Кинетика окисления углерода

Роль реакции окисления в сталеплавильных процессах

Реакция окисления углерода является единственной, продукт которой – газообразный оксид. Особенностью является фронт протекания реакции. Пузырьки газа {СО}, образующиеся на границе раздела металл-футеровка при всплывании пронизывают весь объем металлической и шлаковой ванны, интенсивно их перемешивая.

Таким образом, эта реакция является интенсификатором тепло- и массообмена в сталеплавильной ванне, то есть средством интенсификации сталеплавильного процесса в целом.

Скорость окисления углерода определяет скорость окисления элементов и скорость всего сталеплавильного процесса в целом. Это гетерогенная реакция, поэтому сложная и многостадийная. Мы выделим три стадии:

1. Массоперенос углерода и кислорода к месту реакции.

2. Сама реакция.

3. Отвод продуктов реакции.

Протекание реакции (сопротивление) равно сумме сопротивлений протекания каждой стадии

, (7.2‑9)

где V – скорость окисления углерода; V₁, V₂, V₃ – скорости протекания отдельных стадий.

Скорость реакции определяется скоростью протекания наиболее медленного звена, тогда остальными составляющими можно пренебречь. Поэтому анализ кинетики сводится к выявлению наиболее медленного звена, с целью воздействия на него для ускорения реакции в целом.

Для этого рассмотрим практические данные

Характерные зависимости скорости окисления углерода от его содержания в металле представлены на рис.7.2-3.

Можно увидеть, что при концентрации углерода в металле больше или равной критическому значению, скорость окисления углерода не зависит от концентрации углерода, а полностью определяется интенсивностью снабжения ванны кислородом, то есть ограничивающей стадией является массоперенос кислорода в зону металла, при С ≥ С_кр. Следовательно, ускорение процесса достигается в повышении интенсивности снабжения ванны кислородом (С_кр = 0,2-0,5%). При выплавке большинства марок стали основным средством интенсивности окисления углерода и сталеплавильного процесса в целом является интенсификация снабжения кислородом, например, продувка ванны. Окисление углерода является средством интенсификации процесса, а не получение стали заданного состава.