ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Окисление углерода из "Металлургия стали " Окисление железа в мартеновском процессе имеет место непрерывно. Оно начинается в период прогрева лома и протекает по реакциям Ре(т)- -72 02 =FeO 2Ре(т)-+-+ 2 0г =РегОз. Образующиеся оксиды сначала находятся в твердом состоянии, затем расплавляются и составляют основную часть первоначально формирующегося шлака. [c.394] Восстановление железа из оксидов также неизбежно в первую очередь ввиду накопления в шлаке избыточного количества оксидов из-за протекания приведенных выше реакций. Кроме того, имеет место та или иная степень восстановления оксидов железа твердых окислителей, вводимых в ванну в периоды завалки и доводки. При скрап-рудном процессе в первой половине периода плавления в восстановлении оксидов железа принимают участие все окисляющиеся примеси углерод, кремний, марганец и.фосфор. Во второй половине периода плавления и в период доводки восстановление оксидов железа практически происходит только углеродом металла. [c.395] Как подчеркивалось выше (см. ч. I, разд. П1, гл. 1), какой процесс (окисление или восстановление) получает преимущественное развитие, зависит от количества вводимых в ванну оксидов железа. Если количество вводимых в ванну оксидов меньше их количества, необходимого для шлакообразования, то имеет место окисление железа. Если количество введенных оксидов превышает потребности в них для шлакообразования, то наблюдается восстановление железа. [c.395] При скрап-рудном процессе на шлакообразование обычно расходуется 2,5—3,5% (от садки) оксидов железа, что соответствует 3—4% твердых окислителей. Расход твердых окислителей на плавку в этом случае при работе без продувки ванны кислородом в среднем составляет 10—15%. Следовательно, при скрап-рудном процессе имеет место восстановление, по крайней мере, 5—10% твердых окислителей, т. е. наблюдаются пригар железа и увеличение выхода годного металла на 3—5% и более. [c.395] Реакция окисления углерода в мартеновском процессе имеет исключительно важное значение без перемешивания ванны, вызываемого реакцией окисления углерода, мартеновский процесс невозможно реализовать. Без перемешивания невозможно было бы осушествить нагрев и рафинирование металла. [c.396] Основные реакции окисления углерода. Углерод в мартеновской печи, как в любой другой сталеплавильной ванне, окисляется преимущественно до СО и частично до СОг, причем этот процесс протекает в течение всего окислительного рафинирования —в периоды плавления и доводки. Основными источниками кислорода являются газовая фаза печи и твердые оксиды железа, вносимые в ванну главным образом в виде твердых окислителей и частично в виде окалины (ржавчины) лома. [c.396] Если учитывать источники кислорода, то реакции окисления углерода необходимо записывать в виде уравнений 2[С]Ч- 02 =2 С0 [С]-1- 02 = С02 3[С]- --f Рв20з(т)=3 СО -f 2 [Fe] 3 [С] Н-2Ее20з(т)=3 СОг -f -t-4[Fe]. Однако кислород газовой фазы и твердых окислителей взаимодействует непосредственно с примесями металла только частично. Основное их количество растворяется в шлаке, примеси окисляются кислородом FeO шлака. Поэтому чаще всего реакции окисления углерода в мартеновской ванне представляют в виде следующих суммарных реакций [С]-I-(FeO) = СО -Ь [Ре] O -f -f(Fe0) = 02 -f Pe]. [c.396] Часть кислорода, поступающего в ванну, растворяется в металле, и углерод частично окисляется этим кислородом по реакциям [С] 4- [О] = СО СО -f [О] = = СОг . [c.397] При определении равновесной концентрации углерода необходимо исходить из концентрации кислорода в металле, т. е. следует пользоваться термодинамическими характеристиками последних реакций, особенно реакции образования СО. Окислительный потенциал газовой и шлаковой фаз, т. е. протекание первой и второй группы реакций, определяет скорость окисления углерода. [c.397] Расход кислорода на окисление углерода — величина переменная, зависящая от количества удаляемого углерода и содержания СОг в продуктах реакции. Содержание СОг в газах, выделяющихся из ванны и равновесных со шлаком, в период плавления обычно составляет не менее 10—15% и