в металле все реакции, встречающиеся в сталеплавильных процессах, целесообразно разделить по свойствам их продуктов на три группы. Продукты реакций первой группы образуют самостоятельную конденсированную фазу; продукты реакций второй группы растворяются в шлаковой фазе; продукты реакций третьей группы переходят в газовую фазу. Кроме того, необходимо рассмотрение процесса растворения и выделения газов (водорода и азота).


Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики