Окисление углерода на поверхности раздела металл — газ

Этот процесс осуществляется в том случае, когда жидкий металл находится в огнеупорном сосуде. Пузырьки окиси углерода зарождаются на шероховатой поверхности раздела металл — огнеупор, вырастают до определенных размеров, отрываются и всплывают, пронизывая при этом всю толщу металла. Углерод окисляется на поверхности раздела пузырьки — металл во всем объеме ванны. Такой механизм окисления углерода является определяющим во всех современных сталеплавильных процессах. [c.66]

В любом сталеплавильном процессе можно выделить три характерные зоны окисления углерода 1) поверхность раздела металл — окислительная газовая фаза 2) поверхность пузырьков окиси углерода, растущих на границе раздела шлак — металл 3) поверхность пузырьков окиси углерода, растущих на контактной поверхности с огнеупорной футеровкой и всплывающих в объеме металла. [c.38]

Хотя все эти методы приближенны, получаемый результат свидетельствует о том, что при увеличении скорости окисления углерода отношение 5п/5ш возрастает, а окисленность металла уменьшается. В этом состоит основное отличие процесса окисления углерода на пузырьках газа в объеме металла от процессов обезуглероживания на поверхности раздела с газовой фазой и у границы раздела со шлаком. Только в том случае, если основой процесса является окисление углерода в объеме металла, можно получить качественный металл с низкой окисленностью. [c.78]

Уравнение (П-43) показывает, что, кроме концентрации углерода и скорости его окисления, на содержание кислорода в стали влияет состав шлака. Причем степень влияния шлака увеличивается по мере уменьшения скорости окисления углерода. При низком содержании углерода, когда окислительный потенциал шлака увеличивается за счет развития реакции (П-37), а скорость окисления углерода уменьшается, сверхравновесное с углеродом содержание кислорода должно возрастать. Однако уравнение (П-43) неприменимо при слишком низкой концентрации углерода. Во-первых, в этом случае скорость поступления углерода к поверхности раздела металл — пузырьки будет меньше скорости поступления кислорода. Во-вторых, выражение тр [С при очень низком содержании углерода не определяет равновесное содержание кислорода. В этом случае нужно пользоваться соотношением (1-30). [c.78]

Это влияние водяного пара может быть объяснено образованием водорода в процессе реакции. Водород может ограничивать окисление металла, лежащего под слоем окиси, что будет опособствовать его сублимации пары металла в этом случае более легко достигают поверхности раздела окись — газ, не будучи окисленными в значительной мере. Они будут более энергично реагировать с газовой фазой и быстрое горение преждевременно охватит весь металл. Возможно, что в слое твердой фазы, играющей в известных случаях роль катализатора, по крайней мере, часть выделившегося водорода в свою очередь реагирует с окисью углерода, возникшей в процессе реакции [c.91]

Окисление углерода у границы раздела металл — шлак может развиваться только в том случае, когда под шлаком на поверхности металла имеются пузырьки окиси углерода. Если содержание углерода и кислорода в металле соответствует равновесию с газовой фазой в пузырьках, то реакция окисления углерода будет развиваться на линии контакта трех фаз (металла, шлака и газа). Скорость таких процессов ничтожно мала по сравнению со скоростью процессов, развивающихся на поверхностях. Для заметного развития процесса окисления углерода кислородом шлака необходимо, чтобы на поверхности металла концентрация углерода и кислорода превышала равновесные значения. В этом случае углерод будет окисляться на всей поверхности контакта пузырьков с металлом. [c.58]

Окисление углерода на поверхности раздела металл — газ [c.38]

Однако такая технология имеет ряд крупных недостатков и может быть использована не во всех случаях. Во-первых, химическая реакция окисления углерода кислородом шлака сопровождается значительным поглощением тепла. Во-вторых окисление углерода при вакуумировании металла в ковше вызывает бурное кипение. Например, если требуется удалить из стали 0,20% С в течение 15 мин при разрежении 50 мм рт. ст., то объемная скорость газовыделения будет соответствовать скорости окисления углерода 0,2% мин при атмосферном давлении, а это уже конвертерный процесс. Бурное кипение металла приводит к дополнительным тепловым потерям за счет увеличения поверхности раздела металл — футеровка и уменьшает возможную степень использования объема ковша. И, наконец, в-третьих наличие окислительного шлака в ковше при вакуумировании не позволяет получить низкую окисленность металла. В работе [191] было показано, что если при вакуумировании металл контактирует даже со слабо окислительным электропечным шлаком (менее 3% окислов железа), то низкой окисленности металла достичь не удастся. [c.134]