в период чистого кипения 3—6%. Поэтому удельный расход кислорода на окисление углерода в среднем составляет в период плавления 1,5 кг/кг, а в период доводки 1,4 кг/кг. [c.397] При скрап-рудном процессе доля реакции окисления углерода в балансе кислорода существенна. Обычно не менее 75—80% общего количества кислорода, расходуемого на окисление примесей, идет на окисление углерода. [c.397] Место протекания реакции окисления углерода может изменяться в зависимости от условий в ванне. В начале периода плавления при скрап-рудном процессе она протекает преимущественно на границе жидкий металл — твердые окислители. По мере образования шлака углерод начинает окисляться и на границе шлак — металл. К концу плавления и в начале доводки, если шлак гетерогенный, реакция в основном протекает на границе металл— шлак, т. е. наблюдается так называемое подшла-ковое кипение. В это время шлак пенится, ухудшая теплопередачу от факела к металлу. Поэтому стараются, чтобы такое состояние ванны было кратковременным. [c.397] В дальнейшем по мере израсходования присаженных оксидов железа скорость окисления углерода снова снижается. Такая закономерность изменения v в период полировки наблюдается только при нормальном проведении этого периода, когда перед полировкой металл имеет требуемый перегрев и при полировке присадки даются умеренными дозами. Если присадки вводят в недостаточно нагретую ванну или в очень больших количествах (более 2,0—2,5%), то наблюдается переохлаждение ванны и скорость окисления углерода резко снижается. Это приводит к затягиванию доводки и ее нарушению. [c.399] Последняя зависимость графически представлена на рис. 89. [c.400] Удельная нагрузка на подину главным образом зависит от емкости печи, составляя около I т/м для 10-т печи и 5,5 т/м для 900-т печи. Для данной печи при сохранении неизменного профиля ванны удельная нагрузка нп подину остается постоянной величиной. [c.400] Кроме указанных выше факторов, удельное поступление кислорода из газовой фазы в ванну также зависит от рода применяемого топлива при отоплении мазутом оно выше, чем при отоплении природным газом. Поэтому величина ц изменяется в широких пределах от 3—5 кг/(м2-ч) при малой тепловой мощности и слабой окислительной способности газовой фазы печи до 10—15 кг/(м2-ч) в случае интенсификации сжигания топлива кислородом, но не зависит от емкости печи. [c.401] Как видно из рис. 89, даже при одном и том же значении р, скорость окисления углерода может изменяться в несколько раз в зависимости от удельной нагрузки на подину чем. больше удельная нагрузка (емкость печи), тем меньше скорость окисления углерода кислородом газовой фазы печи. Скорость окисления углерода обычно колеблется в пределах 0,1—0,2%/ч (0,0015— 0,0035%/мин) в большегрузных печах и 0,2—0,4%/ч (0,0035—0,007%/мин) в печах малой емкости. [c.401] Влияние интенсивности продувки на коэффициент усвоения кислорода сложное (рис. 91). В области низкой интенсивности продувки [менее 4—6 м (Мг-ч)] ио 1-Это означает, что ванна поглощает не только все количество вдуваемого кислорода, но и еще некоторое количество кислорода из атмосферы печи. В области высокой интенсивности величина ио, меньше единицы и обычно составляет 0,8—0,9, т. е. имеет место неполное усвоение вдуваемого кислорода, которое не компенсируется поступлением кислорода из газовой фазы печи. Практически полное прекращение поступления кислорода из атмосферы в печи в ванну при высокой интенсивности продувки объясняется тем, что обильное выделение СО из ванны оказывает экранирующее действие, т. е. кислород газовой фазы, не достигая ванны, взаимодействует с СО. Такое экранирующее действие СО наблюдается и в периоды интенсивного окисления углерода кислородом твердых окислителей, например в период полировки. [c.403] При ведении плавки с продувкой ванны кислородом можно обеспечить скорость окисления углерода в несколько раз выше, чем при плавке без продувки, например достигать Ус = 1,5ч-2,0%/ч и выше. В этом, собственно, и состоит основное интенсифицирующее влияние кислорода, вдуваемого в ванну, на ход мартеновского процесса. [c.403] Вернуться к основной статье