6. Вредные примеси в стали

1. Окислительные реакции в стали

Электроплавка стали, по сравнению с другими способами сталеплавильного производства, имеет ряд принципиальных особенностей, связанных с условиями протекания окислительно-восстановительных процессов в ванне.

Выделение тепла в ДСП не требует подвода окислителей, и поэтому процесс электроплавки, в отличие от мартеновского и конвертерного процессов, по своему характеру не является окислительным. Более того, в ДСП в зоне горения дуг при высокой температуре и убытке углерода всегда имеется восстановительная атмосфера. Это позволяет успешно вести восстановительные процессы и затрудняет окисление примесей, которое происходит только при специальном введении в ванну окислителей.

При поддержании в ДСП положительного давления, препятствующего подсосу воздуха, во всем объеме печи создается восстановительная атмосфера, содержание СО в которой составляет 60-70%.Благодаря этому обеспечиваются благоприятные условия для проведения восстановительного периода плавки с получением восстановительного шлака с низким содержанием FeO.

Окисление металла кислородом печной атмосферы в ДСП происходит в незначительной степени. В основном же окисление примесей металла происходит за счет кислорода, поступающего из шлака или вводимого непосредственно в металл при продувке.

Переход кислорода из шлака в металл, т.е. окислительная способность шлака, определяется активностью растворенного в нем FeO, и такой переход может быть описан уравнением:

Дж

Следовательно, для интенсификации окислительных процессов в ванне необходимо поддерживать достаточно высокую концентрацию FeO в шихте. Это проводится присадкой в шлак железной руды. Процесс растворения кислорода в железе из оксидной фазы сопровождается поглощением тепла, поэтому предел растворимости кислорода с повышением температуры увеличивается.

Для интенсификации окислительных процессов кислород подают в газообразном состоянии непосредственно в металл. Равновесная концентрация кислорода в железе линейно зависит от квадратного корня из давления кислорода в газовой фазе и описывается законом Сивертса:

Дж

,где [O] -растворимость кислорода в железе при данном P_O2,%.

1823К

1873К

P_o2^1/2•10⁵,атм^1/2

Как видно из представленных данных, растворение газообразного кислорода в железе сопровождается сильным тепловыделением (Н= -117150 Дж/моль) и, следовательно, отрицательной зависимостью растворимости от температуры. По способности к окислению в условиях плавки стали в открытых печах примеси можно разделить на три группы:

1) обладающие большим, по сравнению с железом, сродством к кислороду и полностью окисляющиеся в окислительный период плавки (Si, Ti, Al, B, V);

2) обладающие меньшим, по сравнению с железом, сродством к кислороду и практически совсем не окисляющиеся (Ni, Mo, Cu, Co);

3) обладающие сродством к кислороду немного большим, чем железо и, ввиду низкой по сравнению с железом концентрации в металле, окисляющиеся в большей или меньшей степени в процессе плавки (Mn, Cr). Особое место занимает углерод, образующий газообразные продукты окисления.