Восстановление углеродом
Восстановление углеродом
В соответствии с данными фиг. 3 углерод является сильным раскислителем при пониженных давлениях. Линия СО соответствует реакции с образованием СО при давлении 10-8 атм, которое можно принять в качестве среднего парциального давления для СО. Большинство линий, соответствующих изменениям свободных энергий металлических окислов, лежит выше линии СО, что свидетельствует о восстановимости этих окислов углеродом. Раскисление металла углеродом можно представить следующей реакцией:
Произведения концентраций углерода и кислорода, вычисленные согласно этому уравнению при парциальном давлении СО, равном 10-4 и 10-7 атм, составляют соответственно 2,4 • 10-7 и 2,4 • 10-10. В том же интервале давлений действительная величина произведения концентраций углерода и кислорода изменяется от 10-6 до 2,5 • 10~6 для плавок [5—8] весом до 22,5 кг и от 10-6 до 6 • 10-6 для плавок весом до 1 т. Действительная величина произведения концентраций углерода и кислорода намного превышает расчетные значения. Это является прямым следствием окисления металла в процессе плавки, о чем будет сказано ниже. Разность между действительными и расчетными значениями, по данным работы [9], объясняется ошибочной оценкой величины парциального давления СО в уравнении константы равновесия.
В табл. 3 приведены средние значения произведения концентрации кислорода и углерода для различных металлов, выплавленных в вакууме.
Таблица 3
Произведение концентрации углерода и кислорода для различных металлов, выплавленных в вакууме
|
Металл |
[ % С] . [ %О] |
Материал тигля |
|
Ni |
2,5.10-6 |
Окись магния |
|
Со |
5,0- IO"6 |
» » |
|
Сг |
5,0- IO"3 |
Двуокись цирко |
|
ния |
При температурах плавки стали скорость реакции восстановления углеродом очень велика. Бурное кипение металла, индукционное перемешивание и техника загрузки способствуют значительному усилению конвекции и быстрому переносу реагирующих веществ. Вначале скорость обезуглероживания очень велика, затем она постепенно уменьшается и, наконец, значение ее доходит до нуля, что подтверждается анализом периодически отбираемых проб металла и выделяющихся газов [10, 11]. Уменьшение содержания кислорода, углерода и окиси углерода подчиняется одному и тому же закону, но не соответствует стехиометрическим коэффициентам.
Небольшие плавки до 22,5 кг, содержащие первоначально от 0,04 до 0,1% кислорода, могут быть раскислены углеродом в течение 10—20 мин. При загрузках большего веса основные количества кислорода (до 90%), как это следует из данных табл. 2, удаляются в период плавки. Удаление оставшегося кислорода может потребовать длительной откачки, если количество углерода невелико, как, например, при плавке чистых металлов.