Скорости почти всех металлургических процессов зависят от величины поверхности раздела между реагирующими веществами. В конвертерном процессе благодаря дроблению струи кислорода, вдуваемого в сталь, поверхность раздела между жидким металлом и газом велики настолько, что реакции окисления углерода и других примесей протекают с очень большими скоростями. Ускорение реакций рафинирования стали при обработке ее жидкими синтетическими шлаками также определяется увеличением реакционной поверхности благодаря дроблению струи стали на мелкие капли, [c.9]

Изменение содержания растворенного кислорода определяется разностью скоростей поступления кислорода в металл и окисления примесей . Скорость поступления кислорода в металл зависит в основном от условий массопереноса в газовой фазе, так как в металле и шлаке у границы раздела с газом всегда имеется избыток веществ, способных окисляться, в том числе железа и его низших окислов. Скорость окисления углерода определяется рядом факторов скоростью турбулентной диффузии кислорода и углерода к реакционным поверхностям раздела, величиной этих поверхностей, скоростью химического и адсорбционно-десорбционного процессов. [c.37]

Таким образом, при окислении углерода на границе раздела металла с газом возможно как раскисление стали, так и насыщение металла кислородом. Какой из этих процессов будет иметь место, зависит от скорости доставки кислорода к поверхности металла и давления в газовой фазе. Наиболее благоприятные условия для раскисления стали создаются при переливе металла в глубоком вакууме (низкие значения и р ). [c.57]

Если на заключительной стадии процесса окисления углерода кислородом газовой фазы пленка окислов появится одновременно на всей поверхности капли, процесс окисления углерода на некоторое время остановится. Действительно, в момент образования окислов концентрация углерода в поверхностном слое металла равна нулю, а для образования пузырьков окиси углерода на границе раздела шлак — металл необходимы значительные концентрации углерода и кислорода. Следовательно, пока диффузия углерода из объема капли к ее поверхности не обеспечит необходимую концентрацию углерода в поверхностном слое, последний окисляться не будет. В этот период времени будут окисляться желе- [c.58]

Кислород, необходимый для окисления углерода, поступает в объем металла, диффундируя от поверхности раздела шлак — металл. Естественно, что на этой поверхности также может происходить окисление углерода, как это было рассмотрено выше. Поэтому объемное окисление углерода невозможно реализовать в чистом виде, хотя во всех процессах выплавки стали основная часть углерода окисляется именно в объеме металла. [c.66]

Поток кислорода, направленный от границы раздела шлак — металл к подине, встречает на своем пути мощный заградительный барьер из пузырьков окиси углерода, на поверхности которых на окисление углерода потребляется большая часть кислорода. И все-таки опре- [c.66]

При небольшой скорости процесса на единицу реакционной поверхности кислород, поступающий к границе раздела металл — пузырьки окиси углерода, немедленно потребляется на окисление углерода. Поэтому уравнение (П-41) описывает последнюю стадию процесса обезуглероживания, определяющую уровень окисленности металла. [c.74]

После того как руда полностью растворяется в шлаке, о чем свидетельствует подъем температуры, дальнейшее окисление примесей ванны происходит за счет кислорода шлака (содержание окислов железа в шлаке начинает уменьшаться). Шлак становится гомогенным, поэтому зарождение пузырьков окиси углерода перемещается с поверхности раздела шлак — металл на подину и откосы печи. Поверхность раздела, на которой может происходить обезуглероживание (всплывающие пузырьки), резко увеличивается, поэтому концентрация кислорода в металле снижается. [c.96]

Высокая скорость окисления углерода на границе раздела металла с всплывающими пузырьками окиси углерода обусловливает наличие очень большого количества корольков металла в шлаке. Так, в работе [103] было установлено, что в 230-г конвертере в шлаке эмульгировано от 10 до 35% всего металла, при этом поверхность раздела металлических корольков со шлаком составляет (14—50) -10 м . По-видимому, большое количество шлака эмульгировано в металле в виде капелек, [c.106]

