Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

Карпенко Г.А.

Широкое использование кислорода для продувки сталеплавильной ванны внесло изменение в механизм и кинетику окислительных процессов, причем отдельные положения механизма обезуглероживания металла кислородом остаются еще не выяснены до конца. Пока нет единого мнения, например о том, какие стадии процесса обезуглероживания являются наиболее медленными.

При много стадийности режима обезуглероживания стали в зависимости от условий каждая из стадии может быть лимитирующей. Существуют различные точки зрения о месте преимущественного протекания реакции выгорания углерода в сталеплавильной ванне.

Анализ имеющихся опытных данных показывает, что при продувке металла кислородом в зоне взаимодействия струй дутья с расплавом наблюдается существенное переокисление металла, т.е. где  ао – активность кислорода в металле;  - фактическая и равновесная концентрации кислорода в металле, %.

Факт существования значительного переокисления объема металла в зонах продувки свидетельствует о том, что более вероятным является механизм обезуглероживание металла кислородом по двух стадийной схеме, согласно которой на поверхности раздела газовый пузырь – металл образуются в основном окислы железа с последующим восстановлением их примесями металла.

Вероятно, существенное переокисление металла вблизи воздействия струй дутья на него можно объяснить следующим образом. При встрече кислорода струи с жидким расплавом образуется, помимо основного кратера, множество мелко раздробленных капель металла, окисленной оболочкой. Скорость подвода через дрейфующий поверхностный слой не обеспечивает полного восстановления образовавшихся в ванне окислов железа. Отсутствие связи между скоростью обезуглероживания металла и концентрацией углерода (при [C]≥0.2÷0.5%) в ванне и затухание процессов обезуглероживания после окончания продувки указывает на лимитирование режима окисления углерода массопереносом кислорода к фронту реагирования.

Повышение интенсивности продувки металла О2 приводит не только к возрастанию скорости, но и к увеличению частоты пульсации величены э.д.с., характеризующая уровень активности О2 в металле.

Установленный пульсационный характер изменения активности О2 в ванне сталеплавильных агрегатах при продувки металла позволяет предположить, что процессы зарождения и роста газообразной фазы {СО} происходят одновременно и периодически по всему объему металла в реакционной зоне ванны. Этим очевидно и объясняется известная на практике периодичность «дыхания» конверторной ванны, а также колебательный характер выбивания отходящих из горловины конвертора газов.

Обнаруженное переокисление металла в зоне контакта струй кислорода с расплавом и в подшлаковой зоне свидетельствует о торможении процесса обезуглероживания зарождением пузырьков оксида углерода {СО}. Зарождение новой фазы возможно только при определенных значениях  превышающих среднее значение p0 для установившегося режима обезуглероживания металла (Vс=соnst). Здесь , где - доли расходуемого кислорода дутья на окисление углерода и железа в ванне. При p > p0 возникают условия для более интенсивного выделения пузырей {СО} из объема ванны, что приводит к вскипанию металла и, как следствие, уменьшению p до p0. При этом необходимо учитывать наличие готовых центров для зарождения газовой фазы, а величину критического радиуса зародышей можно оценить по выражению: , где m – величина, обратная константе равновесия реакции окисления углерода; σ – поверхностное натяжение металла.

Таким образом, продувка металла кислородом является важным фактором интенсификации процесса обезуглероживания ванны.

Работа выполнена под руководством проф., д.т.н. Меркера Э.Э.