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.

11. Поясніть, чим обумовлена суттєво різна ефективність дусульфурації металу в окислювальному та відновлювальному періодах плавки при виробництві сталі в дугових електросталеплавильних печах.

Из-за высокого содержания оксидов железа в шлаках окислительного периода условия для протекания реакции десульфурации являются неблагоприятными, и десульфурация получает ограниченное развитие. Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S] равен 3—5, а всего за время плавления и окислительного периода в шлак уда­ляется до 30 % серы, содержащейся в шихте.

Во время восстановительного периода успешно идет десульфурация, что объясняется высокой основностью шлака (CaO/SiO₂ = 2,7—3,3) и низким (< 0,5 %) содержанием в нем FeO, обеспечивающими сдвиг равновесия реакции десульфурации

[S] + Fe + (СаО) = (CaS) + (FeO)

вправо (в сторону более полного перехода серы в шлак). Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S] составляет 20-60.