第六章氧化反应第六章氧化反应第六章氧化反应6.2.3脱碳反应的动力学条件1.脱碳反应的环节第六章氧化反应某些情况下，析出碳氧化反应产物——CO气泡亦可成为控制脱碳反应速度的环节。CO在熔铁中溶解度很小，但在钢液中没有现成的气液相界面时，产生新的界面需要极大的能量。新生成的气泡越小，需要的能量越大。设钢液的表面张力σm-g为1500dyn•cm-1，新产生的CO气泡核心半径为lO-7cm，则这个气泡核心所受的毛细管压力Pco=2σm-g/r(g)=2×1500／10-7＝3×1010[dyn·cm-2]=29600[atm)。实际上CO气泡所受到的压力还包括钢液、炉渣和炉气的静压力Pco=P(g)+ρmhm+ρShS+2σm-g／r(g)式中P(g)为炉气压力；ρm、ρS为钢、渣的密度；hm、hS为钢、渣层的厚度。如金属溶液中有现成的气泡时，可作为母气泡，促进气体的生成反应。另外，耐火材料表面是粗糙不平的，而且耐火材料与钢液的接触是非润湿性的(润湿角θ一般在100º～120º之间)，在粗糙的界面上，总是有不少微小的细缝和凹坑，当缝隙很小时，由于表面张力的作用，金属不能进入，在一定的金属液深度下，金属不能进入的最大半径为：-2σm-gcosθr=---------------×10-3[cm]hm.ρm金属液的表面张力σm-g=1500dyn·cm-1，密度ρm=7g·cm-1，润湿角θ=120º，cosO=-0．5，则由(6—23)式可算出hm(cm)30010010r[cm]0.00070.00210.021只要凹坑的尺寸不大于上列数值，该凹坑就能成为CO气泡的萌芽点。6.3硅、锰的氧化反应铁矿石中Si02和MnO在炼铁时被还原，硅、锰进入铁水中，废钢中也含一些硅和锰，因此，在炼钢中硅和锰是不可避免而存在的元素。硅和锰在炼钢中的氧化和还原反应也是炼钢炉内的基本反应。6.3.1硅和锰在炼钢中表现的热力学性质硅和锰在熔铁中均有无限的溶解度，硅可在铁液中形成金属化合物FeSi，在炼钢温度下硅可氧化成为SiO2。锰在铁液中溶解时无化学作用，炼钢时可形成MnO、MnS等化合物。在炼钢温度下，锰的蒸气压比铁高得多(相差约为十几倍)，所以应该注意在氧流作用区的高温下锰蒸发的可能性。硅在熔铁中形成的溶液不是理想溶液，对亨利定律有很大的负偏离，fSi亦受熔铁中其它元素的影响。在碱性渣中aSiO2很小，在酸性渣中aSiO2≈1。锰在熔铁中形成近似理想溶液，因此可取aMn=[Mn]。在碱性渣中aMnO较高，温度升高后锰可被还原。酸性渣中，aMnO很低，可使锰的氧化较为完全。1．硅和锰的氧化反应硅和锰对氧均具有很强的亲和力，它们氧化时放出大量的热，因此在吹氧初期即进行氧化，其反应式如下：[Si]+2[O]＝(SiO2)ΔG0＝一139300+53.55T(6-31)[Mn]+[O]＝(MnO)ΔG0＝一58400+25.98T(6-32)在有过量(FeO)存在时，结合成(Fe、Mn)2SiO4。随着渣中（CaO）的增加，(Fe、Mn)2SiO4逐渐向Ca2SiO4转变，因此，可分别写出硅和锰在碱性渣下的氧化反应：在炼钢的初期，熔池中[%C]高使fSi增大，在碱性渣下aFeO、aCaO高使γSi02大为降低，所以使硅迅速氧化至微量，SiO2不会再发生还原反应。由(6-43)可以得到aMnO(%MnO)·γMnO[%Mn]=-------------------------=------------------------------(6—45)KMn·fMn·aFeOKMn·fMn·(%FeO)·γFeO由上式得出(%Mn)55fMn·γFeOLMn=-------=-----KMn·(%FeO)·---------(6-46)[%Mn]71γMnO3．脱磷反应的热力学条件为了分析方便，以分配比LP=(％P2O5)/[%P]2(或(％P2O5)/[%P]、(%P)/[%P])表示炉渣的脱磷能力，由（6-69）可得出脱磷反应实际的热力学条件：温度的影响由上面平衡常数的温度式可知，脱磷是强放热反应，降低反应温度将使Kp增大，所以较低的熔池温度有利于脱磷。2.碱度的影响因CaO是使γP2O5降低的主要因素，增加(%CaO)达到饱和含量不仅可以增大aCaO，而且会使(%P2O5)提高，但(%CaO)过高将使炉渣变粘而不利于脱磷3.(FeO)的影响(FeO)对脱磷反应的影响比较复杂，因为它与其它因素有密切的联系。在其它条件一定时，在一定限度内增加(FeO)将使Lp增大，如下图所示。(FeO)还有促进石灰熔化的作用，但如(%FeO)过分高时将稀释(CaO)的去磷作用