» » Окисление кремния в кислородном конвертере
15.01.2015

Кремний является обязательной примесью чугуна и в том или ином количестве содержится в скрапе. Обычное содержание кремния в металлошихте -0,4-0,8 %. Как было показано выше, окисление кремния должно опережать окисление других элементов. Благодаря высокому сродству к кислороду, он окисляется в первые минуты продувки (рис. 3.22).
В первичной реакционной зоне на границе соприкосновения металла с газообразным кислородом кремний может окисляться по реакции
Окисление кремния в кислородном конвертере

Основными реакциями, определяющими поведение кремния в конвертерной ванне, являются:
Окисление кремния в кислородном конвертере

Эти реакции хорошо изучены, и их важная термодинамическая характеристика - температурная зависимость константы равновесия - известна. Так, по данным А.Д. Крамарова для реакции 3.24 и 3.25
Окисление кремния в кислородном конвертере

Окисление кремния в кислородном конвертере

В уравнениях (3.26), (3.27) aSiO2 выражена в мольных долях (в шлаке, насыщенном оксидом кремния, aSiO=1), a(FeO) - в мас. %, а [Si] приравнено к активности кремния (при невысоких концентрациях кремния отклонения от закона Генри небольшие).
Значения KSi, вычисленные для 1600°С по формулам, приведенным выше, для реакции (3.24) составляют 1,27*10в4 и для (3.25) 1,32*10в3, т.е. очень велики. Поэтому окисление кремния протекает успешно даже при относительно невысокой окисленности ванны.
При равновесии металла со шлаком по кремнию
Окисление кремния в кислородном конвертере

Следовательно, окислению кремния способствуют:
- низкая температура ванны (в соответствии с законом Ле-Шателье, чем ниже температура, тем выше KSi, что характерно для любой экзотермической реакции);
- повышенная a(FeO);
- пониженная a(SiO2).
В основных процессах кремнезем в начальной стадии формирования шлака образует силикаты железа
Окисление кремния в кислородном конвертере

Это соединение непрочно в присутствии более сильных оснований, например CaO. По мере растворения в шлаке извести CaO вытесняет FeO
Окисление кремния в кислородном конвертере

Кроме того, кремнезем может образовывать силикаты с другими основными окислами - MgO и МnО.
Окисление кремния в кислородном конвертере

которые в присутствии CaO также являются непрочными.
Благодаря образованию в основных шлаках указанных силикатов, прежде всего силикатов кальция, активность SiO2 в шлаке очень низкая даже при высокой его концентрации, поэтому кремний окисляется практически полностью еще в начале плавки, а по ее ходу не восстанавливается.
В начале плавки окислению кремния способствуют низкая температура ванны и высокое содержание (FeO). По ходу плавки температура ванны повышается. Это должно вызывать смещение реакции (3.25) влево, так как реакция экзотермическая. Однако одновременно происходит увеличение основности шлака, что способствует более глубокому обескремниванию металла. В результате действия этих двух противоположных факторов остаточное содержание кремния в металле остается примерно на одном уровне. Нетрудно подсчитать, используя выражение (3.27), что оно составляет не более 0,01 % и не влияет ни на ход процесса, ни на качество стали. Поэтому остаточным содержанием кремния пренебрегают, т.е. считают, что он выгорает полностью.
Поэтому для определения средней скорости окисления кремния можно принять USi=1, n=1/3 (см. рис.3.22), ωO2=45 - 50 м /т; тогда USi=0,06lO2ΣSiш.
В начале процесса, когда окисляется преимущественно кремний, USi может достигать 0,5 %/мин и выше.
В последнее время наметилась тенденция к снижению содержания кремния в чугуне. Радикальным решением является обескремнивание чугуна с последующей дефосфорацией, позволяющее резко уменьшить массу шлака в конвертере, что способствует снижению расхода извести, кислорода и металлошихты, повышению остаточного содержания марганца и увеличению стойкости футеровки.
Замечательной особенностью малошлаковой технологии является возможность прямого легирования металла марганцем и хромом путем присадок оксидов марганца и хрома в виде порошков, кусков, брикетов или окатышей при организации продувки снизу нейтральными газами. При этом степень восстановления хрома и марганца может достигать 90 %.