ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 148
Скачиваний: 0
Потоки фосфора из объема .металла к поверхности раздела и от этой поверхности в объеме шлака могут быть представлены следующими выражениями:
Яр = |
{[Р] — [Р°]}; |
|||
Яр = |
PmS [ ( Р ' ) - ( Р 0)], |
|||
где [Р ] и [Р° ] — концентрации |
фосфора в объеме металла и |
|||
на границе со |
шлаком; |
|||
(Р') — концентрация фосфора в шлаке; |
||||
Р„ и (Зш — коэффициенты |
массопередачи фосфора в ме |
|||
талле |
и |
шлаке; |
фаз. |
|
S — площадь раздела |
||||
При установившемся |
процессе |
потоки веществ от металла |
||
к шлаку и от границы шлака в его объем должны быть равны: PMS ([Р] — [Р0]) = ршS((P') — (Ро)).
Поскольку (Р°)/[Р°] = L, получаем следующее уравнение, выражая поток фосфора из металла в шлак в виде изменения количества вещества в единицу времени:
dn |
Я [Р] — (Р) |
I t = P mPu.s |
Рм + ^-рш |
Так как (Р°)/[Р°] = L,
dn |
РмРш-S |
L [Р] - |
(Р) |
dt |
Рм + |
^ Р ш |
Если величины L невелики, то можно пренебречь произведе нием Lpm по сравнению с величиной Рм. Тогда
^= p„S{L[P]-(P)}
искорость процесса дефосфорации определяется массопереносом
вшлаке. Если коэффициент распределения достаточно велик, то можно пренебречь величиной рм по сравнению с трш и уравнение записать в форме
Вэтом случае скорость переноса фосфора в шлак будет лими тироваться массопередачей в металле. Исследованиями показано [64], что коэффициенты переноса веществ в шлаках системы СаО—А120 3—SiO а примерно в 40—700 раз меньше коэффициентов переноса в металлическом расплаве. Однако для шлаков, содер жащих FeO, коэффициент переноса только в 15 раз меньше, чем для жидких металлов. При этом отмечается, что для обычных
157
сталеплавильных шлаков вследствие низкого содержания кремне зема и распада силикатных комплексов на отдельные ионы (что увеличивает подвижность составляющих шлака) следует ожидать еще более высоких значений коэффициентов переноса. Сравнение коэффициентов переноса с коэффициентами распределения при ведено в табл. 40 и 41 [64]. Из табл. 41 видно, что молярные концентрации составляющих шлака при переделе обычных марте новских чугунов в 8,5—60 раз выше концентраций составляющих в металле. При таких соотношениях для фосфора, марганца и
Т А Б Л И Ц А 40. |
С Р А В Н Е Н И Е К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т О В П Е РЕНОС А |
|
В |
Ж Е Л Е З Е И Ш Л А К Е |
П Р И 1500° С |
|
(3 = 0,036D2/3v - ° - 567 - j |
- (l-w)°‘9 |
Система (концентрация, %)
£ ) - 1 0 s , СМ2 -С - 1
V, см2-с-1 |
Р расплава |
|
Р ш лака |
||
см*с-1 |
Расплав |
железа . . . . |
7,0 |
0,0075 |
98,7 |
|
||
S |
в |
СаО—А120 3—SiOn |
0,2 |
0,94 |
0,59 |
167 |
|
(5 0 /4 0 /1 0 )..................... |
|||||||
Fe |
в СаО—АШ 3—Si0o |
|
|
|
132 |
||
(40/20/40) |
■ . |
0,5 |
1,8 |
0,75 |
|||
Si |
в |
СаО—А120 3—Si02 |
0,04 |
|
0,14 |
705 |
|
(4 0 /2 0 /4 0 )......................... |
1,8 |
||||||
О |
в |
СаО—А120 3—SiOo |
2,5 |
1,8 |
2,2 |
45 |
|
(4 0 /2 0 /4 0 )......................... |
|||||||
При м е ч а н и е. |
В приведенной |
формуле / — расстояние переноса от гра |
||||
ницы слоя; |
ш-— скорость течения; v —‘кинематическая вязкость. |
|
||||
Т А Б Л И Ц А |
41. С Р Е Д Н И Е |
К О Н Ц Е Н Т Р А Ц И И |
ЭЛ Е М Е Н Т О В |
|||
В М Е Т А Л Л Е И Ш Л А К Е И К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Я |
||||||
|
Ш лак |
|
Металл |
|
|
|
Элемент |
% |
% (мол.) |
% |
Коэффициент распределения |
||
(по массе) |
(по массе) % (мол.) |
|
|
|||
Р |
2 |
0,9 |
0,03 |
0,015 |
0,5^р30 5 _ |
30 |
|
|
|||||
S |
0,3 |
0,57 |
0,03 |
0,067 |
(S)/[S] = |
8,5 |
О |
15 |
13 |
0,05 |
0,225 |
(Fe0) - |
58 |
|
|
|
|
|
Ю1 |
58 |
Si |
15 |
15 |
0,3 |
0,36- |
(Si° 2) - |
42 |
|
|
|
|
|
[Si] |
|
м |
10 |
8,5 |
0,5 |
0,5 |
(MnO) _ |
|
[Mn] |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
)
158
кремния произведения коэффициентов переноса на концентрацию в шлаке больше соответствующих произведений для металла, по этому основное диффузионное сопротивление переносу оказывает металлический расплав. Приведенные данные позволяют считать, что процесс дефосфорации регулируется переносом фосфора в металлической фазе.
По ходу продувки в кислородных конвертерах состав шлаков непрерывно изменяется, при этом постепенно уменьшается содер жание кремнекислоты в шлаке и увеличивается концентрация основных компонентов: CaO, FeO и МпО. Поэтому соотношение между рм и |3Штакже непрерывно изменяется в направлении уве личения значений коэффициентов переноса в шлаке и уменьшения отношения рм и /ф ш. Отсутствие каких-либо надежных данных о величинах коэффициентов переноса фосфора для шлаков, близ ких по составу к конвертерным, не дает возможности рассчитать кинетические характеристики процесса окисления фосфора.
Как показали исследования, проведенные авторами на опыт ном конвертере НТМЗ, изменение концентрации фосфора по ходу
продувки можно описать уравнением типа |
|
|
[С]Р = [С]Рое ^ \ |
|
|
■где [С]Р — текущая концентрация фосфора, %; |
в чугуне, %; |
|
[С ]р0 — начальная концентрация |
фосфора |
|
т — время, мин; |
от условий |
продувки. |
k — коэффициент, зависящий |
||
Характер изменения концентрации фосфора в плавках, про веденных при различном составе чугуна и различном температур ном режиме продувки, иллюстрируется рис. 58. Кривые на рис. 58 описываются уравнениями:
1— [Р] = 0,166е-°’103т;
2— [Р[ = 0,085е—°‘157т;
3— [Р] = 0,124е-°'137т.
Изменение скорости дефосфорации, полученное дифференци рованием уравнений изменения концентрации (см. рис. 58), приведено на рис. 59. Скорость окисления фосфора монотонно убывает от начала к концу процесса. Однако необходимо отметить, что такой характер изменения скорости окисления фосфора (а также его концентрации) возможен только при достаточной окисленности шлаков в течение всей продувки (не менее 10— 12% FeO в шлаках). При меньшем содержании окислов железа, что часто наблюдается в промышленных конвертерах, особенно если в течение продувки шлак специально не наводится, возможно восстановление фосфора в период максимальных скоростей обез углероживания. При содержании углерода 1—2% наблюдается
159
временное увеличение концентрации фосфора. В момент восста новления фосфора из шлака скорость дефосфорацни, естественно, меняет знак. При достаточном уровне окисленности шлака рефосфорации, как правило, не наблюдается.
Результаты, сходные с описанными выше, получены и в дру гих исследованиях [65]. Считая, что среднее содержание фосфора в граничном слое соответствует среднему содержанию его в ванне,
о г ч 6 s W п п i6 is го
|
Время продувки, |
мин |
Время продувки, мин |
|
Рис. 58. Изменение концентрации фос |
Рис. 59. Изменение скорости окис |
|||
фора по |
ходу продувки |
при |
достаточно |
ления фосфора по ходу продувки |
высокой |
окисленности |
шлаков (около |
при различных исходных концен |
|
10% FeO) и различной исходной концен |
трациях фосфора в чугуне и доста |
|||
трации фосфора в чугуне |
точно высокой окисленности шлаков |
|||
(около 10% FeO)
а содержание Р 20 5 на поверхности контакта шлака с металлом приближается к равновесному, авторы записали второй закон Фика в виде
где [Р ]равн — содержание фосфора, равновесное данному составу шлака;
[Р ]„ и [Р ]л+1 — содержание фосфора в ванне в моменты времени t и t lt мин.
Величина К, является функцией поверхности диффузионного слоя S, общего объема плавки V, коэффициента диффузии фос фора в металле D и толщины граничного слоя 6.
Равновесные концентрации фосфора определяли по тройной диаграмме для шлаков системы (FeO + МпО) + СаО + Р 20 5. Логарифм разности концентраций, нанесенный на диаграмму в зависимости от At, характеризовался прямой линией. Этим также подтверждается мнение о диффузионном характере про цесса. Полученные в исследовании данные хорошо согласуются с результатами практических наблюдений.
160