6.Окисление марганца, кремния и хрома в стальном расплаве.

Окисление марганца

В состав практически всех марок углеродистых и легированных марок стали входит марганец. Реакция окисления марганца легко достигает равновесия, после чего при определенных условиях начинается его восстановление из шлака в металл. Восстановление марганца является своего рода пирометром процесса, так как свидетельствует об интенсивности нагрева металлической ванны. Поверхностная реакция окисления марганца на границе шлак – металл протекает в две стадии:

1. FeO=O+Fe

2. Mn+O=MnO

В общем виде можно записать Mn+FeO=MnO+Fe

Окислению марганца способствуют: низкая температура (повышенная ); высокая активность ; пониженная . Марганец окисляется до низких концентраций еще в начальный период плавки. Снижению и дополнительному окислению марганца способствуют скачивание шлака и наводка большого количества остаточного шлака за счет добавок извести, оксидов железа и боксита.

Окисление хрома

В состав многих легированных сталей входит хром. В условиях основного сталеплавильного процесса он ведет себя подобно марганцу, легко окисляется и переходит в шлак, а при повышенных концентрациях (Cr₂O₃) и температуре восстанавливается из шлака. В условиях основного сталеплавильного процесса наиболее устойчивым кислородным соединением хрома является Cr₂O₃. В шлаках кислого сталеплавильного процесса хром в основном находится в виде CrO_. Окисление хрома в основных сталеплавильных агрегатах происходит на границе раздела шлак-металл по реакции

3(FeO)+2[Cr]= (Cr₂O₃)+3[Fe]

Константа равновесия данной реакции записывается так:

Если заменить активность хрома его концентрацией, то с некоторой долей приближения получим

[Cr]=

Из данного уравнения следует, что концентрация хрома в металлической ванне увеличивается с понижением активности железа в шлаке.Cr₂O₃ образует сложные химические соединения с другими оксидами шлака. Например, при взаимодействии Cr₂O₃ с FeO образуется хромит FeO· Cr₂O₃, имеющий температуру плавления 1900-2010 ^оС и значительно повышающий вязкость шлака, в результате чего снижается его реакционная способность.

Окисление кремния

Окисление кремния возможно в объеме металла на поверхности витающих неметаллических включений. При обычном (%FeO) в шлаке окисление кремния всегда возможно на поверхности раздела шлак-металл. Поверхностная реакция протекает в две стадии

3. 2(FeO)=2[O]+2[Fe]

4. [Si]+2[O]=(SiO₂)

В общем виде можно записать ∑ [Si]+2(FeO) = (SiO₂)+2[Fe]

Константы равновесия реакции равны:

Из чего следует, что при равновесии со шлаком

Окислению кремния способствует низкая температура (высокая ), повышенная , пониженная .В основном процессе, где оксид кремния в шлаке связан в силикатах кальция 2СаО·SiO₂ и 3СаО·SiO₂ , → 0. Поэтому еще в начале плавки кремний полностью окисляется и в дальнейшем не восстанавливается из шлака в металл.

В кислом процессе, где шлак насыщен кремнеземом → 1, возможно некоторое остаточное содержание кремния в металле, но в начальный период плавки при низкой температуре оно невелико. Он частично восстанавливается к концу плавки при высокой температуре.