Металлургия. Металлургия занимается реакциями различных элементов в жидкой стали

Металлургия занимается реакциями различных элементов в жидкой стали. Параметрами, оказывающими воздействие на процесс, являются: температура, содержание элементов в ванне металла, шлаковые компоненты, а также соотношение количества шлака и металла. Состав стали и образующегося одновременно шлака должны регулироваться с помощью соответствующих методов таким образом, чтобы за самое короткое время можно было получить требуемый по производственно-технологическим соображениям химический состав стали.

4.1. Кислород

Металлургические реакци в значительной степени осуществляются с помощью кислорода. Сталь на более чем 90% состоит из железа, которое окисляется кислородом в FrO, при этом одновременно кислород растворяется в железе. Из сопутствующих элементов железа в ванне металла посредством кислорода можно воздействовать только на те элементы, химическое сродство с кислородом которых выше чем железа. В убывающей последовательности сродства до железа реагируют сначала углерод (С), затем алюминий (AL), кремний (Si), марганец (Mn), хром (Cr). Однако эта термодинамически обоснованная последовательность реакций отдельных элементов ограничена вследствие непропорционально высокого наличия железа. На такие элементы, как, например, медь (Cu) наличие кислорода не оказывает воздействия, так как химическое сродство кислорода с этим элементом ниже чем с железом. Поэтому необходимо избегать попадания меди с ломом.

Образующиеся оксиды металлов не растворяются в жидком железе, в жидком виде они выделяются из расплава и переходят в шлак. Медь же, наоборот, остается растворенной в железе. Важнейшими реакциями являются следующие:

Si + O2 = SiO2 - 8,69 квт.час/кгSi

4 Al + 3 O2 = 2 AL2O3 - 8,63 квт.час/кгAl

2 Mn + O2 = 2 MnO - 1,95 квт.час/кгMn

2 Fe + O2 = 2 FeO - 1,32 квт.час/кгFe

Со знаком минуса отмечены экзотермические реакции: они тем самым в решающей степени способствуют внесению энергии в печь или плавке стали. Из этого ясно видно, что состав шихты (лом / чугун / металлизованные окатыши) в решающей степени оказывает воздействие на потребность в электрической энергии.

Образующийся вначале при окислении сопутствующего элемента углерода СО выходит из процесса с отходящими газами. Реакции происходят по следующим уравнениям:

2 С + О2 = 2 СО - 2,85 квт.час/кгС

2 СО + О2 = 2 СО2 - 6,55 квт.час/кгС

Дожигание СО с помощью кислорода в СО2 дает при этом значительную долю энергии, которая используется для подогрева лома в шахте.

4.2. Шлаки

Для металлургичесих реакций, в частности, для образования пенящихся шлаков и эффективности ввода электрической энергии практика добавления извести и образующийся в связи с этим состав шлака имеет важное значение.

Известь является важнейшей добавкой для образования шлака. Остальные компоненты шлака являются результатом вышеупомянутых реакций окисления. Для удаления таких нежелательных для качества стали элементов как фосфор и сера количество извести должно быть по возможности высоким. С другой стороны, шлак может растворить только ограниченное количество извести. Оставшаяся в избытке известь присутствует в нерастворенной твердой форме и делает шлак вязкотекучим и реакционно инертным.

Количество извести (приблизительно 30 - 40 кг/т) должно быть поэтому установлено таким образом, чтобы шлак состоял из следующих оксидов:

СаО: около 40%

MgO: около 7%

Al2O3 около 5%

SiO2 около 16%

FeO около 20 - 35 %

MnO около 5%

P, S около 2%

Химические свойства шлака определяются соотношением между щелочными и кислотными компонентами, так называемой основностью, определяемой как В = СаО/SiO2. Благоприятной (однако не решающей) для факторов воздействия при образовании шлака является величина

В = 2,5.

Графическое отображение состояния дает трехкомпонентная система из основных компонентов СаО, FeO и SiO2. Эта основная система в значительной степени зависит от дополнительного содержания остальных компонентов шлака, поэтому происходит постоянное изменение состава шлака от начала плавки до выпуска.

Обобщенно шлак выполняет следующие задачи:

· Поглощение компонентов исходных веществ, присутствие которых в железе нежелательно (сера/фосфор);

· Нейтральное отношение к огнеупорным материалам, хотя они, как многие огнеупорные материалы, в основном состоят из оксидов металлов;

· Образование слоя на ванне жидкой стали и уменьшение потерь тепла;

· Повышение электрического коэффициента полезного действия благодаря технологии пенящихся шлаков.

Решающим для технологии пенящихся шлаков являются свойства шлака. Самые важные факторы воздействия при образовании пенящегося шлака могут быть сформулированы следующим образом:

Дата добавления: 2015-07-25