Режим процесса окисления углерода в конвертере после окончания продувки, по существу, такой же, как и в мартеновской печи. Кислород поступает в металлическую ванну из шлака путем турбулентной диффузии и вместе с опускающимися корольками металла и расходуется на окисление углерода на поверхности раздела пузырьки окиси углерода — металл. Изменение окисленности металла, как и в мартеновском процессе, определяется разностью скоростей поступления кислорода в металл и окисления углерода. Поэтому окисленность металла перед выпуском плавки должна определяться не только содержанием углерода и марганца, но и окислительным потенциалом шлака. [c.109]

Необходимо искать другие способы подвода кислорода к металлу. Возможно, что в данных условиях в большей мере подходит принцип струйного рафинирования, который может быть реализован при вакуумировании металла методом перелива (см. рис. 34,6). В этом случае кислород может подводиться к поверхности капель металла во время падения последних в разреженной окислительной атмосфере. Такой рассредоточенный подвод кислорода не будет вызывать местного перегрева металла и интенсивного испарения. Теоретический анализ процесса обезуглероживания, приведенный в главе П, показывает, что нельзя рассчитывать на удаление большого количества углерода за счет его окисления на границе раздела капель металла с газовой фазой. Значительное количество углерода и в этом случае будет окисляться уже в приемном ковше. Однако не в наполненном ковше, а в процессе его наполнения. Поэтому таким способом можно за то же время удалить больше углерода, не опасаясь выбросов металла. [c.135]

Было бы интересно иметь возможность на основе вышеизложенных материалов и других недавних работ решить, какая из двух теорий — теория промежуточных соединений или электронная — больше соответствует истине. Хотя в каждом из описанных выше случаев катализа невозможно точно установить, что одна из теорий определенно более приемлема, чем другая, все же надо заметить, что теория промежуточных соединений в настоящее время распространена больше, чем 30 лет назад. Дюваль [139] в своих исследованиях приводит убедительные доказательства, опровергающие электронную теорию. Он обнаружил, что энергия активации окисления не зависит от концентрации примеси и что все металлы, которые проявляют наибольшую каталитическую активность, способны образовывать высшие окислы, превращающиеся при взаимодействии с углеродом в низшие. С другой стороны, Хенинг [30], наблюдая движение частиц катализатора при образовании канавок на поверхности графита, указывал, что при этом образуются связи, подобные описанным Лонгом и Сикесом, между катализатором и большим числом активных атомов углерода на поверхности раздела металл — углерод. [c.205]

Для определения скорости массопереноса кислорода из объема металла к поверхности раздела с пузырьками окиси углерода необходимо знать концентрацию кислорода у этой поверхности. Сам факт небольшой иереокис-ленности металла по отношению к равновесию с углеродом в сталеплавильных агрегатах (1,5—3,0 раза) говорит о том, что на этой поверхности концентрация кислорода близка к равновесию с углеродом. Причина этого заключается в том, что при окислении углерода в объеме металла реакционная поверхность раздела увеличивается вместе с увеличением скорости окисления углерода. Чем больше скорость окисления углерода, тем больше количество пузырьков и тем больше их поверхность. Абсолютная скорость окисления углерода, отнесенная к единице поверхности, в таких процессах очень мала. Так, в 500-г мартеновской печи при скорости окисления углерода 0,1 %/ч скорость выхода газов нз ванны составляет [c.71]

Первые два члена уравнения (П-43) включают в себя величины, определяющие окисленность металла при равновесии с углеродом (fWP o ДС])> и со шлаком ЯреО М5, т. е. значения, ограничивающие минимальный и максимальный пределы окисленности металла. Положение фактической концентрации кислорода внутри этих пределов определяется в первую очередь соотношением поверхностей раздела металл — шлак и металл — пузырьки окиси углерода. Если 5п=0, концентрация кислорода соответствует равновесию со шлаком. При 5ш = 0 — равновесию с углеродом. Поэтому для получения минимальной окисленности металла процесс должен быть организован так, чтобы соблюдалось неравенство [c.76]

Вероятно, вначале протекает хемосорбция кислорода газовой фазы на восстановленных участках М-[ ] поверхности оксидов металлов (при высоких температурах — с образованием окисленных участков) [3.34]. Затем окисленный участок взаимодействует с углеродом с образованием продуктов окисления и при этом восстанавливается. При высоких температурах регенерации образование промежуточных соединений будет протекать на поверхности раздела фаз ме1алл углсрод. Схема выгорания кокса по описанно.му механизму может быть описана следующим образом [3.35] [c.69]

