Окисление кремния и марганца, так же как и углерода, начинается с момента подачи кислорода (рис. 1), причем весь кремний и большая часть марганца выгорают в первые минуты продувки. Более быстрое их окисление по сравнению с углеродом объясняется различием в химическом сродстве разных элементов к кислороду при различных температурах.
На рис. 2 приведена зависимость химического сродства ряда элементов к кислороду от температуры; при этом величина химического сродства тем больше, чем больше по абсолютной величине отрицательное значение LG°. Из рис. 2 следует, что при температурах ниже 1450-1500 °С кремний и марганец обладают более высоким сродством к кислороду, чем углерод; при более же высоких температурах сродство углерода к кислороду превышает сродство марганца и кремния. В соответствии с этим марганец и кремний окисляются в начале продувки, когда температура в конвертере сравнительно невысока.
Рисунок 1. Изменение состава металла (а) и шлака (б) по ходу продувки в кислородном конвертере (Мn и МnО — значения, характерные для переработки маломарганцовистого чугуна)
Химическое сродство элементов к кислороду при различных температурах показано на правом рисунке.
Окисление кремния заканчивается в первые 3—5 мин продувки и в дальнейшем по ходу плавки жидкий металл кремния не содержит. Реакция окисления кремния протекает до его полного израсходования и является необратимой, поскольку продукт окисления — кислотный оксид SiO2, связывается в основном шлаке в прочное соединение 2СаО • SiO2.
Интенсивное окисление марганца наблюдается в начале продувки, когда при низких температурах его химическое сродство к кислороду велико; к 3—5 мин продувки окисляется около 70 % марганца, содержащегося в чугуне. В дальнейшем поведение марганца определяется равновесием экзо-термической реакции:
[Mn] + (FeO) = (МnО) + Fe + 122950 Дж/моль.
В соответствии с этой реакцией отмечаются (см. рис.1) следующие особенности поведения марганца: при уменьшении содержания FeO в шлаке во второй половине продувки равновесие реакции сдвигается влево и содержание марганца в металле возрастает, т.е. марганец восстанавливается из шлака; в конце продувки, когда вследствие усиливающегося окисления железа содержание оксидов железа в шлаке возрастает, равновесие реакции сдвигается вправо, и поэтому наблюдается вторичное окисление марганца.
Конечное содержание марганца в металле зависит прежде всего от его содержания в чугуне и возрастает при увеличении температуры металла в конце продувки и снижении окисленности шлака, т.е. содержания в нем FeO. Конечное содержание обычно находится в пределах от 0,2-0,3 до 0,03-0,05 %, нижний предел — при переработке маломарганцовистых чугунов. За время продувки окисляется около 70 % марганца.
Смотрите видео на металлургическую тематику в нашем новом разделе - "ВИДЕО" Читайте также:
