МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 124

Tp, Tp, Tpl Tp0 Tpb Tpt Tpt Tp2 Tpi

Исходя из механизма восстановления FeO из расплава 1вердым углеродом [восстановление осуществляется через Газовую фазу по реакциям (246) и (250)], можно предполо­жи,, что суммарная скорость процесса в конкретных усло – вИях может лимитироваться одной из этих реакций. Момент контакта расплава с углеродом сопровождается образованием на активных центрах поверхности углерода новой фазы— ме­талла и газовой прослойки между углеродом и расплавом, в результате возникают две поверхности раздела: газ—расплав и газ—углерод. На поверхности раздела газ—расплав осу­ществляется химический акт восстановления, а на поверх­ности раздела газ—углерод обновляется газообразный вос­становитель. При высокой концентрации FeO вязкость расп­лава низка, облегчается диффузия FeO к реакционной по­верхности. В этих условиях скорость реакции газификации углерода может оказаться лимитирующим звеном процесса.

При снижении по мере восстановления концентрации FeO в расплаве вязкость последнего повышается, затрудняется диффузия FeO к поверхности раздела фаз, и процесс будет лимитироваться реакцией (246). В этом случае увеличение поверхности контакта реагирующих фаз (например, путем ме­ханического перемешивания расплава) будет сопровождаться повышением скорости восстановительного процесса и степени извлечения железа из расплава.

Восстановление из расплава других элементов

В железных рудах, а следовательно, и в их расплавах, могут находиться примеси оксидов других металлов (Si; Mn; Cr; Ti; Ni; Р; Mg; Al; Ca и т. д.). Эти примеси при вос­становлении распределяются между сплавом, образующимся на основе железа, и расплавом (шлаком) в соответствии с ве­личинами их сродства к кислороду. С учетом растворимости этих металлов в образующемся сплаве можно написать общее уравнение равновесия при восстановлении монооксидом угле­рода:

Wco = Цю/’а^ = (flMn0ZflMn^ = – ‘

– = {aMeP/aMe}Ki и твердым углеродом:

О = (а /а )К’: = (а /а )К’г = …

СО 4 SiO2 Si ‘ MnO Mn 2

A/e.O Mei

Термодинамические свойства оксидов отражены в величине констант равновесия. Если Kj или K1i большая величина, то активность (концентрация) [Mel] в сплаве также должна быть большой, а активность (концентрация) (MeiO) в расп­лаве представляет собой малую величину. Чем выше сродство металла к кислороду, тем меньше значение К;. В этом слу­чае затрудняется восстановление этого оксида, и он в большей степени остается в расплаве (шлаке). У металлов с низким сродством к кислороду величины Ki выше, металл легко восстанавливается и концентрируется в образующемся металлическом сплаве.

Из приведенных уравнений следует также, что при неиз­менных условиях восстановления (составе газовой фазы, температуре, давлении) растворение металлов в железе «яп образование с ним химических соединений (знаменатель в уравнении уменьшается) облегчают восстановление примесей.

Таким образом, при восстановлении многокомпонентного расплава газом или твердым углеродом устанавливаются рав­новесные концентрации для каждого металла в образующемся сплаве и его оксида в шлаке. Иначе говоря, все металлы, оксиды которых содержатся в расплаве, в определенной сте­пени восстанавливаются и переходят в сплав. В связи с этим при восстановлении расплавов железорудных материалов нельзя получить чистое железо; оно всегда будет сопровож­даться другими металлами.