2 [P] + 8 [O] + 3Fezh = (3FeOP2O5)
valoarea constantei de echilibru poate fi calculata din formula
Calculele din această reacție arată că oxidarea fosforului în cea mai mare parte a metalului este posibilă numai la o temperatură scăzută și un conținut scăzut de carbon în oțel.
Oxidarea fosforului dizolvat într-un metal poate avea loc în funcție de următoarele reacții:
Cu toate acestea, P2O5 este instabil din punct de vedere termic și nu poate exista la temperaturile proceselor de fabricare a oțelului în stare liberă.
În convertorul de oxigen la temperaturi scăzute de la începutul topirii, se pot forma fosfați de fier
(P2O5) + 3 (FeO) = (3FeO * P2O5).
Fosfații de fier sunt, de asemenea, instabili la temperaturile finale ale topirii, prin urmare, pentru îndepărtarea cu succes a fosforului în zgură, este necesară formarea unui compus puternic P2O5. Practica a stabilit că rolul principal de defosforare aparține CaO, care în zgură formează următorii compuși:
3 (CaO) + (P2O5) = (3CaO * P2O5)
4 (CaO) + (P2O5) = (4CaO * P2O5)
Combinând ultima ecuație cu ecuația (3.47), obținem ecuația reacției totale de defosforizare:
Oxidarea fosforului este posibilă numai pe suprafața interfazică a zgurii metalice în prezența zgurii calcaro-feruginoase.
O condiție este prezența în zgură defosforizare cantitate suficientă de CaO liber, deoarece o legătură puternică cu CaO P2O5 poate fi afectată de prezența liberă SiO2, având o afinitate mai mare pentru CaO.
Potrivit lui Winkler și Chipman,
În această ecuație, activitatea oxizilor și a tetraposfatului de calciu este exprimată în fracțiuni molare. Valoarea numerică a Kp scade brusc cu creșterea temperaturii.
Conform expresiei (3.49), atunci când metalul este în echilibru cu zgura, găsim valoarea coeficientului de distribuție a fosforului
Astfel, este posibil să se formuleze condiții care să permită îndepărtarea fosforului din metal:
1) mediu de oxidare, activitate ridicată de FeO;
2) bazicitatea ridicată a zgurii;
3) scăderea unui (4CaO * P2O5) sau a (P2O5) prin schimbarea (descărcarea) zgurii;
4) temperatură scăzută.
Să analizăm în detaliu efectul acestor parametri asupra îndepărtării fosforului.
Factorii care contribuie la îndepărtarea fosforului din metal
datele termodinamice nu pot fi întotdeauna utilizate pentru calculul fluxului de completitudine proces defosforizare din cauza dificultății în determinarea modelelor de activități schimbării P2O5 și CaO, datele de producție oricât de des au limitat, luând Lp indicelui defosforizare metalic = (P2O5) / [P].
Efect (FeO). Trecând de la teoria ionică a structurii topiturilor de zgură, oxidarea fosforului cu fină de fier poate fi descrisă prin ecuația:
[P] + 4 (02) + 2,5 (Fe2 +) = (PO4B3-) + 2,5Fe.
În absența ionilor de O2 și Fe2 + (FeO) → 0; defosforizarea metalului este exclusă, deoarece prima reacție bazică, formarea P2O5, nu se poate dezvolta.
În plus față de acest efect direct, FeO are un efect pozitiv indirect datorită accelerării dizolvării varului în zgură.
Creșterea activității (FeO) în practică se realizează prin adăugarea de oxidanți solizi (minereu, aglomerat) sau prin suflarea băii cu o poziție mărită a lancei.
Dependența de temperatură a Lp dintre metal și zgura de fier este descrisă prin ecuație
Calculele din această ecuație arată că la o temperatură a metalului de 1550-1750 ° C Lp = 0,1-0,4, adică Zgurii de fer, care constau numai din oxizi de fier, nu asigură defosforizare apreciabilă.
Influența bazicității zgurii. Cu o bazicitate crescândă, Lp crește, cu condiția să nu se formeze o zgură heterogenă activă scăzută.
În Fig. 3.28 prezintă dependența raportului (P2O5) / [P] asupra conținutului (FeO) în zgură (a) și asupra valorii (CaO / FeO) (b).
Figura arată că există valori optime ale conținutului de FeO de 14-18% și rapoarte (CaO) / (FeO) de 2,5-3,0. În timpul topirii, valorile Lp variază de la 50 la 500.
O creștere a bazicității zgurii se realizează datorită aditivilor de var și a materialelor care asigură dizolvarea acestuia.
