第六章氧化反应 氧化还原过程伴随着火法冶金的始终。例如硫化物的氧化, 铁液中各种杂质的去除等过程都是氧化反应。炼钢过程是典型的 氧化反应,本章将以炼钢反应为例,分析氧化反应过程的特点。 现代的各种炼钢方法在加热方式上虽然不同,但是去除杂质的基 本过程是一样的。大多数炼钢过程中去除杂质的主要手段是向熔 池吹入氧气(或加入矿石)并加入石灰等材料造碱性熔渣。 炼钢过程可概括为“四脱二去,调温,调成分”,其中“四 脱”指脱碳、脱磷、脱硫、脱氧,“二去”指去气、去夹杂。 本章要分析研究的主要是在吹氧和碱性渣条件下进行的C、Si Mn、P、S的反应
氧化-还原过程伴随着火法冶金的始终。例如硫化物的氧化， 铁液中各种杂质的去除等过程都是氧化反应。炼钢过程是典型的 氧化反应，本章将以炼钢反应为例，分析氧化反应过程的特点。 现代的各种炼钢方法在加热方式上虽然不同，但是去除杂质的基 本过程是一样的。大多数炼钢过程中去除杂质的主要手段是向熔 池吹入氧气(或加入矿石)并加入石灰等材料造碱性熔渣。 炼钢过程可概括为“四脱二去，调温，调成分”，其中“四 脱”指脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，“二去”指去气、去夹杂。 本章要分析研究的主要是在吹氧和碱性渣条件下进行的 C、Si、 Mn、P、S 的反应 第六章 氧化反应
第六章氧化反应 62脱碳反应 621脱碳反应的作用 脱碳反应是贯穿于炼钢过程始终的一个主要反应。炼钢的重 要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱至所炼钢号的要求。 同时,脱碳反应的产物0气体在炼钢过程中也具有多方 面的作用 1.从熔池排出C0气体产生沸现象,使熔池受到激烈地搅 拌动,起到均匀熔池成分和温度的作用 2.大量的C0气体通过渣层是产生泡沫渣和气-渣-金属三 相乳化的重要原因。 3.上浮的C气体有利于清除钢中气体和夹杂物,从而提 高钢的质量。 4.在氧气转炉中,排出CO气体的不均匀性和由它造成的 熔池上涨往往是产生喷溅的主要原因
6.2 脱碳反应 6.2.1 脱碳反应的作用 脱碳反应是贯穿于炼钢过程始终的一个主要反应。炼钢的重 要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱至所炼钢号的要求。 同时，脱碳反应的产物-----CO气体在炼钢过程中也具有多方 面的作用： 1． 从熔池排出C O气体产生沸现象，使熔池受到激烈地搅 拌动，起到均匀熔池成分和温度的作用。 2． 大量的C O气体通过渣层是产生泡沫渣和气-渣-金属三 相乳化的重要原因。 3． 上浮的C O气体有利于清除钢中气体和夹杂物，从而提 高钢的质量。 4． 在氧气转炉中，排 出CO气体的不均匀性和由它造成的 熔池上涨往往是产生喷溅的主要原因。 第六章 氧化反应
第六章氧化反应 623脱碳反应的热力学条件 1.脱碳反应式碳在氧气炼钢中一部分可在反应区同气体氧接触而受到氧化,反应式为: 2[C+02}=2100} (6-10) 碳也同金属中溶解的氧发生反应而氧化去除,反应式如下: [C]+0]={00} (6-11 [C]+20]=002 在通常的熔池中,碳大多是按(6-1)式发生反应,即熔池中碳的氧化产物绝大多数是C 而不是CD
6.2.3 脱碳反应的热力学条件 1．脱碳反应式 碳在氧气炼钢中一部分可在反应区同气体氧接触而受到氧化，反应式为： 2[C]+{O2}=2{CO} (6—10) 碳也同金属中溶解的氧发生反应而氧化去除，反应式如下： [C]+[O]={CO} (6—11) [C]+2[O]={CO2} (6-12) 在通常的熔池中，碳大多是按(6-11)式发生反应，即熔池中碳的氧化产物绝大多数是 CO 而不是 CO2。 第六章 氧化反应
