3. Упругость диссоциации. Диссоциация оксидов железа.

Термическая диссоциация сложных веществ -это их разложение на более простые вещества или атомы под действием температуры. Термическая диссоциация свидетельствует о том, что при достижении Т кинетическая энергия частиц становится больше энергии связи этих частиц. На примере 2-х валентного металла:

2МеО2Ме+О₂

Константа равновесия данной реакции является функцией температуры К = f(Т):

- парциальное давление О₂ в реакции диссоциации оксида металл. Активность чистоты конденсир. фаз равна 1. Т.о., принимаем, что МеО и Ме являются чистыми фазами, можно записать:

Равновесное порциональное давление в реакции диссоциации оксидов называется упругостью диссоциации оксидов. Упругость диссоциации определяется природой вещества и зависимостью от температуры, поэтому величину могут считать критерием прочности химического соединения. Для каждого химического соединения существует своя упругая диссоциация. Все реакции термической диссоциации эндотермические, т.е. идут с поглощением тепла (Н>0). Диссоциации оксидов железа.В системе Fе-О возможно образование 3-х оксидов железа: Fе₂O₃, Fе₃O₄, FеО. Превращение по цепочке:

Fe₂O₃  Fе₃O₄  FеО  Fе

В системе Fе-O возможны 2-е температурные стадии, что связано с неустойчивой вюстидной фазы (закиси железа, FеО) при температурах ниже 570°С

Высокотемпературная t > 570°С: Fе₂O₃  Fе₃O₄  FеО  Fе

Низкотемпературная t < 570°С: Fе₂O₃  Fе₃O₄  Fе.

В связи с этим диссоциация оксидов Fe идет по следующим реакциям

Fе₂O₃  Fе₃O₄ +O₂ Fе₃O₄  FеO +O₂ FеO  Fе₃O₄ +O₂

при t < 570°С Fе₃O₄  FеO₄

Наименее устойчивым оксидом Fе является Fе₂O₃. Его упругость диссоциации при 1452°С P(O₂)Fe₂O₃= 1атм. Остаточные оксиды являются более устойчивыми и их упругость диссоциации при 570°С Р(О₂)Fe₃O₄=10атм.

4.Обезуглероживание металла. Факторы способствующие интенсификации обезуглероживания.

Одной из главных физико-химических реакций сталеплавильных процессов является окисление углерода.

С+О=СО, С+О₂=СО₂

Пузырек оксида углерода может выделиться из металла только в том случае, если он облает величиной парциального давления Р_{СО}, противостоящей давлению находящихся над ним металла и шлака, атмосферному давлению и давлению, создаваемому внутри пузырька поверхностным натяжением метала (капиллярное давление). Если пренебречь парциальными давлениями других газов в пузырьке (азота, водорода, углекислого газа и др.), получим, что парциальное давление СО в пузырьках примерно равно внешнему давлению на пузырьки:

Расчеты условий, при которых возможно возникновение и существование пузырька газа в расплаве показывают, что их первоначальное зарождение возможно лишь на шероховатой твердой поверхности подины, где имеются несмачиваемые металлом углубления (0,1…1мм), заполненные газом. Если подина ошлакована, то кипение ванны затруднено.

При всплывании пузырька непрерывно увеличивается его объем и поверхность, и растет сверхравновесное содержание кислорода.

В каждом горизонте ванны скорость выгорания углерода зависит от скорости диффузии кислорода из объема металла к поверхности пузырьков.

В некоторых случаях возможно поверхностное кипение на границе раздела металла со шлаком при условии, что в шлаке присутствуют твердые кусочки руды, извести. Характерными признаками такого кипения служит вспененное состояние шлака и выделение мелких пузырьков, которые не успевают укрупняться при прохождении тонкого слоя металла.

При вдувании воздуха или кислорода в ванну вводятся готовые зародыши газовой фазы, и кипение ванны возможно в местах ввода окислительного газа без предварительного образования зародышей на подине.

Процесс окисления углерода в ваннах печей подового типа состоит из следующих главных стадий и промежуточных звеньев:

1) Переход кислорода из окислительной газовой фазы в шлак:

- диффузия в газе;

- адсорбция кислорода на поверхности шлака;

- химическая реакция на поверхности газ-шлак с образованием ферритов (СаО·Fe₂O₃, Fe О·Fe₂O₃) или ионов FeО ;

-диффузия ферритов (ионов) к границе шлак-металл;

- химическая реакция образования оксида железа FeО на границе шлак-металл;

- диффузия FeО из нижних слоев шлака к границе шлак-газ.

2) переход кислорода из шлака в металл:

- переход FeО в пограничный слой шлак-металл и химический акт его распада на атомы

- молекулярная диффузия кислорода через пограничный слой металл-шлак в основную массу металла ;

- турбулентная диффузия кислорода в объеме металла;

- молекулярная диффузия кислорода и углерода в пограничном слое металл – пузырек

- адсорбция кислорода и углерода на поверхности пузырьков.

3. Химическая реакция на поверхности пузырьков

4. Выделение (десорбция) СО в пузырьки, рост пузырьков и их всплывание через металл и шлак в атмосферу печи.

При продувке металла кислородом процесс имеет те же звенья, что и при мартеновском способе выплавки стали, но их скорость резко увеличивается за счет перемешивания фаз . Роль корольков (капель) металла в шлаке очень велика. Поверхность контакта корольков с металлом и шлаком очень велика.

Факторы, способствующие ускорению выгорания углерода

На ускорение выгорания углерода влияют следующие факторы:

- увеличение (например, присадка руды при нормальном перегреве металла);

- продувка ванны кислородом или воздухом;

- сочетание интенсивного подвода кислорода с перемешиванием ванны;

- увеличение химического потенциала кислорода в газовой фазе;

- сохранение перегрева металла выше линии ликвидуса не менее 40 оС;

- обеспечение нормальных условий для зарождения и роста пузырьков СО.