3.3.2. Кшетика сталеплавильних процеспв

Кшетика сталеплавильних процеав вщповщае на питания про швид- к1гп> перебегу реакцш та Ух залежшсть вщ деяких параметров. Якщо х1м1чна реакщя вщбуваеться у гомогенному середовшщ — це гомоген­на Х1м1чна реакция. Гетерогенш Х1М1чш реакцп вщбуваються на меж1 м1ж незм1шуваними фазами.

У загальному виладку перебег реакци в сталеплавильнш ванш вщбу- илсться у такш послщовностк пщведення реагент1в до мюця реакци; х1м!чна реакция; вид^лення продуктов реакци в окрему фазу та 1х вилу- чсипя.

У кожному випадку одна 13 цих ланок може л1м1тувати переб1г про­цесу загалом, якщо швидгасть ще! ланки буде меншою, шж двох шших. (' шпаки, за якими визначають Л1М1товану ланку процесу на стадп Х1М1Ч- 1кн реакцп чи масоперенесення, зокрема:

якщо фактична залежшсть швидкосп процесу вщ концентрацп реа- |уючих речовии мае порядок, вщмшний вщ одинищ, то процес визна- ч;и ться х1М1Чною реакщею, оскшьки процеси масоперенесення вщбува- И1Т1)Ся .-и швидк1стю, прямо пропорцшною концентрацп;

якщо перемплування одше'Г з реагуючих фаз, яке вщбуваеться без ,1м1пи ПЛ0Щ1 поверхш реакци, впливае на швидк!сть процесу, то саме масоперенесення у щй фаз1 визначае швидккть процесу загалом;

що 1Стотн1ше температура впливае на швидюсть процесу, то ймо- Ырпйие, що саме Х1М1чна реакщя визначае швидюсть загального про­цесу.

Лдеб1льшого х1м1чна реакщя вщбуваеться у юлька еташв, кожний з мк11 х характеризуеться своею швидк1стю. Наприклад, реакщя окиснен- пн муглецю киснем газовоТ фази, що вщбуваеться 31 швидшстю ^[с]-{0₂}' Ыдбунасться у такш послщовностк диеощащя молекул кисню з утво- ргппям атомарного Оксигену 31 швидюстю ^{о₂}-{0>' ^аД^с°рбц1я ато- мирмого Оксигену на поверхш металу 31 швидк1стю ^{о}-0\д_С> Р^еак~ 111 м адсорбованого Оксигену з атомом Карбону з утворенням оксиду

нмрбопу (II) 31 швидк1стю V^ ,_гг1> який вщ адсорбованого стану

АДС ^

переходить У газову фазу 31 ШВИДК1СТЮ V^^ —{СО}* ШВИДЮСТЬ су-

АДС

марно! реакцп розраховують за правилом адитивностк

^^сНОг} = ^{+ 1}/°Ю}-О_адс +

^{+ 1/У}Од_Дс-[С] ⁺¹/^СО_АДС-{СО}- (3.6)

У деяких випадках, якщо внаслщок реакцп утворюеться нова фаза (наприклад, утворення бульбашки газу всередиш ванни, неметалевого включения, твердого кристалика металу шд час кристал1зацп сталО, швидюсть процесу загалом може бути л1м1тована швидюстю зароджен- ня та видшення ново! фази.

3.3.3. Шлаки, що використовують у сталеплавильних процесах

Сталеплавильна шлаки м1стять основш (СаО, М§0, МпО, РеО), кисл1 (ЗЮ₂, Р2О5, ТЮ₂) та амфотерш (Ре₂0₃, Сг₂0₃, А1₂0₃)оксиди, сульфЬ ди або сульфати деяких елеменпв. Джерела утворення шлаку таю: продукта окиснення домшок чавуну й брухту (ЗЮ₂, Р₂0₅, МпО, РеЗ, МпЗ, Сг₂0₃ та ш.); продукта руйнування футер1вки (основно! — СаО, М§0, кисло!" — ЗЮ₂); забруднення, що вносяться з шихтою (ЗЮ₂, А1₂0₃, МпЗ та ш.); 1ржа, що покривае поверхню брухту (РеО, Ре₂0₃); додатков1 матер^али й окисники (СаО, А1₂0₃, ЗЮ₂, РеО, Ре₂0₃, МпО, СаР₂ та ш.).

Залежно вщ того, вмют яких оксид 1В переважае у шлаках, вони бу- вають основ ними (переважае вм1ст СаО) або кислими (переважае вм1ст ЗЮ₂). Приблизний склад головних компоненте шлаюв такий: кислих 50 — 60 % ЗЮ₂, 15-25 % РеО, 15-25 % МпО; основних сшпкатних - 15-25 % ЗЮ₂, 45-55 % СаО, 10-20 % РеО; основних фосфатних - 15-25 % Р₂0₅,45-55 % СаО, 10 —20 % РеО. Рщга розплавлеш шлаки в металургшному агрегат! характеризуються наявшстю м1ж складовими шлаку 1 ковалентного та йонного зв'язку. Утворення йон2в шд час розплавляння компонента шлаюв можна запи- сати так:

РеО Ре²⁺+ О^2-; СаО Са²⁺+ О^2-; МпО Мп²⁺+ О²";

М§0 М§²⁺ + 0²~; (РеО)₂ ЗЮ₂ 2Ре²⁺ + 5Ю|~;

(МпО)₂ ЗЮ₂ 2Мп²⁺ + ЗЮ|"; РеЗ Ре²⁺ + 3^2_; МпЗ Мп²⁺ + 3²~; СаР₂ Са²⁺ + 2Р~;

(СаО)з Р₂0₅ ЗСа²⁺ + 2РО|~ тоща. (3.7)

Отже, сталеплавильна шлаки зазвичай мають у своему склад1 таю катюни - Ре²⁺, Мп²⁺, Са²⁺, М§²⁺, Сг²⁺ та анюни - 3²~, О^2-, БЮ^^-,

НЮ^, 51₂С>7~\ А1|~, РО^", Ре0₂, РеО|~, Сг0₂. Кр1м того, у шлаку можуть бути складш комплекси, близью за складом до таких сполук, як (С'а())₄ -5Ю₂; (РеО)₂ -5Ю₂; (СаО)₄ -Р₂0₅ та ш.

Структура комплексов силщда залежить вщ сшввщношення в шла­ку Оксигену 1 Сил1щю. Якщо воно дор1внюе чотирьом, то утворюеться

Комплекс ЗЮ^^-, якщо трьом — 5Юз~, а якщо двом — 5Ю₂. Упер­тому випадку кожний комплекс 1снуе самостшно, у другому — ство- рюються структури, под1бш до лаицюга, у третьему — вщбуваеться укрупнения та ускладнення просторово!' структури.

Оскыьки з ус1х зазначених компонештв найб1льшу частку в основ- них шлаках мають СаО 1 ЗЮ₂, то сшввшношення цих оксид1в СаО/ЗЮ₂ характеризуе стушнь основноеп (або основшсть) шлаку. .Чалежно вщ величини основност1 шлаки под1ляють на низькоосновш (СаО/ЗЮ₂ <1,5), середньоосновн! (СаО/ЗЮ₂ =1,6...2,5) 1 високо- (>пк)В1п (СаО/ЗЮ₂ >2,5). У процеа переробки фосфористих чавушв для характеристики основносп шлаку використовують стввщношення ГаО/(ЗЮ₂ +Р₂0₅).

У систем! СаО — ЗЮ₂, що е головною для силшатних основних шлаюв, максимуми на лш1ях лшвщус вщповщають сполукам СаО -ЗЮ2 га 2СаО-5Ю₂. Температура плавления першо! з наведених сполук дпцо нижча за звичайну температуру шлаку, а друго'Г становить 2130 °С, що зпачно перевищуе фактичну.

У систем! СаО — Р₂Од, що вщиовщае фосфатним основним шла­кам, 1сиують максимуми на Л1Н1ЯХ Л1КВ1ДуС, ЯК1 В1ДПОВ1ДаЮТЬ Х1М1ЧН0МУ складу сполук ЗСаО -Р₂0₅ та 4СаО -Р₂0₅. Температура Л1кв1дус цих пюлук перевищуе фактичну температуру шлаку.

У системах ЗЮ₂ — РеО 1 ЗЮ₂ — МпО, яю е основою кислих III.'1.11СIи, 1снують сполуки 2РеО -ЗЮ₂ та 2МпО -ЗЮ₂, про що свщчать мшсспмуми на Л1Н1ЯХ Л1КВ1ДУС, ЯК1 В1ДИОВ1ДаЮТЬ Х1М1ЧНОМУ складу цих сполук. Температура Л1кв1дус сполук набагато нижча за фактичну тем­пературу шлаку. Склад кислих шлакхв характеризують ступенем Их киелотносп (або кислотшстю), що знаходять 13 сшввщношення М<)₂/(РеО + МпО).

К'р'|м основност1 шлаку важливою його характеристикою е окисна »да иметь. Ця величина характеризуе здатшсть шлаку окиснювати ме­ти I його дом1шки. Стушнь окисно'Г здатност1 насамнеред характери- IV и.си им1Стом (РеО) або сумарною концентращею оксид1в феруму (I Н) I 1е₂Оз), або вм1стом зал1за в шлаку.

Целике значения мае така характеристика шлаку, як в'язк1сть, що кммпчам нища за в'язюсть металу.

Псрсиищсния ступеня перегр1вання над температурою плавления Шлшицус |)1дкотекуч1сть шлаюв. За допомогою д1аграм стану визнача- ють способи зниження температури плавления шлашв. Так, для розр1- дження основних шлаков використовують додаткслй матер! ал и: боксит (головщ складов! А1₂0₃, 5Ю₂, Ре₂0₃), плавиковий шпат (СаР₂); для загущення — вапно (СаО), шод1 магнезит (М§0). Кисл1 шлаки роз- рщжують, застосовуючи вапно, а для !'х згущення використовують шсок (ЗЮ₂).