炼钢原理---6-2锰、硅、铬的氧化反应.ppt

、硅、铬的氧化反应


溶解于金属液中的锰很容易被氧化,反应式为:
[Mn]+1/2{O2}=(MnO)
△GΘ=-361495+ J•mol-1
[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]
△GΘ=-123307+ J•mol-1
[Mn]+[O]=(MnO)
△GΘ=-244316+ J•mol-1
[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]
可见,降低温度(增大平衡常数K),提高熔渣的氧化能力及降低γMnO (降低碱度),可促使钢液中锰氧化。

锰的氧化产物是碱性氧化物,吹炼后期炉温升高后,发生(MnO)被还原的吸热反应,即:(MnO)+[C]=[Mn]+{CO}或(MnO)+[Fe]=(FeO)+[Mn]。吹炼终了钢中锰含量也称为残锰或余锰。
影响残锰量的因素有:
(1)炉温高平衡利于(MnO)的还原,残锰含量高。
(2)碱度升高,可提高自由(MnO)浓度,残锰量增高。
(3)降低熔渣中(FeO)含量,可提高残锰含量。因此钢中碳含量高、减少后吹、降低平均枪位,残锰含量都会增高。

吹炼开始首先是Fe、Si被大量氧化,并放出热量,反应式为:
[Si]+{O2}=(SiO2)
△GΘ=-824470+ J•mol-1
[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]
△GΘ=-386769+ J•mol-1
[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]
可见,降低温度(增大平衡常数),提高熔渣的氧化能力及降低(提高碱度),可促使钢液中硅氧化。

碱性操作时,熔渣R>,渣中存在着大量自由状态的(CaO), (SiO2)是酸性氧化物,全部与CaO等碱性氧化物形成类似(2CaO· SiO2)的复杂氧化物,渣中二氧化硅呈结合状态。熔渣分子理论认为,只有自由氧化物才有反应能力,因此在吹炼后期温度升高,(SiO2)也不会被还原,钢中硅含量为“痕迹”。
可见碱性操作条件下,硅的氧化反应非常彻底。

在碱性炼钢过程中,铬氧化成Cr2O3。
2[Cr]+3(FeO)=(Cr2O3)+3[Fe]
铬在酸性条件下氧化的比较完全,在碱度大于2的碱性渣下,反应的平衡常数很低,这相当于大量从渣中还原进入钢液中。铬氧化的热效应较大,故提高温度不利于铬的氧化。

炉料中的铬在低温下,能大量氧化进入渣中,但在高温下又能为钢液中的[C]所还原,进入钢液中。实际上铬和碳时同时氧化的,只不过随着温度的提高它们的氧化程度有相反的变化。因此,铬与碳就出现了选择性氧化的特点。在二者氧势线交点温度以上,铬先于碳氧化;而在交点温度以上,碳可先于铬氧化,即抑制了碳的氧化。
“去碳保铬”的热力学条件:
(1)“去碳保铬”的最低温度是钢液中[Cr]与[C]氧化的转化温度。提高熔池温度,K值增大(吸热反应),从而使W[C]降低。向熔池吹氧,能迅速提高炉温。使用矿石氧化,则不能达到提温的目的。因为矿石脱碳是吸热反应。
(2)降低P`CO可在W[Cr]不变时,降低W[C] 。采用真空冶炼或吹入氩氧混合气体的减压操作,不仅降低P`CO ,而且可使CO气泡易形成,以加强脱碳。
(3)提高[C]的活度系数,亦能降低W[C] 。
(4)由于钢液的含铬量越高,对应的平衡W[C]也越高。因此为使含铬量高的钢液有较低的W[C] ,需要采用更高的真空度和适当高的温度,因为仅靠过高的温度会对炉衬损害大。