Химическое сродство элементов

Поведение основных примесей шихты при производстве стали

Окисление металлических и неметаллических примесей железа (за исключением углерода) сопровождается образованием жидких или твердых фаз, которые в силу меньшей плотности по сравнению с расплавленным железом всплывают на его поверхность и образуют совместно с присаживаемыми флюсами жидкий шлак.

При рассмотрении вопросов, связанных с изучением основных реакций, обычно используют понятие химического сродства элементов.

Химическое сродство элементов

Под химическим сродством понимают способность элементов вступать в химическое взаимодействие между собой. Критерием химического сродства являются значения констант равновесия реакций (К) химического взаимодействия элементов.

Рассмотрим и сравним сродство к кислороду железа и примесей, характерных чугуну, в диапазоне температур сталеплавильного производства (рис. 7.1-1). Основные реакции окисления:

1) [Fe] + ¹/₂ {O₂} = (FeO); (7.1‑1)

2) 2[P] + ⁵/₂{O₂} = (P₂O₅); (7.1‑2)

3) [C] + ¹/₂ {O₂} = {CO}; (7.1‑3)

4) [Mn] + ¹/₂ {O₂} = (MnO); (7.1‑4)

5) [Si] + {O₂} = (SiO₂). (7.1‑5)

		Рис. 7.1.-1. Зависимость констант равновесия реакций окисления примесей чугуна от температуры

На основании этих зависимостей можно оценить химическое сродство. Сродство элементов друг другу тем выше, чем больше значение константы взаимодействия.

Для всех указанных на графике (рис. 7.1-1) элементов можно выделить 3 области:

1. Температура металла (t) меньше 1470^oC.

При этой температуре наибольшее значение константы равновесия соответствует реакции (7.1-5), то есть максимальным сродством к кислороду в этом в этом интервале будет обладать кремний (Si), далее Mn, C, P, Fe.

2. t = 1470−1560 °С, по тем же соображениям порядок окисления - Si, C, Mn, P, Fe.

3. t > 1560 ^oC, порядок окисления - C, Si, Mn, P, Fe. Следовательно, при температуре сталеплавильных процессов (t = 1600−1620 ^оС) наиболее активным к кислороду является углерод.

Это справедливо тогда, когда рассмотрены одинаковые концентрации веществ. Ввиду большей концентрации железа в чугуне окисление его сопровождает окисление остальных примесей.