Az acél kéntelenítésének fő elméleti pozíciói
Kezdőlap | Rólunk | visszacsatolás
A gyakorlatból elektromos acélgyártás elektromos ívkemencében Ismeretes, hogy a folyamatok felépülési időszak dezoxidáló és kénmentesítési fém folytassa nagyon lassan, különösen a nagy kemencében egy mély fürdő, hogy ők végzik egy öntőüst kemencében [2].
Általánosságban elmondható, hogy a deoxidáció és a kéntelenítés aránya egy fém és a salak közötti kölcsönhatásban az alábbi egyenlettel fejeződik ki:
hol van az idő, s; - a tömegátadás együtthatója, attól függően, hogy a fémben és a salakokban milyen diffúziós sebességet és a salakkal kevert fém keverési teljesítményét; A FyD a fémnek a salakkal való érintkezési felülete, amely egyenlő az F, m 2 teljes érintkezési felület és a fém V, m 3 térfogatának arányával; [C] - az oxigén és a kén koncentrációja a fémben,%; [C] p - az oxigén és a kén egyensúlyi koncentrációi,%.
Az egyensúlyi koncentrációkat az alábbi egyenlettel számítjuk ki:
ahol Ls a fém és a salak közötti kéneloszlás együtthatója. Tömegátviteli együtthatók. a diffúziók D0 és Ds elválaszthatatlanul kapcsolódnak a salak és a fém viszkozitásához. Einstein egyenlete szerint állandó hőmérsékleten és adott részecskeméreten a D viszkozitás és diffúziós együtthatók terméke állandó (D-const).
A salak viszkozitása körülbelül 10-100-szor nagyobb, mint a fém viszkozitása, és a salak diffúziós együtthatója annyira kisebb, mint a fémben. Ebből következik, hogy a salakban a diffúzió sebessége a reakciósebesség korlátozó eleme, amikor a fémet a sínben salakkal kezelik [1].
A kéntelenítési folyamatok sebességének növelése érdekében a salak viszkozitását növelni kell:
A fém és a salak közötti kölcsönhatás során keletkező kéntelenítési arány közvetlenül arányos a fém egységnyi térfogatának fajlagos felületével. A legegyszerűbb és leghatékonyabb módszer a Fy növelésére a salak emulgeálása, amikor a fémet nagy magasságból a kemencébe a kemencébe szabadítják fel. Az Fdy érték élesen nő a salak emulgeálásának mértékével és a salakrészecskék sugarának csökkenésével. Salak cseppecskék sugara:
ahol a fázis feszültsége mJ m 2. C a folyadékfémben (C 1) lévő salak áramlási együtthatója; H a fémáram cseppjének magassága, m; - fém sűrűsége, kg / m 3.
A fém tisztasága a salak zárványaiban a finom salak cseppek fúziós sebességétől, a salak zárványok megjelenésének sebességétől és a fémes öregedés időtartamától függ. Az azonos sugár két kapszula összefolyásának sebessége a közzétett adatok szerint közvetlenül arányos a határfelületi feszültséggel, és fordítottan arányos a salak viszkozitásával:
Figyelembe kell venni, hogy 1-2 alkalommal változik, és öt-tízszeres lehet, így a salak viszkozitása döntő befolyással van a salakrészecskék keményedési sebességére [1].
A fémben lévő salakrészecskék megjelenési arányát a Stokes-törvény határozza meg:
ahol g a gravitációs gyorsulás m / s 2; r a részecske mérete (sugara); pw a salak sűrűsége.
Leengedése a kéntartalom a kohászat folyamat zajlik eredményeként való átmenet a salak. Ezt az átmenetet sztöchiometrikus egyenletekkel lehet leírni:
[FeS] + (CaO) = (CAS) + (FeO); (2.7)
[FeS] + (MnO) = (MnS) + (FeO); (2.8)
[FeS] + (MgO) = (MgS) + (FeO). (2.9)
Ezekből az egyenletekből megállapítható, hogy a kéntelenítés maximális mértékét a salak kalcium-oxidja érte el. A saláta mangán-oxidja miatt sokkal kismértékű kéntelenítés érhető el, mivel az NMnO = NCaO és a vas-oxid azonos koncentrációja esetében a kén-fém közötti kéneloszlási koefficiens körülbelül nagyságrenddel kisebb. Teljesen jelentéktelen kéntelenítés magnézium-oxidtal. Ezzel együtt a kén megoszlása a fém és a salak között:
Ennek következtében az acél kénmentesítése az olvadási folyamat során elsősorban a fém és a salak közötti eloszlás és a kalcium-oxid kötés következtében következik [7]. A salakban lévő CaO tartalom növekedése elősegíti a kén teljes eltávolítását a fémből. Mivel a szilícium-dioxid kötődik a kalcium-oxidhoz, a tartalma növeli a kéntelenítést. Más szavakkal elmondható, hogy a kéntelenítés elősegíti a salak alaptalanságának növelésével. Az acél kéntelenítési reakcióinak rekordja az egyenletekben csak sztöchiometrikus kapcsolatokat tükröz, és ezeknek a reakciók egyensúlyi állandói formálisan termodinamikusak. Ez a rekord nem tükrözi a reagáló részecskék létezésének formáját, és nem teszi lehetővé néhány kísérleti adat magyarázását, például a vas-oxid tartalomnak a salakban a kéntelenítés mértékére gyakorolt hatását [7]. A folyékony salakok ionos szerkezetére vonatkozó modern elképzelések szerint a kéntelenítési reakciókat az alábbi egyenletekkel lehet leírni:
[Fe] + [S] = (Fe 2+) + (S2); (2.11)
[S] + (O 2) = (S 2-) + [O]; (2.12)
Az utolsó két egyenletet, a növekedés a kén eloszlása közötti arány salak és a fém, azaz. E. A mértéke a kénmentesítési, hozzájárulnak csökkenti a móltörtje kén anionok (NS 2-), és növeli a móltörtje oxigén anionok (NO 2-) a salak. Mindkét feltétel teljesül a salak főoxidok tartalmának növekedésével és a savas oxidok tartalmának csökkenésével. Valóban, a fentiek szerinti (2.11 és 2.12) ábrázolásai a szerkezet a ion alkotó alapvető acélsalakok, bevezetése az alapvető oxidok a salakban növeli az oxigén koncentrációja anionok, és a relatív növekedés (például 100 g a salak) anionok számával [7]. Abban az esetben, bevezetése savas oxidok P2 O5 SiO2 vagy szilícium-kialakult komplex vagy komplexek fosforkislorodnye mi elfogyasztott oxigén anionok és kíséri csökkenése a teljes számának anionok. Ami a hatása az oxigén koncentrációja anionok a salak, hogy az összes alapvető oxidok (CaO, MnO, MgO, FeO) ekvivalens 1 mól mindegyikük hozzájárul a salak 1 mól oxigén ionok. Meg kell jegyezni, hogy nem egyenértékűek az alkotó kationok sugarának különbsége miatt (ugyanazzal a töltéssel).
A anionok kén, azzal jellemezve, ugyanabban az töltés sugara nagyobb, mint az oxigén anionok (rS 2- = 0174 nm, vagy 1,74 A; rO 2- = 0,132 nm, vagy 1,32 A) koncentrálódik főként közelében a legnagyobb kalcium kationok (RCA 2 + = 0,106 nm, vagy 1,06) és egy kisebb mértékben a mangán-kationok (RMN 2+ = 0,091 nm, és 0,91 a). Anionok oxigén van, ezzel szemben, koncentrálódik vas kationokkal (SZER 2+ = 0083 nm, vagy 0,83 A) és magnézium-kationok (RMG 2+ = 0078 nm, vagy 0,78 A). Ezért, tartalmának növelésére kalcium-hidroxidot (Ca 2+ kationok) okozza csökkentő az aktivitási együtthatónak a kén és az oxigén növelésével aktivitás a salak, amely, illetve, az utolsó két egyenlet egyensúlyi körülmények között, növeli a mértéke kénmentesítési. Kevésbé befolyásolja a salak MnO tartalmának növekedését. Így, kéntelenítő járul hozzá elsősorban növeli a CaO-tartalom és a tartalom csökkentését SiO2 és P2 O5 a salak, azaz. E. növelése salak bázicitása [7].
2.1. Ábra A salak bázikusságának hatása a fém és a salak közötti kéneloszlási együtthatóra az ívkemencék olvadásának oxidációs időszakában
2.2. Ábra. A vas-oxid-tartalom hatása a salakra a kéneloszlási együtthatón a "szabad" bázisok móltöredékében: I - kohósalak saláta; II - redukáló elektródás szalonna, III - oxidatív salak elektromos olvasztással.
A vas-oxid hozzáadja a vas kationokat és oxigénionokat a salakhoz, amelyeknek ellentétes hatása van a kéntelenítésre. Az elmúlt két egyenletben az (O2) -tartalom és ennek következtében az összes anionszám növekedése elősegíti a kéntelenítést. A koncentráció (Fe 2+) növekedése, az utolsó előtti egyenlet szerint, éppen ellenkezőleg, romlik. Egy magas vas-oxid a salakban, amikor nagy koncentrációjú, és (O 2-), és a (Fe 2+), a változás hatásának oxigéntartalom és vas kationok anionok lényegében kiegyenlíti. Növelésével a (FeO) 0,5-1,0% a koncentráció kationok (Fe 2+) megduplázódik, és az anionok (O 2-) szinte nem változik, mivel készülnek az összes alapvető salak és oxidok a salak bázicitása koncentrációjuk nagy. Ezért a salak kis mennyiségű vas-oxidja negatív hatással van a fém és a salak közötti kéneloszlási együtthatóra.