Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

1.3.2. Вторичная реакционная зона

Продукты сгорания металла, образующиеся в первичной реак­ционной зоне и состоящие преимущественно из окислов железа, пе­реходя через границу зон, вступают в пределах вторичной реакци­онной зоны в контакт с металлом ванны.

На основании лабораторного и производственного опыта можно утверждать, что в условиях контакта жидких окислов железа с ме­таллом системы Fe—С реакции их взаимодействия протекают весь­ма быстро и зачастую носят взрывообразный характер.

На поверхности контакта окислов железа с металлом во вто­ричной зоне в зависимости от содержания элементов и температур­ных условий протекают реакции

[Si] + 2(FeO) (SiO2) + 2[Fe]; (1.57)

[Mn] + (FeO) -»- (MnO) + [Fe]; (1.58)

[С] + (FeO) -> {СО} + [Fe] (1.59)

И другие данного типа.

Если доставка примесей к границе раздела фаз и протекание реакций затруднены (низкая температура ванны, большая вяз­кость жидких фаз, отсутствие готовых пузырей СО) и не вся под­водимая к границе из внутренних участков FeO расходуется на окисление Элементов, она может частично растворяться в металле:

(FeO) — [Fe] + [О]. (1.60)

Особенно интенсивно данный процесс протекает в период обезугле­роживания. При этом растворенный кислород в результате пере­мешивания металла ванны переносится на некоторое расстояние от поверхности растворения, пока не создадутся условия, обеспе­чивающие его взаимодействие с другими элементами (наличие растворенных в металле примесей, термодинамически готовых к окислению, и соответствующих поверхностей раздела с зародыша­ми конденсированной или газовой фаз). В этих условиях возмож­но протекание реакций

[Si] + 2[0] — V (SiO2); (1.61)

[Mn] + [О] — V (MnO); (1.62)

1С] + [О] — V {СО} и др. (1.63)

2*

35

Нужно отметить, что во вторичной реакционной зоне постоянно существуют развитые поверхности раздела, на которых возможны реакции (1.57) — (1.59) и (1.61) — (1.63). Для окисления марганца и кремния необходим контакт с окисной фазой, которой и являются частицы окислов железа, поступающие из первичной реакционной зоны, а также возникающие при эмульгировании шлака в металл.

Продукты реакций — кремнезем и закись марганца — переходят через границу раз­дела в окисную фазу.

В процессе окисления углерода заро­дышами газовой фазы являются те объе­мы газа, которые образуются при сгора­нии металла в пределах первичной реак­ционной зоны (полые капли, пузыри) и, выходя из нее, попадают во вторичную зону.

Для комплекса же реакций (1.61), (1,62) в гомогенном металле за пределами вторичной реакционной зоны в качестве границ раздела с конденсированной фазой могут служить поверхность неметаллических включений и граница раз­дела металл — шлаковая фаза. Но эндогенные неметаллические включения содержатся в металле в ограниченном количестве, а условия образования экзогенных включений (э/мульгирование шла­ка) на периферии ванны неблагоприятны из-за слабого перемеши­вания этого участка. Следовательно, условия окисления кремния и марганца вне реакционной зоны в целом неблагоприятны. Еще большие затруднения возникают здесь для протекания реакций (1.59) и (1.63). Неметаллические включения могут служить местом зарождения газовой фазы лишь при значительных пересыщениях металла кислородом, очевидно, достигаемых в ограниченных объе­мах металла (капель), но не в основной части конвертерной ванны. Поэтому для протекания реакций (1.59) и (1.63) остается пригод­ной только поверхность раздела металл — футеровка, где углерод окисляется по типу, характерному для кипения мартеновской ван­ны, когда местом зарождения газовой фазы служат поры футеров­ки, не заполненные металлом и шлаком. Эта поверхность раздела находится на значительном расстоянии от вторичной реакционной зоны и не в состоянии обеспечить достаточно высокую скорость вы­горания углерода, сопоставимую по величине с фактически наблю­даемой.

В последние годы были проведены эксперименты, позволяющие утверждать, что основная часть примесей ванны окисляется в пре­делах реакционной зоны. В значительной степени этому способст­вует развивающийся здесь процесс окисления углерода. Выделение СО в результате реакций (1.59) и (1.63) и его перемешивающее действие значительно интенсифицируют процессы массопереноса в реакционной зоне как в результате увеличения коэффициентов мас­сопереноса, так и вследствие возрастания и обновления поверхнос­тей раздела. Все это в ограниченных пределах вторичной реакцион­ной зоны обеспечивает интенсивное усвоение кислорода, поступаю­щего с окислами железа heo из первичной зоны I и расходуемого на окисление примесей, подводимых из объема ванны к границе со вторичной зоной II (рис. 1.14).

Memm

I г

(С, Si, Mn,…}

Рис. 1.14. Схема массопото — ков в реакционной зоне и ванне

Сера и фосфор могут переходить из металла в окисную фазу лишь при определенном химическом составе последней (в частнос­ти, в окислы железа на первых этапах их контакта с металлом ван­ны в пределах вторичной реакционной зоны). Однако этот процесс осуществляется в ограниченных пределах, поскольку серо — и фос — форопоглотительная способность окислов железа при обычной вы­сокой температуре конвертерной ванны весьма невелика. Кроме то­го, по мере окисления кремния, марганца и углерода окислами же­леза концентрации серы и фосфора в оставшейся массе окислов повышаются, что при увеличивающемся содержании БЮг в шла­ковой фазе вызывает ресульфурацию и рефосфорацию, т. е. обрат­ный переход серы и фосфора из окислов в металл. Вследствие это­го десульфурация и дефосфорация металла шлаком в пределах реакционной зоны практически не протекают.