20. Окисление углерода при производстве стали.

Сталь получают обычно из чугуна и лома в результате окисления и удаления из расплава сод-ихся в них примесей. Поэтому особое значение в процессах производства сталей имеют р-ии окисления. Кислород для протекания данных р-ий поступает либо из атмосферы печи, сод-ей CO_{2 ,}H₂O,O₂ , или при продувке ванны кислородом, или за счет ввода окислителей – железной и марганцевой руды, окалины, агломерата. При контакте с металлами и шлаками окислительной атмосферы образуются высшие оксиды железа, обогащающие шлак кислородом, который в дальнейшем через шлак передается к металлу.

CO₂, O₂, H₂O

ГАЗОВАЯ ФАЗА

FeO+CO₂→Fe₂O₃+CO

ШЛАК

Fe₂O₃+Fe→FeO

FeO→[O]+[Fe]

МЕТАЛЛ

Окисление углерода может протекать по 2 реакциям:

1. [C]+[O]→{CO}

2. [C]+[O]→{CO₂} .

При обычных t-рах сталеварения 1550-1650 ͦC протекает преимущественно реакция 1. А реакция 2 возможна только при низких концентрациях углерода.

Углерод, растворенный в металле, может окисляться:

1) кислородом газовой фазы:

[C]+{O₂}→{CO}+Q₁ выделение тепла

2) кислородом закиси железа:

[C]+(FeO)→{CO}+Fe-Q₂ поглощение тепла

3) кислородом, растворенным в металле:

[C]+[O]→{CO}+Q₃ – основная реакция сталеплавильного пр-ва.

Благодаря протеканию этой реакции происходит кипение сталеплавильной ванны, вызывающее перемешивание металла со шлаком, выравнивание t-ры и хим. состава, обеспечивающее удаление водорода и азота и вывод твердых неметаллов, включенных в шлак.

[C]+[O]={CO}

Для протекания любой реакции необходимо соблюдать определенные условия по подводу компонентов, участвующих в реакции, условиям образования и удаления продуктов реакции. Поэтому, для выделения пузырьков СО и удаления их из расплава, они должны преодолеть давление атмосферы, давление шлака, давление столба металла и действие сил поверхностного натяжения.

P_СО ^выд≥ P_атм+P_шл+P_ме+P_{п.н. т}

21. Поведение марганца и кремния при производстве стали .

Марганец попадает в сталеплавильный агрегат с доменным чугуном и стальным ломом .Марганец, растворенный в Ме-ле окисляется кислородом газовой фазы, кислородом закиси железа и кислородом ,растворенным в металле:

При высоких t-рах и при наличии основных шлаков возможно протекание обратного процесса, т.е. восстановление марганца углеродом, кремнием и железом:

При наличии в шлаках кислого оксида как основный оксид взаимодействует сс образованием силикатов марганца:

Окисление и восстановление кремния. Кремний попадает в сталеплавильный агрегат вместе с доменным чугуном и стальным ломом. Он сплавляется с железом в любом соотношении и растворение кремния в железе сопровождается выделением тепла:

Кремний - элемент легкоокисляющийся и растворенный в металле кремний окисляется:

Наибольшее кол-во тепла выделяется при взаимодействии кремния с газообразным кислородом, поэтому для некоторых сталеплавильных процессов (бессемеровского) реакция окисления кремния явл-ся основным источником тепла при переделе жидкого чугуна в сталь. При наличии кислых шлаков и при повышенных t-рах возможно восстановление кремния из углеродом, марганцем и железом: