ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Закономерности окисления и восстановления железа из "Металлургия стали " Окисление и восстановление железа, как и любого другого элемента, дающего шлакообразующий оксид, означает распределение его между металлической и шлаковой фазами. Но распределение железа отличается от распределения примесей, содержащихся в нем в металлической фазе активность железа близка к единице, а примесей всегда значительно меньше. [c.127] Поэтому описание закономерностей окисления железа несколько проще. [c.127] Из рис. 26 видим, что РегОз примерно до температур 1300° С имеет упругость диссоциации меньше парциального давления кислорода в газовой фазе мартеновской печи, следовательно, может существовать в чистом виде, не подвергаясь термической диссоциации. При более высоких температурах наблюдается обратная картина, вследствие чего РегОз может существовать только в растворе, например в шлаке, при ее активности, которая обеспечивает упругость диссоциации, равной парциальному давлению кислорода в газовой фазе. [c.128] Из рис. 26 видно, что в диапазоне температур (1350— 1700°С), характерном для мартеновской плавки, в газовой фазе устойчивой является только Рез04, а два других оксида переходят в Рез04 РеО окисляется, РегОз диссоциирует. [c.128] окислительный потенциал газовой фазы мартеновской печи настолько велик, что в состоянии полностью превратить металлическое железо в оксиды. [c.128] Окислительный потенциал кислородного дутья еще выше [ро =--0,1 МПа (1 ат) или IgPo, =0]- Поэтому, согласно рис. 26, кислородное дутье в состоянии превратить металлическое железо не только в РеО при любой температуре сталеплавильных процессов, но и сохранить чистый высший оксид РеаОз до температуры примерно 1450° С. [c.128] Непосредственное взаимодействие чистых оксидов железа и металла с газовой фазой мартеновской печи наблюдается только в начале плавки — во время завалки и прогрева железной руды, агломерата (окатышей) и лома. По ходу плавки в любом агрегате оксиды железа находятся в жидком шлаковом расплаве, а жидкая металлическая фаза, кроме железа, содержит примеси, в первую очередь углерод. Это коренным образом изменяет условия, и поведение железа нельзя объяснить, пользуясь только диаграммой рис. 26. [c.128] Наличие шлаковой фазы, способной растворять оксиды железа, термодинамически благоприятствует окислению железа, так как переход оксидов в раствор повышает их устойчивость. Вследствие этого примеси металла, дающие шлакообразующие оксиды, на поведение железа оказывают двоякое влияние. С одной стороны, способствуя образованию шлаковой фазы, примеси облегчают протекание процесса окисления железа и перехода его в шлак. С другой стороны, примеси, имея большее сродство к кислороду, чем железо, препятствуют его окислению (поступающий в ванну кислород расходуется главным образом на окисление примесей). Это защитное действие примесей сказывается лишь до тех пор, пока не достигнуто равновесие реакций их окисления. [c.129] Таким образом, примеси, содержащиеся в металле и дающие шлакообразующие оксиды, боле прочные, чем FeO, в период своего окисления в определенной степени защищают железо от окисления, но не предотвращают этого процесса, так как для формирования шлака расходуется некоторое количество оксидов железа. [c.129] Углерод в металле обычно является примесью, обладающей гораздо большей способностью защищать железо от окисления, чем другие примеси. Это объясняется тем, что, во-первых, концентрация углерода в металле по ходу всей плавки значительно выше равновесной и он непрерывно окисляется, забирая поступающий в ванну кислород во-вторых, в результате окисления углерода образуются газообразные оксиды, причем главный продукт реакции O является хорошим восстановителем. Например, если бы была возможность проведения плавки без шлака, то углерод мог бы полностью защитить железо от окисления, так как при протекании реакции окисления углерода с обычным содержанием (90—95%) СО в продуктах реакции исключается выделение чистых оксидов железа в виде самостоятельной шлаковой фазы. [c.129] В результате дей ствия этих двух проти воположных сил по хо ду плавки наблюдает ся определенное, обыч но стабильное дл5 каждого периода со держание оксидов же леза в шлаке, которое неравновесно ни с газовой, ни с металлической фазами, но в определенной степени связано с содержанием углерода в металле (рис. 27). [c.130] Установление стабильного, но неравновесного для данных условий содержания оксидов железа объясняется непрерывным протеканием двух противоположных процессов окисления железа под действием кислорода газовой фазы и восстановления оксидов железа в результате восстановительного действия углерода металла и СО, образующейся при окислении углерода. [c.131] Этому восстановительному воздействию подвергаются и готовые оксиды железа, вносимые в ванну в виде твердых окислителей (руды, агломерата, окалины и т.п.). Но восстановление внесенных в ванну готовых оксидов железа, как и окисление железа, происходит до определенного предела (не до конца). [c.131] в период окислительного рафинирования неизбежно, с одной стороны, окисление железа металлической фазы и переход его в шлак, а с другой — восстановление оксидов железа, введенных в ванну. Эти реакции протекают до тех пор, пока не будет достигнуто то стабильное содержание оксидов железа в шлаке, которое характерно для данных конкретных условий ведения плавки. [c.131] Это стабильное содержание оксидов железа в шлаке зависит (кроме концентрации углерода) от температуры ванны и основности шлака, а в кислородных конверторах— также от глубины проникновения струи кислорода в металл. Чем больше глубина проникновения струи кислорода в металл, тем лучше контакт шлака с металлом и пузырями СО и тем меньше содержание оксидов железа в шлаке, если металл и шлак имеют нормальную жидкоподвижность. Глубина погружения струи зависит от положения фурмы и динамического напора струи (расхода и давления кислорода). Чем выше основность шлака, тем выше в нем содержание оксидов железа. [c.131] Содержание углерода влияет и на концентрацию кислорода в металле в период окислительного рафинирования (рис. 28). Характерно, что эта концентрация кислорода в металле, в отличие от содержания оксидов железа в шлаке, практически одинакова в мартеновском и кислородно-конверторном процессах, а также в окислительный период плавки в электропечи. [c.133] В самой металлической фазе наблюдается различие между фактической и равновесной с углеродом концентрациями кислорода. Это различие обеспечивает непрерывное протекание процесса окисления углерода. [c.133] Таким образом, в конечном счете основным фактором, вызывающим непрерывное поступление кислорода в металлическую фазу, является протекание реакции окисления углерода. [c.134] Вернуться к основной статье