5.Охарактеризуйте основні закономірності змінювання хімічного складу металу при продуванні газоподібним киснем.

При продувке ванны газообразным кислородом происходит одновременное окисление всех без исключения компонентов металлического расплава. При этом с наиболее высокими скоростями протекают реакции, которые максимально удалены от состояния термодинамического равновесия. Мерой отклонения системы от равновесного состояния может служить величина изменения энергии Гиббса.

изменение энергии Гиббса реакции зависит от химического сродства элемента по отношению к кислороду, которое можно характеризовать величиной , а также от соотношения активностей взаимодействующих веществ в металле и шлаке. Поэтому по ходу продувки скорости окисления компонентов металлического расплава могут меняться в широких пределах.

В начальном периоде рафинирования основное количество вдуваемого в ванну кислорода расходуется на окисление примесей, имеющих наиболее высокое химического сродство к кислороду (кремний, марганец, фосфор и др.). Поэтому по ходу продувки содержание их в металле быстро уменьшается, что приводит к снижению скорости реакций по мере приближения остаточных концентраций примесей к равновесным значениям.

После окисления марганца и кремния основное количество вдуваемого в ванну кислорода расходуется на окисление углерода. Эта реакция остается ведущей до достижения остаточного содержания углерода 0,05%. Вместе с тем при концентрации углерода в менее 0,2 – 0,3% быстро увеличивается доля кислорода, который расходуется на окисление железа. При этом скорость окисления углерода снижается, а концентрация оксидов железа в шлаке и содержание растворенного в металле кислорода увеличиваются.

При остаточном содержании углерода менее 0,05% основное количество вдуваемого в ванну кислорода расходуется на окисление железа. При концентрации углерода менее 0,02% на окисление железа расходуется практически весь вдуваемый в ванну кислород. По этой причине концентрация углерода, равная 0,02%, обычно считается пределом обезуглероживания металла в открытых сталеплавильных агрегатах.

6.Охарактеризуйте механізм реакцій які протікають при окислюванні домішок металу киснем газової фази сталеплавильного агрегату.

Окисление примесей металла за счет поступления кислорода из газовой фазы получает наибольшее развитие при выплавке стали в мартеновских печах. Газовая фаза этих агрегатов содержит 2 – 5% кислорода, который вносится воздухом, подаваемым с некоторым избытком для сжигания топлива и дожигания выделяющегося из ванны . Кроме того, окислительной способностью по отношению к железу и низшему его оксиду обладают продукты горения топлива ( и ).

процесс включает следующие основные звенья:

Массоотдача кислорода из объема газовой фазы к поверхности раздела газ – шлак;
Окисление кислородом газовой фазы до у поверхности раздела газ – шлак;
Массоперенос в объеме шлака от поверхности раздела газ – шлак к поверхности раздела шлак – металл;
Восстановление железом жидкого металла по реакции

; (3.13)

Растворение кислорода в жидком металле по реакции (3.5);
Окисление примесей металла растворенным в металле кислородом и ;
Массоперенос в объеме шлака от поверхности шлак – металл к поверхности шлак – газ, после чего описанные выше процессы повторяются.

Реакции окисления примесей металла кислородом газовой фазы сталеплавильного агрегата включает большое количество звеньев, связанных с массопередачей кислорода через поверхности раздела фаз, а также массопереносом его в объеме газовой фазы, металла и шлака. По этой причине скорости окисления примесей при поступлении кислорода из газовой фазы агрегата имеют минимальные значения.

Углерод, растворенный в металле, может окислять кислород:

а) содержащийся в газовой фазе

при протекании этой реакции выделяется значительное количество тепла;

Окисление и восстановление марганца

Марганец по своим свойствам близок к железу, в железе он растворяется в любых соотношениях. Марганец — элемент, легко окисляющийся, особенно при сравнительно невысоких

Марганец, растворенный в металле, окисляется кислородом:

а) содержащимся в газовой фазе