Окисление марганца

Окисление марганца в расплаве железа можно представить реакцией

[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe]; ∆H = - 126,8 кДж/моль.

Эта реакция протекает в основном на границе шлак-металл, может протекать внутри металлической ванны. Но с учетом присутствия других элементов, особенно кремния и углерода, в ванне для окисления марганца нет достаточного количества FeO. Так как реакция окисления марганца экзотермическая, то она активно протекает в начальный период плавки, когда температура ванны еще относительно невысокая.

В сталеплавильных процессах в начальный период наблюдается интенсивное окисление марганца и переход его в шлак. Содержание марганца в металле на момент расплавления шихты мало. В дальнейшем по мере разогрева ванны концентрация марганца в металле повышается, происходит обратный переход его из шлака.

Образующийся MnO является основным оксидом с температурой плавления 3058 К. При температурах процесса плавки стали MnO находится в твердом нерастворимом состоянии. Удаление MnO из ванны жидкого железа возможно в результате образования ряда твердых растворов с FeO, температура плавления которых снижается по мере увеличения соотношения MnO/FeO. При определенном содержании FeO частицы твердого раствора плавятся и всплывают в шлак.

Окисление марганца и склонность его к переходу в шлаковую фазу находятся в зависимости от основности шлака.

Для реакции окисления марганца константа равновесия

.

Коэффициент распределения

.

Для оксидов марганца и железа, находящихся в шлаке, за стандартное состояние вещества принято реальное состояние, для раствора выполняется закон Рауля; для марганца (примесь в расплаве железа) в качестве стандартного принято условное состояние вещества, раствор подчиняется закону Генри.

Так как оксиды марганца и железа являются основными оксидами, изменение состава шлака приводит к изменению активности γ_(FeO) и γ_(MnO) в одном направлении. Следовательно, основность шлака не так резко влияет на величину коэффициента распределения, как в случае кремния.

Практически установлено, что в кислом процессе марганец окисляется полнее, чем в основном. Это объясняется тем, что с ростом концентрации SiO₂ в шлаке увеличивается соотношение γ_(FeO)/γ_(MnO).