Роль флюсов в металлургических процессах
В рудах, используемых для получения металлов, содержащих до 50% и более пустой породы (нерудные материалы, напр. SiO2).
Для понижения температуры плавления пустой породы (Tпл (SiO2) = 1710 C) и отделения пустой породы от руды, а также сплавления с золой металлургического топлива используются флюсы (минеральные вещества). В результате сплавления пустой породы с флюсом, а также с золой металлургического топлива образуются металлургические шлаки.
Металлургический шлак - это расплав окислов металлов и неметаллов.
На рис.1.2 приведена диаграмма плавкости системы А (SiO2) и В(CaO).
Температура плавления тройной системы (SiO2, CaO, Al2O3)Тпл = 1170 ...1200 С.
Р
ис.1.2.
Диаграмма плавкости SiO2 и СаО
Требования к флюсам: должны содержать минимальное количество вредных примесей (S, P); Должны обеспечивать получение шлаков оптимальной вязкости.
Роль шлаков в металлургических процессах:
-
служат средой для протекания химических реакций;
-
определяют максимальную температуру в металлургической печи печах шахтного типа);
-
защищает металл от окисления кислородом газовой фазы печной атмосферы;
-
уменьшает концентрацию растворенных газов в металлах;
-
шлаки служат для удаления вредных примесей (S,P);
-
через шлаки проводят легирование и раскисление металлов;
по составу шлаков судят о ходе металлургических процессов. В металлургических процессах для характеристики химических свойств шлаков используется понятие степень кислотности
, (
11)
ak < 1 - основной шлак; ak > 1 - кислый шлак.
Коэффициент ak определяет характер протекания металлур-гических процессов. При ak <1 шлаки способствуют удалению вред-ных примесей S,P.
Химические реакции удаления серы и фосфора из металла в шлак приведены ниже
[FeS] + (CaO) = (FeO) + (CaS) + Q (12 )
2[P] + 4(CaO) + 5(FeO) = 5 [Fe ] + (CaO)4 P2O5 + Q (13 )
Квадратные скобки [ ] означают, что соединение [FeS] и [P] растворено в жидком металле, круглые скобки ( ) - вещества растворены в жидком металлургическом шлаке. Реакция удаления серы из металла в шлак является слабо эндотермичной. Применим закон действия масс к химической реакции удаления серы из металла в металлургический шлак
где Kp - константа равновесия данной реакции.
Обозначим ns = (CaS) / [FeS] - коэффициент распределения серы между металлом и шлаком. Используя закон действия масс, выразим коэффициент распределения Kp через ns.
(15)
Отсюда следует, что с увеличением содержания (CaO) в шлаке коэффициент ns (степень десульфурации, т.е. удаление серы в шлак) возрастает.
Зависимость коэффициента распределения n от температуры описывается уравнением:
(16)
где Hs - изменение энтальпии при переходе 1г серы из жидкого металла в шлак (обычно небольшая положительная величина).
Следовательно, величина ns c повышением температуры воз-растает незначительно.