ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Тепловой эффект процесса окисления углерода и основы синхронизации этого процесса с нагревом ванны из "Металлургия стали " Как указывалось, при управлении плавкой важно не просто окисление углерода и получение заданного содержания его в конечном металле, но и проведение этого процесса синхронно- с процессом нагрева ванны. Синхронизация этих двух процессов в общем случае является сложной задачей, так как, во-первых, в зависимости от источника кислорода тепловой эффект реакции окисления углерода может изменяться от резкого поглощения тепла до значительного выделения его во-вторых, по ходу процесса энтальпия металла может изменяться (увеличиваться или уменьшаться) под действием других процессов, кроме реакции окисления углерода. В этом сложном переплетении тепловых явлений, связанных с синхронным проведением процессов обезуглероживания и нагрева ванны, первостепенное значение имеет правильный учет и умелое регулирование (в пределах возможного) теплового эффекта реакции окисления углерода. [c.180] Основными источниками кислорода для окисления углерода являются холодное дутье (кислородное или воздушное), оксиды железа твердых окислителей (железной руды, агломерата, окатышей, окалины и т. п.), горячие печные газы. Окисление углерода газообразным кислородом дутья или печных газов протекает с выделением тепла, при этом чем выше температура нагрева кислорода, тем больше тепловой эффект реакции. Окисление углерода кислородом твердых окислителей является эндотермическим процессом. [c.180] П р И м е ч а н и е. Плюс — нагрев, минус — охлаждение. [c.181] Расчеты выполнены по обычной схеме сначала найдены тепловые эффекты реакции, а затем возможное изменение температуры ванны. [c.181] Из зависимости (122) следует, что тепловой эффект любой реакции при данной температуре отличается от стандартного теплового эффекта на величину, равную разности физического тепла реагирующих веществ и продуктов реакции. Характерно, что когда реагирующие вещества и продукты реакции имеют одну и ту же температуру, их физическое тепло, как правило (при соблюдении закона аддитивности), мало отличается друг от друга, т. е. тепловой эффект практически не зависит от температуры, и при упрощенных расчетах его можно принять постоянным, равным табличному значению. [c.182] В сталеплавильных процессах обычно окисляющаяся примесь и продукт реакции имеют одинаковую температуру, равную температуре ванны, а кислород, кроме поступающего из горячих печных газов, является холодным и практически не вносит физического тепла. Поэтому тепловой эффект сталеплавильных реакций существенно зависит от температуры ванны. Эта зависимость еще больше усиливается при окислении примесей холодным воздущным дутьем, содержащим больщое количество балластного азота. [c.182] В реальной сталеплавильной ванне фактический тепловой эффект реакции окисления углерода отличается от значений, приведенных выше, так как всегда происходит потеря тепла в окружающую ванну среду (нагрев футеровки, окружающего воздуха и т. п.), а также возможно протекание в ванне других экзотермических и эндотермических процессов, кроме окисления углерода. [c.182] Эти выводы в отношении конверторных процессов можно считать основной количественной характеристики условий синхронного проведения процессов обезуглероживания и нагрева металла для периода плавки, когда практически окисляется один углерод, так как ввиду кратковременности плавки в конверторах тепловые потери незначительны, и приведенные выше данные незначительно (на 3—5%) отличаются от фактически наблюдаемых значений изменений температуры. [c.184] Более точная количественная характеристика условий синхронного проведения процессов обезуглероживания и нагрева металла в любом агрегате может быть получена из уравнения теплового баланса ванны, учитывающего все статьи этого теплового баланса в каждый данный момент плавки. [c.184] Обозначим отношение изменения температуры ванны Д к изменению концентрации углерода в металле А [С] через А с и назовем эту величину относительным изменением температуры ванны. Согласно принятому определению, А с=А /А[С]. [c.184] При составлении теплового баланса для вывода последней формулы, придерживаясь общепринятого и удобного в подобных случаях принципа, принято, что углерод окисляется только холодным газообразным кислородом, а различие фактического теплового эффекта от стандартного отнесено к другим статьям баланса, стоящих в скобках в формуле (124). Например, охлаждающее действие твердого окислителя характеризует член как разложение оксидов железа на железо и холодный кислород, который взаимодействует с углеродом, а также на расплавление и нагрев полученного при этом железа до температуры ванны. [c.185] Зависимость (126) графически представлена на рис. 42. Диаграмма рис. 42 областью I, соответствующей значениям Aig, разделена на две части. Верхняя часть ее характеризует случаи, когда энтальпия ванны возрастает за счет дополнительного тепла, кроме тепла реакции окисления углерода холодным газообразным кислородом, благодаря превышению прихода тепла от внещних источников и экзотермических процессов в самой ванне над расходом тепла на покрытие тепловых потерь и эндотермические процессы. Нижняя часть диаграммы соответствует случаям, когда энтальпия ванны снижается ввиду преобладания расхода тепла над приходом из других источников, кроме реакции окисления углерода. [c.186] Как видно из диаграммы, влияние скорости окисления углерода на величину Aie различно в зависимости от характера изменения энтальпии ванны в случаях возрастания энтальпии ванны (uf 0) под влиянием процессов, кроме реакции окисления углерода, чем меньше v тем выше Мо т. е. тем лучше условия нагрева ванны в случаях же 0 (снижения энтальпии), наоборот, для улучшения нагрева ванны необходимо повышать скорость окисления углерода. [c.186] Из диаграммы рис. 42 также следует, что ввиду различной скорости окисления углерода и неодинакового характера изменения энтальпии ванны под действием процессов, кроме реакции окисления углерода, значения А с для различных агрегатов и в различные периоды плавки в одном и том же агрегате могут быть самыми различными. Поэтому в разных процессах по ходу плавки одному и тому же содержанию углерода в металле должна соответствовать различная температура ванны, если даже конечные значения этих параметров во всех процессах одинаковы. [c.186] Для пояснения сказанного рассмотрим следующий пример окончания плавки в разных агрегатах (рис. 43) в конце окислительного рафинирования необходимо получить металл с содержанием углерода 0,15% и температурой 1625° С. Определим температуру металла при содержании в нем 1,15% С в бессемеровском и кислородном конверторах, мартеновской и двухванной печах. [c.188] ЛИНИЙ В сторону увеличения At с на диаграмме типа рис. 43), можно принять, что для нормального окончания плавки при 1,15% [С] необходимо иметь a Ai 1580° . Поэтому синхронный ход процессов обезуглероживания и нагрева металла в конце бессемеровской плавки на рис. 43 можно изображать кривой 1. [c.188] Аналогичные рассуждения в отношении окончания плавки в кислородном конверторе (А с=70°С/% [С]) и двухванной печи (А/с=90°С/% [С]), полагая, что в этот период в ванну не присаживаются твердые материалы, позволяют получить кривые 2 и 5 на рис. 43. [c.188] Поскольку при присадке твердых материалов неизбежно охлаждение ванны, то к началу доводки металл должен иметь определенный перегрев выше температуры плавления (линии ликвидуса), причем количество присаживаемых твердых материалов должно быть таким, чтобы при их усвоении ванной температура ее не снижалась до линии ликвидуса, так как это приводит к потери жидкоподвижности металла и резкому ухудшению всех процессов тепло- и массопередачи. На диаграмме рис. 43 (кривая 4) изображен случай, когда присадка твердых материалов производилась в два приема А каждый раз температура ванны не снижалась ниже допустимых значений. [c.189] Вернуться к основной статье