Расчет дефосфорации стали в окислительный период

 

Рафинирование стали от фосфора обычно осуществляют путем его окисления и перевода об­разующегося оксида фосфора в шлак:

[Р] + 2, 5[О] = РО_{2, 5}

В результате обработки большого массива экспериментальных дан­ных по распределению фосфора между металлом и шлаком получе­но уравнение:

 

(7.1)

 

где - константа равновесия окисления фосфора по реакции [Р] + 2, 5[О] = РО_{2, 5};

, - активность Р и О; - ионная доля РO_{2, 5} в шлаке.

Обычно уравнение дефосфорации записывают с участием CaO. В рассматриваемом случае содержание CaO влияет на величину . Из уравнения (7.1) следует, что полнота дефосфорации повышается при понижении температуры, увеличении окисленности системы ме­талл - шлак и снижении активности продукта реакции РО_{2, 5} в шлаке. Снижение достигается введением СаО. Если актив­ность кислорода в металле определяется оксидом железа в шлаке, то согласно данным:

(FeO) = [О] + Fe_(ж)

,

где - константа равновесия реакции (FeO) = [О] + Fe_(ж);

и реакцию окисления фосфора удобно записать в виде суммарной реакции:

 

[Р] + 2, 5(FeO) =( РО_{2, 5}) + 2, 5 Fe_(ж)

(7.2)

 

где - константа равновесия реакции окисления фосфора;

- коэффициент активности фосфора;

- содержание фосфора в металле;

- ионная доля FeO в шлаке.

 

(7.3)

 

Выразим через концентрацию фосфора в шлаке (% Р):

,

где 31 - относительная атомная масса фосфора;

- сумма молей компонентов (CaO, CaS, SiO₂ и др.) в 100 г шлака.

Подставив формулу (7.1) в уравнение для , после преобразо­ваний получим выражение для коэффициента распределения фосфо­ра между металлом и шлаком:

 

(7.4)

 

Значения и будем вычислять по теории регулярных ионных растворов, используя соответствующие формулы В.А.Кожеурова:

где - ионные доли соответствующих катионов в шлаке

Зная L, можно найти конечную концентрацию фосфора в металле и шлаке . Для этого составим и решим систему уравнений:

Для этого со­ставим и решим систему уравнений:

где и - массы металла и шлака;

и - начальные концентрации фосфора в металле и шлаке.

Выражение выше является уравнением материального баланса, составленным при условии, что фосфор перераспределяется между металлом и шлаком и не выделяется в газовую фазу. Если при плав­ке величины и не изменяются, то, решая эту систему уравнений, получим:

 

,

где λ - кратность шлака, %

Степень дефосфорации η соответственно равна:

Если по аналогии с введем коэффициент , характеризующий фактическое начальное (неравновес­ное) распределение фосфора, то

т.е. степень дефосфорации прямо пропорциональна начальному откло­нению системы металл - шлак от равновесия . Зависи­мость η от и λ носит характер кривой с насыщением. Причем, если , то даже при величина η стремится не к 100%, а к .

Это свидетельствует, в частности, о необхо­димости использования чистых по фосфору шлакообразующих мате­риалов, особенно при глубокой дефосфорации.

 

Задача 7.1. Определить степень дефосфорации и конечную концентрацию фосфора в стали, находящейся под ишаком заданного состава при 1873 К.

Исходные данные

1. Состав металла: С = 0, 2%; Si = 0, 25%; Ni = 0, 3%; Cr = 0, 04%;

P = 0, 04%.

2. Состав шлака: 45 % CaO, 20 % SiO₂, 7 % MnO, 6 % MgO,

5 % Аl₂О₃, 16 % FeO, 0, 05 % P₂O₅.

 

Решение

По формуле (7.4) вычислим равновесный коэффици­ент распределения фосфора Lк. Для этого предварительно вычислим величины .

Вычислим значение при 1873К:

Выразим состав шлака в мольных ( ) или в ионных ( ) до­лях. Для этого предварительно вычислим число молей оксидов и число катионов в 100 г шлака. Результаты расчетов приведе­ны ниже: 45% CaO, 20% SiO₂, 7% MnO, 6% MgO, 5% Аl₂О₃, 16% FeO, 0, 05 % P₂O₅

 

 

 

 

 

 

Состав, %	45% CaO	20% SiO2	16% FeO	7% MnO	6% MgO	5% Аl2О3	0, 05 % PO2, 5
	47/56=0, 84	0, 333	0, 222	0, 113	0, 2	0, 049	0, 197
	0, 43	0, 17	0, 114	0, 058	0, 102	0, 025	0, 101
	33, 57/40=0, 84	0, 333	0, 222	0, 113	0, 2	0, 098	0, 197
	0, 42	0, 166	0, 111	0, 056	0, 1	0, 048	0, 098

 

 

Зная ионные доли компонентов шлака, по формулам определим значения и при 1873 К:

Значение определим по параметрам взаимодействия:

Состав металла: С = 0, 3%; Cr = 0, 95%; Mn = 0, 95%; Si = 1%;

Ni = 0, 3%; Cu = 0, 3%; 0, 035 % Р.

40ХФА (С = 0, 4 %; Si = 0, 25 %; Mn = 0, 65 %; V = 0, 14 %;

Cu = 0, 3 %; Ni = 0, 3 %; Cr = 1, 0 %; P = 0, 025 %; S = 0, 025 %).

.

Вычислим :

.

По известному значению определим конечную концентрацию фосфора в металле при λ =5 %:

.

где (31/71) - величина в выражении (% Р) = (31/71)(% P₂O₅)

Степень дефосфорации равна:

.

В реальных условиях степень дефосфорации на 20 % ниже, т.к. условия реального процесса отличаются от равновесных.

 

 

Исходные данные для самостоятельного решения

Построить графики зависимости степени дефосфорации от кратности шлака и содержания в нем (FeO).

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. II. ВНУТРИПАРТИЙНАЯ БОРЬБА 1920-х гг. и ИСТОКИ СТАЛИНИЗМА
2. А 6. Назовите хронологические рамки контрнаступления советских войск под Сталинградом, которое явилось переломным моментом в ходе Великой Отечественной войны в пользу СССР.
3. Автобиография Василия Иосифовича Сталина
4. Борьба за «сталинское наследие»
5. Борьба за власть между И.В.Сталиным и Л.Д.Троцким
6. Василий Сталин не сомневался в том, что история воздаст всем по заслугам.
7. Глава XVI ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ СТАЛИНСКОГО ПРАВЛЕНИЯ
8. И тогда все двенадцать Богов опустились на Землю и встали вокруг Кришны.
9. Итак, не только вы почувствуете, что стали иными, это почувствуют и другие.
10. Как мы стали сильными поневоле
11. Как происходил процесс утверждения режима личной власти И.В. Сталина?
12. Какие события на Западе послужили важнейшим аргументом в обосновании сталинского курса на построение социализма в одной стране?