Металлургия » Теоретические основы сталеплавильных процессов. » Общая физико-химическая характеристика сталеплавил » Основы кинетики сталеплавильных процессов. Общие положения.

Основы кинетики сталеплавильных процессов. Общие положения.

 (голосов: 1)
Основы кинетики сталеплавильных процессов. Общие положения.
Термодинамическая характеристика в определенной степени носит формальный характер, поскольку она позволяет оценить лишь начальное и конечное состояния процесса и полностью исключает учет возможных стадий (механизма) и времени (скорости) протекания его. Основной задачей кинетики является изучение протекания процесса (реакции) во времени, возможных его скоростей и основных стадий (механизма). Кинетическая характеристика очень сложна не только плавки стали в целом вследствие многочисленности частных процессов, но и отдельных частных процессов, прежде всего химических реакций, поскольку они являются гетерогенными и, следовательно, многостадийными. Имеющиеся в настоящее время теоретические данные позволяют дать преимущественно качественную оценку. Количественные данные для скоростей различных процессов носят эмпирический характер, так как получены главным образом экспериментально. Механизм протекания процессов (реакций) представляют всегда в виде различных моделей той или иной сложности, исходя из общих положений химической кинетики, обычно без надежной количественной характеристики каждой стадии.
Выявление механизма протекания различных процессов, т. е. установление возможных их стадий, очень важно для изучения сталеплавильных процессов, поскольку без такой информации трудно вмешиваться в ход процесса, регулировать его скорость. Скорость многостадийного процесса в целом vΣ зависит от скоростей протекания каждой стадии v1, v2, v3, ..., v. и обычно описывают уравнением
Основы кинетики сталеплавильных процессов. Общие положения.



Согласно зависимости данного уравнения, изменение скорости протекания какой-либо одной стадии может влиять на величину vΣ наиболее существенно лишь в сторону ее уменьшения. Например, если в каком-либо звене процесс практически прекратится (vi ―> 0), то тогда 1/vi ―>∞ и 1/vΣ ―>0, т.е. процесс в целом прекратится. Если какое-то звено имеет скорость vi —>∞ , то это не вызовет такого же увеличения vΣ, поскольку 1/vi —>0. В этом случае vΣ определяется скоростями более медленных стадий. Если скорость одной из стадий vi существенно (в > 100 раз) ниже, чем скорости остальных стадий, то тогда другими членами, кроме 1/vi , можно пренебречь и получить vΣ≈vi, т.е. скорость процесса в целом определяется скоростью наиболее медленной стадии. Однако если имеется несколько медленных стадий с соизмеримыми значениями скорости, то скорость всего процесса значительно меньше, чем у наиболее медленной стадии, так как сохраняется влияние других звеньев.
При изучении кинетики химических реакций, имеющих наибольший практический интерес, обычно принято выделять три основные их стадии:
1) подвод реагентов в зону реакции;
2) собственно химическая реакция;
3) отвод продуктов из зоны реакции и выделение их в отдельную фазу.
Каждая из этих стадий, в свою очередь, представляет многостадийный процесс. Так, сам акт химической реакции протекает с образованием промежуточных веществ, например, молекул-радикалов. Подвод кислорода к месту реакции и отвод продуктов реакции тоже всегда являются многостадийными процессами, но не каждая из этих стадий существенно влияет на ход реакции.
На скорость реакции в сталеплавильных процессах в ряде случаев может оказать решающее влияние также теплообмен зоны реакции с остальной частью ванны или рабочим пространством агрегата. Например, эндотермическая реакция окисления углерода кислородом твердых окислителей может быстро затормозиться, если нет подвода тепла в зону реакции. Это вносит дополнительное осложнение в изучение процессов плавки стали.
В кинетической характеристике сталеплавильных процессов наибольшее значение имеет изучение механизма и скорости реакций окисления примесей металла, а также скорости растворения и плавления твердых материалов (извести, лома и ферросплавов) в жидких шлаке и металле. Особую сложность представляет изучение механизма химических реакций, поскольку крайне сложно, а во многих случаях невозможно проведение прямых экспериментов.
Механизм окисления примесей металла может быть различным в зависимости от источника кислорода и условий взаимодействия его с металлом. Основные источники кислорода: газообразный кислород, подаваемый в ванну для окисления примесей; кислород газовой фазы агрегата (подового); твердые окислители (оксиды железа).
Возможные условия взаимодействия окислителя с металлом: окислитель внедряется в объем металла и взаимодействует с ним непосредственно; окислитель взаимодействует с металлом через слой шлака. Обычно внедрение окислителя в объем металла имеет место в случае применения газообразного окислителя в виде дутья (сжатого газа), которое характерно для конвертерных процессов и при котором достигается максимальная скорость рафинирования металла. Взаимодействие кислорода газовой фазы подовых агрегатов с металлом протекает через слой шлака и с очень малой скоростью. Твердые окислители обычно присаживают в шлак, и они взаимодействуют с металлом преимущественно через шлак, растворяясь в нем, но частично наблюдается прямое взаимодействие на границе шлак-металл.
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики