Роль реакции окисления углерода
Содержание углерода в стали значительно меньше, чем в чугуне, поэтому сталеплавильные процессы почти всегда сопровождаются реакцией окисления углерода, которую часто называют основной реакцией получения стали.
Углерод является главным потребителем кислорода, подводимого в ванну для окисления примесей. Например, в конвертерном и мартеновском скрап-рудном процессе до 75-80% и более кислорода расходуется на окисление углерода, поэтому управление процессом окислительного рафинирования во многих случаях сводится главным образом к регулированию реакции окисления углерода.
Удаление углерода из металлического расплава может протекать в зависимости от источника кислорода по следующим реакциям:
- кислород газовой фазы [С] + 1/2{О2} = {СО}; (7.2‑1)
- кислород расплава [С] + [О] = {СО}; (7.2‑2)
- кислород оксидов железа шлака [С] + (FeО) = {СО}+ [Fe] . (7.2‑3)
Рассмотрим возможность протекания реакции (7.2-2). Условие реакции – образование газообразного продукта {СО}. Таким образом, протекание реакции возможно при соблюдении следующего условия: давление газа СО (Рсо) должно преодолеть внешнее давление
Рсо³Рв , (7.2‑4)
, (7.2‑5)
где Рв - внешнее давление, которое можно выразить для пузырька единичного размера следующим образом
Рв = Ро+ Н×g + Ркап, (7.2‑6)
где Ро - атмосферное давление; (Н×g) - гидрастатическое давление; Ркап = 2s/r - капиллярное давление, связано с наличием избыточной поверхности раздела фаз; Н - высота столба жидкости над пузырьком газа; g - плотность жидкости; r - радиус кривизны поверхности (радиус пузыря); s - поверхностное натяжение на границе фаз.
Следовательно, внешнее давление можно определить по формуле
Рв = Ро+ Н×g + 2s / r. (7.2‑7)
Условие (7.2-4) перепишем с учетом соотношений (7.2-5) и (7.2-6)
. (7.2‑8)
Представим это условие в зависимости от радиуса пузыря (рис. 7.2-1).
Ро + Н×g
Очевидно, что условие протекания реакции окисления углерода (7.2-2) выполняется в случае, когда размер образующегося пузырька газа {СО} будет больше определенного критического размера, то есть Рсо ≥ Рв, когда r > rкр. В условиях сталеплавильного процесса rкр = 0,045 см.
Таким образом, окисление углерода возможно лишь тогда, если в жидком металле имеются газовые полости размером больше критических. Такие полости имеются на границе раздела металла с огнеупорной футеровкой агрегатов. Они представляют собой поры огнеупорной футеровки, не смачиваемые металлом, с размером r > rкр. Пузырь газа {СО} зарождается на границе раздела, отрывается и всплывает (рис. 7.2-2), т.к. металл не смачивает поры, то процесс повторяется бесконечно.
Фронтом реакции окисления углерода является граница раздела металл-футеровка, то есть в реакции участвует кислород растворенный в металле. Следовательно, это реакция окисления углерода (7.2-2).
Дата добавления: 2015-08-14; просмотров: 807;