Influența temperaturii băii. Creșterea temperaturii termodinamic contribuie la o scădere a Lp, adică degradează metal tranzițional de fosfor din zgură, dar, în plus față de aceasta accelerează dizolvarea varului și are ca rezultat o creștere a unei (CaO), care acționează în direcția consolidării procesului defosforizare. Creșterea temperaturii scade viscozitatea zgurii și, prin urmare, accelerează îndepărtarea fosforului. În general, atunci când este folosit cu pricepere factorul temperatură pentru obținerea zgurii puternic bazic omogen, cu o temperatură ridicată de topire a doua jumătate poate oferi cel puțin defosforizare metalică de succes decât prima jumătate. Alte lucruri fiind egale, defosforizarea este cea mai eficientă la o anumită temperatură optimă de 1450-1550 ° C.
Comportamentul fosforului în timpul topirii
Unul dintre motivele pentru crearea procesului de convertizor de oxigen a fost problema îndepărtării fosforului în condițiile agregatelor metalurgice cu o productivitate ridicată. Obținerea de concentrații scăzute ale acestui element în convertoarele principale cu suflare de fund, indiferent de compoziția acestuia din urmă, este asociată cu nevoia de suflare, care afectează în mod negativ calitatea oțelului. În Fig. 3.29 prezintă curbele caracteristice pentru modificarea conținutului de fosfor în timpul procesului de purjare în convertoarele Thomas și LD.
O caracteristică a rafinării într-un convertor Thomas este arderea completă a carbonului, indiferent dacă este preferabilă sau nu, i. E. îndepărtarea intensivă a fosforului are loc numai în a treia perioadă de purjare (figura 3.29, a); În contrast, în convertorul LD, oxidarea fosforului progresează cu un conținut ridicat de carbon, ceea ce permite curățarea să se realizeze la un conținut dat (figura 3.29, b).
Pe o parte considerabilă a fuziunii convertorului, distribuția fosforului între metal și zgură este, de obicei, aproape de echilibru, deși, de regulă, nu ajunge la acesta. În acest sens, comportamentul fosforului în cursul purjării este în principal determinat de o schimbare a condițiilor de echilibru a reacției (3.48), adică schimbarea temperaturii băii și compoziția zgurii. În prezența zgurii vâscoase, amestecarea insuficientă a băii, distribuția efectivă a fosforului între faze se poate abate semnificativ de la echilibru.
La începutul topirii, datorită temperaturii scăzute și conținutului ridicat de oxizi de fier din zgură, fosforul este oxidat cu succes și trece în zgură chiar și la bazicitate scăzută. Când se curăță de sus, este posibilă reglarea oxidării zgurii prin schimbarea regimului de suflare. Suflarea în primele minute, cu o poziție mărită a lancei, promovează formarea rapidă a zgurii calcaro-feriginoase capabile să extragă fosforul într-un stadiu incipient de topire.
Cu o creștere a (FeO) în zgura primară, defosforizarea este din ce în ce mai mare decât decarburizarea și raportul D [P] / D [C] este în creștere.
În mijlocul exploziei datorită creșterii temperaturii, scăderii oxidării zgurii și creșterii slabe a bazicității sale, oxidarea fosforului poate fi încetinită.
La sfârșitul topirii, în special a oțelului cu conținut redus de carbon, bazicitatea, oxidarea și lichiditatea zgurii cresc, ceea ce contribuie la îndepărtarea fosforului.
Având în vedere problemele asociate cu îndepărtarea fosforului, nu trebuie să uităm de cinetica procesului. Se știe că partea limitatoare a procesului este difuzia fosforului în zgură.
Rata de difuzie a fosforului de la stratul limită la volumul fazei de zgură este descrisă prin ecuația de ordinul întâi
unde Pm este cantitatea de fosfor din sarcină,%;
0,43 este factorul de conversie al P2O5 la fosfor; qwl - cantitatea de zgură,%
Lp este coeficientul de distribuție a fosforului, Lp = (P2O5) / [P].
Calculele acestei formule și rezultatele practice indică faptul că un grad ridicat de îndepărtare a fosforului din metal este obținut în convertoarele de oxigen; gradul de defosforizare este de 90% sau mai mult. Când lucrați cu descărcări de zgură, această cifră este de 98-99%, dar această operațiune extinde ciclul de topire și provoacă pierderi suplimentare de fier și căldură.
Comportamentul fosforului în procesul de topire
În activitatea practică, nu trebuie să trecem cu vederea posibilitatea trecerii fosforului de la zgură la metal (re-fosforizare). Repede se topeste în ladă; Împreună cu metalul, un zgură de convertizor intră în ladă, care interacționează cu căptușeala căptușeală. În cazul în care căptușeala recipientului este fabricată din șamotă, constând din SiO2 și Al2O3, bazicitatea zgurii începe să scadă în mod constant. Deoxidizatoarele introduse în ladă pot recupera o parte din fosfor din zgură în metal
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: