第六章氧化反应 200 0 练时间ti 图6-8供氧强度对碳速度的影响 图6—8是不同供氧强度下脱碳速度曲线模型,可见随着供氧强度的增大,中期脱碳速度 显著增大,但台阶形特征仍然不变 在一炉钢的吹炼初期,整个熔池温度低,硅、锰的含量高,硅和锰首先迅速地氧化, 尤其是硅的氧化抑制脱碳反应的进行。硅和碳选择氧化的关系可由式 [Si]+2[0]=(Si02) G=-139300+53.55T (6-27) △G0=-4100-10.16T 联立解出 (Si02)+2[C]=2{00}+[si]△G0=131100-73.87T (6-29) 吹炼初期,熔池[C]≈4%,[S]≈0.6%,t=1250~1350℃。将这些数据代入等温方程式, 则反应(6-29)的自由能变化为 △G=△G+RTn 131100-73.87T a(sio fc[%C]2 +4.575T1gfsi+1g%Si]+2lgP -2lgfc- 21g[%C]] 取Pco=1,并忽略Mn、P对活度的影响,活度系数用表3-14的相互作用系数计算, 1gfs=es[%si]+es[‰C]=0.11×0.6+0.18×4=0.786 lgfe=eC[%C]+e'c[%si]=0.14×4+0.08×0.6=0.608 代入后得 △G=131100-80.331-4.57511 g acsi (6-30) 由图查出,初期渣碱度≈1,Fe0≈20%时,asm≈0.1。温度按T=1573K计算,代入(6-30) 式,计算出ΔG=1!900cal。也就是说,吹炼初期硅优先氧化。当熔池温度升高到≈1480℃, 碳才可能激烈氧化。 第二阶段是碳激烈氧化的阶段,脱碳速度受氧的扩散控制,所以供氧强度越大,脱碳速 度越大。因此,K2=kFa。 当碳降低到一定程度时,碳的扩散速度减小了,成为反应的控制环节,所以脱碳速度和含 碳量成正比。由于碳愈降愈低,脱碳速度也随着渐渐降低。也有人把它写成-d[C]/dt=ks't 的形式。 关于第二阶段向第三阶段过渡时的碳含量[C]临的问题,有种种研究和观点,差别很大 通常在试验室得出的[C]临可为0.1~0.2%或0.07~0.1%,在实际生产中则可为0.1~0.2%或 0.2~0.3%,甚至高达1.2~1.0%。依供氧速度和供氧方式、熔池搅拌强弱和传质系数的大小 而定。川合保冶指出,随着单位面积的供氧速度的加大,或熔池搅拌的减弱,[C]有所增高。第六章 氧化反应 116 图 6-8 供氧强度对碳速度的影响 图6—8是不同供氧强度下脱碳速度曲线模型，可见随着供氧强度的增大，中期脱碳速度 显著增大，但台阶形特征仍然不变。 在一炉钢的吹炼初期，整个熔池温度低，硅、锰的含量高，硅和锰首先迅速地氧化， 尤其是硅的氧化抑制脱碳反应的进行。硅和碳选择氧化的关系可由式 [Si]+2[O]= (Si02) ΔG0 = -139300+53.55T (6-27) [C]+[O]={CO} ΔG 0 = -4100—10.16T (6-28) 联立解出 (SiO2)十2[C]=2{CO}+[Si] ΔG 0 = 131100—73.87T (6-29) 吹炼初期，熔池[C] ≈4%，[S]≈0.6%，t=1250～1350℃。将这些数据代入等温方程式， 则反应(6-29)的自由能变化为 PCO 2 fSi[%Si] ΔG =ΔG0 + RTln-------------=131100 – 73.87T a(SiO2)fC 2 [%C] 2 +4.575T{1gfSi+1g[%Si] +2lgPco-1ga(SiO2)-2lgfC- 2lg[%C]} 取Pco=1，并忽略Mn、P对活度的影响，活度系数用表3-14的相互作用系数计算， 1gfSi =eSi Si[%Si]+ eSi C [%C]=0.11×0.6+0.18×4=0.786 1gfc = eC C [%C] + e Si C[%Si]= 0.14×4+0.08×0.6=0.608 代入后得 ΔG =131100-80.33T-4.575T1g a(SiO2) (6-30) 由图查出，初期渣碱度≈1，FeO≈20%时，a(SiO2)≈0.1。温度按T=1573K计算，代入(6—30) 式，计算出ΔG =11900cal。也就是说，吹炼初期硅优先氧化。当熔池温度升高到～1480℃， 碳才可能激烈氧化。 第二阶段是碳激烈氧化的阶段，脱碳速度受氧的扩散控制，所以供氧强度越大，脱碳速 度越大。因此，K2=k2FO2 。 当碳降低到一定程度时，碳的扩散速度减小了，成为反应的控制环节，所以脱碳速度和含 碳量成正比。由于碳愈降愈低，脱碳速度也随着渐渐降低。也有人把它写成-d[C]/dt=k3 ／ t 的形式。 关于第二阶段向第三阶段过渡时的碳含量[C]临的问题，有种种研究和观点，差别很大。 通常在试验室得出的[C]临可为0.1～0.2%或0.07～0.1%，在实际生产中则可为0.1～0.2%或 0.2～0.3%，甚至高达1.2～1.0%。依供氧速度和供氧方式、熔池搅拌强弱和传质系数的大小 而定。川合保冶指出，随着单位面积的供氧速度的加大，或熔池搅拌的减弱，[C]临有所增高。 116