Окисление и восстановление фосфора. Условия его удаления из расплаве стали.

Фосфор растворяется в железе в значительных количествах, и эта реакция сопровождается выделением тепла:

Фосфор явл-ся вредной примесью в сталях:

1)значительно расширяет двухфазную область ликвидус-солидус ,что при кристаллизации слитка приводит к сильной ликвации(неоднородности хим. состава).

2)хрупкие прослойки ,богатые фосфором снижают пластические свойства стали ,особенно при низких t-рах, т.е. вызывают хладноломкость.

В шихту сталеплавильных печей P попадает с расплавом доменного чугуна, в составе стального лома и ферросплавов.

Растворенный в Me-ле P может окисляться кислородом газовой фазы, кислородом закиси железа и кислородом, растворенным в Mе-ле:

При этом все р-ии сопровождаются выделением теплоты.

В случае окисления фосфора газообразным кислородом выделяется максимальное количество тепла.

Чтобы удалить фосфор из Mе и удержать его в шлаке необходимо снизить активность в шлаке .Это достигается наведением высокоосновного шлака с помощью добавок . Основная составляющая извести реагирует с с образованием устойчивого соединения:

∙

∙

Поэтому при протекании реакции со шлаком, содержащим оксиды железа и оксиды кальция получаем

При продувке сталеплавильной ванны газообразным кислородом в присутствии извести также происходит образование этих соединений :

В ряде случаев для ускорения дефосфорации прибегают к вдуванию в расплав порошкообразной извести в струе кислорода.

Условия для удаления фосфора из расплава:

1. Наличие высокоосновных шлаков

2. Повышенное содержание в шлаках

3. Низкая t-ра расплава

4. Низкое сод-ие фосфора в шлаках.

При плавке в кислых печах, где удаление фосфора невозможно, необходимо использовать шихтовые материалы чистые по фосфору, чтобы суммарное содержание фосфора в шихте было на 0.01% меньше, чем допускается для выплавляемой марки стали.

13.Сера в сталях и условия её удаления

Сера попадает в сталеплавильные агрегаты с жидким чугуном, с металлическим ломом, добавочными материалами, со стальной и чугунной стружкой, содержащей остатки СО или смазочных материалов из печной атмосферы.

Сера обладает неограниченной растворимостью в жидком железе и ограниченной в твердом. Сульфиды железа образуют с железом низкоплавкую эвтектику с t=988 ⁰С , которая при наличии О₂ плавится при еще более низких t-рах что и приводит к красноломкости стали.

При растворении серы в железе также происходит выделение тепла.

{S} → [S]+Q

t-ра кипения S=445 ͦС

Активность серы в жидком железе зависит от состава расплава. С и Si повышают активность серы в расплаве, т.к вытесняют ее из микро ячеек в структуре жидкого Ме и занимают ее место. Поэтому чугун легче очищать от серы чем сталь.

Для удаления серы из расплава стали можно использовать Mn, Mg, Na, Ca и др. РЗМ.

Некоторое кол-во серы удаляется при выпуске чугуна из дом. печи в результате протекания реакции

[FeS]+[Mn]→(MnS) +[Fe]

В сталеплавильном агрегате сера удаляется за счет р-ции с оксидом кальция:

[FeS]+(CaO)→(CaS)+(FeO)

Эта реакция протекает на поверхности раздела металла и шлака и увеличение этой поверхности активизирует протекание данной реакции. Это достигается:

1) За счет перемешивания металла и шлака .

2) За счет вдувания в расплав CaO в виде порошка.

Перемешивание металлов и шлаков достигается за счет кипения ванны, продувание расплава инертными газами и использования устройства для электромагнитного перемешивания расплава.

Если шлак, кроме CaO , содержит некоторое количество оксида Mn, то протекает реакция по удалению серы в шлак:

[FeS]+(MnO)→(MnS)+(FeO)

Условия удаления серы в шлак:

1) Наличие высокоосновных шлаков.

2) Низкое содержание FeO в шлаке.

3) Повышенная t-ра расплава.

4) Низкая концентрация серы в шлаке.

5) Перемешивание расплава.

Некоторое кол-во серы удаляется за счет ее взаимодействия с газообразным кислородом.

[S]+{O₂}→{SO₂}

Но доля этой реакции в процессах обессеривания мала(менее 10%)

Основным раскислителем при выплавке стали является углерод. [C]+[O]→{CO}