Металлургия » Теоретические основы сталеплавильных процессов. » Общая физико-химическая характеристика сталеплавил » Остаточное содержание примесей, оксиды которых растворяются в шлаке.

Остаточное содержание примесей, оксиды которых растворяются в шлаке.

 (голосов: 0)
Остаточное содержание примесей, оксиды которых растворяются в шлаке.
Реакцию в этом случае можно представить уравнением
Остаточное содержание примесей, оксиды которых растворяются в шлаке.


где (ЕmОn) характеризует случай не только простого растворения (смешения), но и растворения с образованием тех или иных соединений между рассматриваемым оксидом и другими компонентами шлака. Константа равновесия для этой реакции определяется выражением
Остаточное содержание примесей, оксиды которых растворяются в шлаке.



В отличие от реакции с выделением оксида в виде самостоятельной конденсированной фазы во втором выражении активность оксида в шлаке а(ЕmOn) меньше единицы и может принять любые значения в зависимости от конкретных условий в ванне: начальной концентрации элемента в металле, относительного количества шлака (количества шлака, отнесенного к единице массы металла), его состава и т.п. Следовательно, упрощение зависимости в формуле не представляется возможным. Равновесное остаточное содержание элемента в металле составит
Остаточное содержание примесей, оксиды которых растворяются в шлаке.




Это означает, что даже при постоянной температуре в зависимости от активности оксида в шлаке данному содержанию кислорода в металле [О] могут соответствовать различные концентрации примеси [E]. Следовательно, ход и результаты реакции можно регулировать, изменяя еще один внешний фактор, которым является активность оксида в шлаке. Благодаря этому увеличивается управляемость реакции. Например, приводя металл в контакт со шлаком, не содержащим оксид удаляемой примеси (а(Еm0n) ->0), можно вызвать частичный переход ее в шлак при любой исходной концентрации примеси и кислорода в металле. В случае реакции с выделением образующегося оксида в виде самостоятельной конденсированной фазы удаление примеси возможно только при содержании ее в металле, определяемом зависимостью первой или второй формулы, но не менее [E]mjn.
Остаточное содержание примесей, оксиды которых растворяются в шлаке.
Графически это различие показано на рис. 6, на котором сплошная линия характеризует уравнение 1, штриховые линии соответствуют уравнению 3 при разных значениях а(Еm0n)<1-Как видно из рис. 6, при постоянной температуре и заданном начальном содержании кислорода [0]n при протекании реакции с выделением чистого оксида (или другой самостоятельной конденсированной фазы) возможно получение только одного остаточного содержания [E]. При растворении оксида в шлаке теоретически можно представить бесконечно большое число остаточных содержаний примеси в металле ([E]', [E]" и т.д.), в том числе и очень низкие содержания. Получение очень низких содержаний примесей в производственных условиях не всегда возможно, так как для этого необходимо добиться очень низких значений а(Еm0n), что нередко оказывается сложным.
Если оксид в шлаке не образует прочных соединений с другими компонентами, то его активность зависит главным образом от его концентрации (чем больше концентрация оксида, тем выше его активность). Концентрация оксида зависит от содержания элемента в исходной шихте и от относительного количества шлака.
Если оксид в шлаке образует прочные соединения, то его активность зависит, кроме концентрации, от активности тех компонентов шлака, которые взаимодействуют с рассматриваемым оксидом, т.е. при образовании прочных соединений возможности регулирования реакции возрастают.
Появление при рассмотрении оксида в шлаке дополнительной переменной а(Еm0n) исключает возможность определения остаточного содержания примеси из уравнения константы равновесия формула 2, так как в этом уравнении две неизвестные величины: [E] и а(Еm0n). В этом случае зависимость (13), полученная из уравнения константы равновесия, может быть использована лишь для качественной характеристики реакции. Например, если необходимо достигнуть низкого содержания рассматриваемой примеси в металле (глубокое рафинирование металла), то, согласно зависимости уравнение 3, необходимо обеспечить: минимальную активность оксида в шлаке; максимальное значение КЕ, которое для данной реакции возможно при минимальной температуре, так как рассматриваемые реакции экзотермические; максимальную окисленность металла. Как указывалось выше, регулирование окисленности металла и температуры ванны в широких пределах практически невозможно, поэтому требуемая степень рафинирования металла достигается уменьшением активности оксида в шлаке путем связывания его в прочные соединения и увеличения количества (разбавления) шлака. Количественные характеристики процессов рафинирования металла шлаком сложны и будут рассмотрены ниже. Здесь лишь отметим, что применительно к условиям современных сталеплавильных процессов основное математическое выражение для определения остаточного содержания в металле примеси, оксид которой растворяется в шлаке, имеет следующую структуру:
Остаточное содержание примесей, оксиды которых растворяются в шлаке.


где ΣЕш - содержание рассматриваемой примеси в исходной шихте, %; УЕ- коэффициент сохранения примеси в металле, который представляет сложную функцию, учитывающую свойства удаляемой примеси, степень окисленности ванны, особенности температурного и шлакового режима плавки.
Зависимость характеризует важную закономерность в изменении остаточного содержания в металле элементов рассматриваемой группы: при постоянных температурном и шлаковом режимах плавки остаточное содержание элемента, оксид которого растворяется в шлаке, прямо пропорционально содержанию его в исходной шихте, но коэффициент пропорциональности является переменной величиной, зависящей от сродства элемента к кислороду, температуры и шлакового режима.
Этой же закономерности подчиняется поведение тех примесей, которые растворяются в шлаке не в виде оксидов, например поведение серы, растворяющейся в шлаке с образованием сульфидов. Ввиду существования указанной закономерности на практике стремятся иметь в исходной шихте возможно меньшее содержание серы и фосфора. Если этого не удается обеспечить, то неизбежно осложнение шлакового режима плавки для уменьшения коэффициента сохранения элемента УЕ. Например, при использовании железных руд с высоким содержанием фосфора получают высокофосфористые чугуны, при переделе которых на сталь неизбежно усложнение шлакового режима по сравнению с переделом обычных чугунов.
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики