- •Термодинамика и кинетика
- •Основы теории горения топлива
- •Общие закономерности протекания реакций
- •Кинетика и механизм реакций гомогенного горения
- •Основа химической кинетики
- •Воспламенение
- •Цепные реакции
- •Механизм горения н2 и со
- •Кинетика и механизм горения твердого углерода
- •Лекция №3
- •Особенности влияния различных факторов на процесс в кинетической и диффузионной областях
- •Воспламенение и тушение кокса
- •Механизм взаимодействия углерода с кислородом
- •Кинетика и механизм реакции Белла-Бодуара
- •Реакция распада со
- •Термодинамика восстановления оксидов железа
- •Восстановление оксидов железа газами
- •Десорбция продуктов реакции в газовую фазу
- •Окислительное рафинирование
- •Удаление вредных примесей
- •Обесфосфоривание стали
- •Удаление серы из металла
- •Обессеривание расплавленного металла шлаком
Обессеривание расплавленного металла шлаком
Здесь метод окисления из-за одновременного окисления серой железа не пригоден. Обессеривание расплавленного металла производят переводом серы в шлак при помощи реагентов, дающих более прочное соединение чем FeS и менее растворимые в железе CaS, MnS, MgS, Na2S. Ведущее место принадлежит CaO в виде извести, известняка и доломита. В ме таллургических агрегатах происходит реакция
Запишем константу равновесия для этой реакции
Учитывая особенности химического анализа, когда приводится содержание серы в шлаке, в чугуне
Для увеличения Ls необходимо:
-
Увеличить концентрацию CaO в шлаке
-
Уменьшить содержание FeO в шлаке
Таким образом для обессеривания наиболее пригоден восстановительный процесс. Ls= 2-7%, а в доменной плавке Ls=50-60%. При температурах 1500-1600 оС реакция обессеривания. В этом причина низкой эффективности обессеривания в СПП. В доменной печи из-за наличия углерода обессеривание происходит иначе.
Константа равновесия последней реакции существенно больше 1. Поэтому в доменных шлаках содержание его не превышает 0,3%. Что и обеспечивает высокую степень перехода серы в шлак. В окислительных процессах из-за значительного содержания FeO в шлаке результаты обессеривания значительно хуже чем в ДП. Не смотря на существенно бОльшую основность шлака. Обессеривающая способность существенно зависит от состава шлака. Увеличение CaO, MgO, MnO повышает Ls. Увеличение SiO2, Al2O3 понижает. Особенно сильно влияние CaO и SiO2. ДельтаН реакции невысок. Поэтому температура слабо влияет на равновесие реакции. В данной реакции коэффициент распределения серы зависит главным образом от концентрации CaO и от парциального давления СО. Поэтому обессеривание чугуна продолжается на выпуске в главном желобе при резком уменьшении Рсо.
Кинетика обессеривания.
В производственных условиях, особенно в восстановительных процессах коэффициент распределения серы фактический меньше равновесного. Удаление серы определяется кинетикой взаимодействия. Механизм взаимодействия включает следующие стадии:
-
Диффузии серы из объема металла к поверхности раздела фаз металл-шлак
-
Химическое взаимодействие на поверхности раздела фаз и обогащение пограничного слоя шлака с серой металла кислородом
-
Отвод, диффузия серы из пограничного слоя в объем шлака, где ее концентрация ниже
-
Отвод кислорода из металла за счет реакции обезуглероживания.
Обессеривание лимитируется диффузией .
Отсюда следует:
-
что в начальной стадии содержание серы на поверхности существенно больше Соб, а Соб=0. Тогда наблюдаемая скорость процесса будет
-
Коэффицеинт диффузии серы в шлаке и, следовательно Vнаб увеличивается с ростом температур, что вызвано уменьшением вязкости шлака, в этом же направлении действуют и разжижающие добавки MnO и особенно CaF2.
-
Vнаб пропорциональна f по отношению к Lш, отсюда перемешивание металла и шлака ведет к увеличению Ls, особенно интенсивно происходит перемешивание при выпуске чугуна
-
Чем больше Ls тем выше наблюдаемая скорость обессеривания
-
Рост температур увеличивает скорости всех звеньев Ls фактический и степень приближения его к равновесному значению
-
Увеличение основности увеличивает Ls до определенного предела