yandex.metrica
Шлаки сталеплавильных процессов

Химические свойства шлаков

Для характеристики химических свойств металлургических шла­ков используют понятия окислительная способность и основность.

Окисление содержащихся в металле примесей углерода, фосфо­ра, кремния и марганца происходит в основном благодаря взаимо­действию металлического расплава со шлаком. Шлак является ис­точником кислорода, поступающего в металл. Этот процесс описы­вается уравнением  (FеО) = [Fе] + [О].

Принимая концентрацию железа в расплаве металла равной еди­нице, получим выражение для константы равновесия:  KFeo =  [O%]/аFeo

Железо в шлаке присутствует в виде FеО и Fе2О3. Обычно для оценки окислительной способности шлака все железо в нем пересчитывают на FеО. Тогда, общее содержание FеО в шлаке ∑(FеО)=(FеО) + 1,35 (Fе2О3).

Активность и содержание FеО в шлаке взаимосвязаны соотношением а(FеО) =f(FеО) * (FеО), где  f(FеО) — коэффициент активности  FеО. На коэффи­циент активности FеО в шлаке оказывает влияние температура шлака, его основность и концентрация оксида. Коэффициенты активности FеО в сильно основных и кислых шлаках различаются незначительно.

При заданных основности и температуре  а(FеО) в шлаке, содержа­щем до 25% FеО, пропорциональна его концентрации. При основно­сти шлаков 1,8—2,5 активность FеО при одной и той же концентра­ции РеО в 1,5—2,5 раза выше, чем в кислых шлаках. Основность шлa­ка влияет на активность таких оксидов, как МпО, SiO2, Р205.

Растворенный в металле и шлаке оксид железа РеО взаимодейст­вует с содержащимися в расплаве примесями (углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и др.) с образованием оксидов элементов-при­месей по реакциям:

(FеО) + [С] = [Fе] + СО,

(FеО) + [Мn] = [Fе] + (МnО),

2(FеО) + [Si] = 2[Fе] + (SiO2),

5(FеО) + 2[Р] = 5[Fе] + (Р205).

В отдельных случаях роль шлака состоит в окислении или восстано­влении тех или иных веществ. Так, реакция взаимодействия шлака с кремнием 2(FеО) + [Si]⇔2[Fе] + (SiO2) является окислительной по от­ношению к кремнию и восстановительной по отношению к железу.

Процесс дефосфорации под основными шлаками происходит по реакции :

2[F] + 5(FеО) + 4(СаО) = (4СаО*Р205) + 5[Fе].

Так как (Р2O5, %) = 0,18(4СаО*Р2О5, %) и [Fе]≈ 1, константу рав­новесия реакции через концентрации веществ можно записать в ви­де соотношения

КР = (Р205, %)/([Р, %]2 * (FеО, %)5 (СаО, %)4) или

205, %)/[Р, %]2 = Кp * (FeO, %)5 * (СаО, %)4

Для обеспечения максимальной дефосфорации металла необхо­димо иметь в основном шлаке содержание FеО в пределах 12-17%.

При основности шлака >2,5 оптимальное значение FeO несколько возрастает. С повышением температуры дефосфорирующая способ­ность шлака и величина константы равновесия реакции снижаются. Основные шлаки обладают способностью удалять серу из металла {десульфурировать металл) по реакции:

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO),

константа равновесия которой имеет вид

K= a(CaS) * a(FeO)/(a[FeS]  * a(СаО))

Распределение серы между металлом и шлаком оценивают коэф­фициентом распределения

Ls  = (S%)/[S%] ≈ a (CaS)/a [FeS]
где a (CaS)   и   a [FeS] — активности CaS и  FeS соответственно в шлаке и металле.

После подстановки в выражение для константы равновесия полу­чим

Ls = (S%)/[S%] = Ks* a(CaO)(FeO)

Повышенное содержание CaO в шлаке и низкая концентрация FeO в шлаке способствуют эффективной десульфурации металла. Высокую степень десульфурации металла достигают при уменьше­нии содержания FeO в основных шлаках ниже 1%. С повышением температуры десульфурирующая способность такого шлака повыша­ется. Положительную роль в десульфурации играет интенсивное пе­ремешивание металла и десульфурирующего шлака.