Основные металлургические законы и их роль в процессе производства стали и электродуговых печах

2.2. Основные металлургические законы и их роль в процессе производства стали и электродуговых печах.

Основными материалами для про­изводства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Со­держание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне.

Поэтому сущностью любого метал­лургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Примеси отличаются по своим фи­зико-химическим свойствам, поэтому для удаления каждой из них в плавиль­ном агрегате создают определенные условия, используя основные законы физической химии.

В соответствии с законом действую­щих масс скорость химических реакций пропорциональна концентрации реаги­рующих веществ. Поскольку в наиболь­шем количестве в чугуне содержится железо, то оно окисляется в первую очередь при    взаимодействии    чугуна с кислородом в сталеплавильной печи:

Fe+l/2O₂ = FeO + Q кДж.

Бесплатная лекция: "11 Функциональные усилители" также доступна.

Одновременно   с  железом   окисляются Si,  P,   С,  Мn  и  др.

Образующийся оксид железа при вы­соких температурах отдает свой кис­лород более активным элементам — примесям в чугуне, окисляя их. Чем больше оксида железа содер­жится в жидком металле, тем активнее окисляются примеси. Для ускорения окисления примесей в сталеплавильную печь добавляют железную руду, ока­лину, содержащие много оксидов же­леза. Таким образом, основное коли­чество примесей окисляется за счет кислорода оксида железа.

Скорость окисления примесей зависит от температуры металла и подчиняется принципу Ле Шателье, в соответствии с которым химические реакции, выде­ляющие теплоту, протекают интенсив­нее при более низких температурах или при некотором понижении температу­ры, а реакции, поглощающие теплоту, протекают активнее при высоких тем­пературах или при некотором повыше­нии температуры. Поэтому в начале плавки, когда температура металла не­высока, интенсивнее идут процессы оки­сления кремния, фосфора, марганца, протекающие с выделением теплоты, а углерод интенсивно окисляется толь­ко при высокой температуре металла (в середине и конце плавки).

После расплавления шихты образуются две не­смешивающиеся среды: жидкий металл и шлак. Металл и шлак разделяются из-за различных плотностей. В соот­ветствии с законом распределения (за­кон Нернста), если какое-либо вещество растворяется в двух соприкасающихся, но несмешивающихся жидкостях, то распределение вещества между этими жидкостями происходит до установле­ния определенного соотношения (кон­станты распределения), постоянного для данной температуры. Поэтому боль­шинство компонентов (Mn, Si, P, S) и их соединения, растворимые в жид­ком металле и шлаке, будут распре­деляться между металлом и шлаком в определенном соотношении, харак­терном для данной температуры.

Используя изложенные законы, про­цессы выплавки стали осуществляют в несколько этапов.