氧化反应完整版.pptx

第6章氧化反应

6.1概述

氧化-还原过程伴随着火法冶金的始终。

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。

;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：

从熔池排出CO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。

大量的CO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。

上浮的CO气体有利于清除钢中气体和夹杂物，从而提高钢的质量。

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。

;6.2.2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。

;2．[C][O]乘积

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，m值随[%C]的增加而减少。

;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，将上式代人m=[％O]·[％C]式中，得到

Δ[%O]=[%O]实际一m[%O]平衡，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。

;;从热力学条件考虑，影响脱碳反应的因素是：

(1)增大fc有利于脱碳；

(2)增大fo和[％O]有利于脱碳；

(3)降低气相中CO的分压能使脱碳反应顺利进行；

(4)温度对脱碳反应的影响不大。;6.2.3脱碳反应的动力学条件

脱碳反应的环节，熔池中碳和氧的反应至少包括三个环节：

(1)反应物C和O向反应区扩散；

(2)[C]和[O]进行化学反应；

(3)排出反应产物——CO或CO+CO2混合物。;2、[C]和[O]的扩散

碳氧化反应产物是气体，当钢液被熔渣层覆盖时，[C]和[O]之间的反应在钢液中早巳存在的气泡界面上进行，生成的CO分子能立即转入气相。[C]和[O]是表面活性元素，[C]和[O]向气泡表面扩散，并吸附于气泡表面上进行化学反应。由于反应进行得很迅速，所以在气泡和钢液的相界面上二者很接近于平衡。然而在远离相界面处的C和O的浓度比气泡表面上的浓度大得多，于是形成一个浓度梯度，使C和O不断向反应区扩散。;[C]和[O]的扩散，哪一个是控制环节呢?对这个问题有几种不同的看法。较普遍的看法是：[C]高[O]低时，[O]的扩散为控制环节；[C]低[O]高时，则[C]之扩散成为控制环节。感应炉吹氧实验得出的脱碳速度随(％C)的变化曲线在不同的吹氧条件下均有一拐点。拐点处的[%C]称为临界的[%C]，以[%C]临表示，通常在0.10～0.07%左右。

当金属中实际的[％C]低于[%C]临时，rC随[%C]降低而显著降低，rC=k[%C]，这时[C]的扩散速度将决定整个脱碳反应的速度；反之，当金属中[