第六章氧化反应 C][0乘积 为了分析炼钢过程中[C]和[0]间的关系,常将Pco取做一个大气压,并且因为[%C]低时, f和均接近于1,因此可以用c]和[%0分别直接代入(614式,则该式可简化为 [%C]·[%0] 为讨论方便,以m代表上式中的1/K,则可写出: mF=[%CJ·[%0 此时,m值也具有化学反应平衡常数的性质,在一定温度和压力下应是一个常数,而与 反应物和生成物的浓度无关。如上所述,因[C]+[0]={0)反应的平衡常数随温度变化不大, 所以在炼钢过程的温度范围内,熔池中[‰C]和]的乘积为一定值,[‰C和%0]之间具有等 边双曲线函数的关系。据早先1931年)在1600℃下实验测定的结果,在 Pco=latm时, r=0.0025(或为0.0023)。这是炼钢文献上常用的理论上的[‰C]和[%0]的乘积数值。 实际上m不是一个常数,据近来进一步研究证明,m值随[‰C]的增加而减少
2．[C][O]乘积 为了分析炼钢过程中[C]和[O]间的关系，常将Pco取做一个大气压，并且因为[%C]低时， fC和fO均接近于1，因此可以用[%C]和[%O]分别直接代入(6-14)式，则该式可简化为： PCO PCO KC =---------- = ------------- (6—18) aC•aO [%C]•[%O] 为讨论方便，以m代表上式中的1／KC，则可写出： m=[%C]•[%O] (6—19) 此时，m值也具有化学反应平衡常数的性质，在一定温度和压力下应是一个常数，而与 反应物和生成物的浓度无关。如上所述，因[C]十[O]={CO}反应的平衡常数随温度变化不大， 所以在炼钢过程的温度范围内，熔池中[%C]和[%O]的乘积为一定值，[%C]和[%O]之间具有等 边双曲线函数的关系。据早先(1931年)在1600℃下实验测定的结果，在Pco=latm时 ， m=0.0025(或为0.0023)。这是炼钢文献上常用的理论上的[%C]和[%O]的乘积数值。 实际上 m 不是一个常数，据近来进一步研究证明，m 值随[%C]的增加而减少。 第六章 氧化反应
第六章氧化反应 各种炼钢方法中实际的熔池[0含量都高于相应的理论的含量:附图表示了氧气转炉实际的 [%C]·[%0]与相应的理论值的比较。 如将与[%C]相平衡的[%0]平衡值和实际熔池中的[%0]实际之差称为过剩氧Δ[%‰0],即 △[%0]=[%0]实际一[%0]平衡 (6-20) 将(6-20代人m[%0·[%式中,得到 △[%O]=[%0]实际一m[%0]平衡 (6-21) 过剩氧Δ[‰0的大小与脱碳反应动力学有关。脱碳速度大,则反应接近平衡,过剩氧值 较小:反之,过剩氧就更大些。 0,1 0 0.06r 0.01 C〔%〕
各种炼钢方法中实际的熔池[O]含量都高于相应的理论的含量；附图表示了氧气转炉实际的 [%C]·[%O]与相应的理论值的比较。 如将与[%C]相平衡的[%O]平衡值和实际熔池中的[%O]实际之差称为过剩氧Δ[%O]，即 Δ[%O]= [%O]实际一[%O]平衡 （6—20） 将(6—20)代人m=[％O]·[％C]式中，得到 Δ[%O]= [%O]实际一m[%O]平衡 -1 (6-21) 过剩氧Δ[%O]的大小与脱碳反应动力学有关。脱碳速度大，则反应接近平衡，过剩氧值 较小；反之，过剩氧就更大些。 第六章 氧化反应