Однако имеется много оснований полагать, что специфичность каталитического действия обусловливается не только межатомным расстоянием. Конфигурация кристалла может быть такой, которая позволяет ожидать высокой активности, хотя в действительности активность оказывается малой или совсем отсутствует. Окиси металлов можно классифицировать как полупроводники и изоляторы. Нарушения в решетке легче возникают в полупроводниках, чем в изоляторах, вследствие большей подвижности внутри решетки в первой группе окисей. Эти дефекты в решетках окиси обусловливаются либо избытком металла, либо избытком кислорода в решетке. В каталитических реакциях низкотемпературного окисления и восстановления такие нарушения ограничиваются поверхностными слоями атомов. Ионы и электроны, обусловливающие эти нарушения, могут увеличить уровни поверхностной энергии, что облегчит реакции электронного обмена или образование химической связи атомов и молекул с поверхностью. Гернер [26, 79] показал, что при восстановлении поверхности окиси окисью углерода удаление ионов кис. Торода с наружной поверхности в виде СОг освобождает электроны, которые вместе с соответствующими ионами металла диффундируют через окисный слой, образуя фазу металла. При быстром протекании поверхностной реакции концентрация электронов на поверхности может стать достаточно большой для того, чтобы образовывались ядра металла. Этот процесс образования ядер способствует тому, что свежая поверхность раздела между металлом и окисью металла становится, с точки зрения межатомных расстояний, более благоприятной для протекания поверхностной реакции, чем первоначальная поверхность раздела. Многие исследователи пришли к заключению, согласно которому наличие индукционного периода в некоторых каталитических реакциях, протекающих с участием окисей, обусловливается отсутствием ядер в начале процесса и последующим их образованием и ростом. [c.331]

Степень обезуглероживания, которая может быть достигнута при окислении углерода непосредственно кислородом газовой фазы, зависит от величины удельной реакционной поверхности и интенсивности перемещива-ния металла. В процессе поверхностного обезуглероживания углерод диффундирует из объема металла к поверхности раздела с газовой фазой, где его концентрация меньще, чем в объеме. Соотношение между концентрацией углерода в объеме и на поверхности расплава можно получить из следующих соображений. В самом общем виде закон изменения поверхностной концентрации углерода можно выразить следующим образом [c.39]

При кипении ванны в шлаке всегда присутствует большое количество металлических капель (корольков), которые содержат значительно меньше углерода, чем металлическая ванна. Окисление углерода в корольках происходит у границы раздела шлак — металл, поэтому в соответствии с представлениями, развитыми в главе П, следует полагать, что содержание кислорода в этих корольках значительно выше, чем при равновесии с углеродом. Это подтверждено экспериментально в работе [103]. Таким образом, корольки, опускаюшиеся в металлическую ванну, ускоряют поступление кислорода из шлака в металл. С точки зрения формальных представлений, выраженных уравнением (П-43), это значит, что наличие корольков в шлаке приводит к увеличению поверхности раздела шлак — металл. [c.86]

Механизм образования длинных узких канальцев более сложен. В работе [210] и в сообщении Каджиока и Чионе указывалось, что эти дефекты образуются в стали с содержанием углерода 0,06—0,08%, когда концентрация кислорода превышает 0,04—0,05%. Возможно, что образование этих дефектов связано с тем, что одновременно с углеродом происходит окисление марганца, железа и кремния с образованием шлаковой пленки на границе раздела пузырьки газа — металл. Эта пленка блокирует пузырьки и затрудняет окисление углерода на их поверхности. Рассматривая влияние кремния и марганца на толщину корковой зоны слитков, мы установили (стр. 166), что образование шлаковой фазы становится термодинамически возможным при содержании кислорода 0,043%- Интересно, что эта циф- [c.168]

Как указывалось, химическая реакция окисления углерода протекает гетерогенно на границе металла с пузырьком и тесно объединена с актом десорбции окиси углерода. Иначе говоря, растворенные в железе атомы углерода и кислорода только на поверхности раздела с пузырьком образуют молекулу СО, переходящую в газовую фазу. Этот поверхностный процесс требует одновременного присутствия на межфазной границе углерода и кислорода. Непосредственное взаимодействие частиц углерода с молекулой кислорода мало вероятно. Прочные связи атомов в последней должны быть предварительно сильно ослаблены. Это происходит при хемадсорбции кислорода на железе. В мартеновской печи этот процесс может лимитироваться несколькими стадиями диффузией ионов Ре + и РеЗ+ в шлаке, атомов О и С в металле, зарождением пузырьков СО и собственно химическими актами. [c.648]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология