任務(wù)六：碳的氧化(PPT課件)

1、任務(wù)六：碳的氧化轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)一、 碳氧反應(yīng)的作用碳氧化反應(yīng)是煉鋼過程中極其重要的反應(yīng)，煉鋼過程中的碳氧反應(yīng)不僅完成脫碳任務(wù)，而且還具有以下作用： 放熱升溫； 有利于乳化液和泡沫渣的形成,加大鋼渣界面，加速反應(yīng)的進(jìn)行； CO氣體產(chǎn)生泡沫渣和氣渣金屬三相乳化，增加了渣-金反應(yīng)接觸面積，促進(jìn)了氣渣金屬液間的反應(yīng),有利于化學(xué)反應(yīng)速度提高。 均勻熔池中成分和溫度； 有利于非金屬夾雜的上浮和有害氣體的排出；造成噴濺和溢出。 CO氣體排除不均勻和CO氣體溢出形成泡沫渣造成的熔池液面上漲，是產(chǎn)生噴濺和溢出的主要原因。造成操作不穩(wěn)定金屬損失大，造渣材料消耗大，爐口粘渣、粘鋼嚴(yán)重。嚴(yán)重的噴濺會造成事故

2、。一、 碳氧反應(yīng)的作用碳氧反應(yīng)的三種基本形式: 在吹氧煉鋼過程中，金屬液中的一部分碳在反應(yīng)區(qū)被氣體氧化，一部分碳與溶解在金屬液中氧進(jìn)行氧化反應(yīng)，還有一部分碳與爐渣中(FeO)反應(yīng)，生成CO。COOC221)( ,274.411393940molJTGCOOC)( ,386.38221860molJTGCOFeFeOC)(二、 碳氧反應(yīng)式轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)保持爐口微正壓，而爐氣中以轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)保持爐口微正壓，而爐氣中以COCO為主，常取為主，常取pCO=1atm 。溫度一定溫度一定，KP 是定值，若令是定值，若令m=%C %O， fC.fO=1，則則 , 1600時(shí)，時(shí)，KP=400，m=0.0025，m

3、 即為碳氧濃即為碳氧濃度積。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，度積。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，m為一常數(shù)為一常數(shù). PKm/1.OCCOPwwPK %11OCffwwKocOCP三、 碳氧積常壓下碳氧濃度之間的關(guān)系 三、 碳氧積 “碳氧積”是一個(gè)平衡概念，是指在平衡條件下（而不是在實(shí)際熔池中），鋼液中碳含量和氧含量的乘積。實(shí)際上m不是真正的平衡，因?yàn)樘己脱醯臐舛炔⒉坏扔谒鼈兊幕疃取?只有當(dāng)%C0時(shí)，fC.fO=1，此時(shí)m才接近平衡態(tài)。 %C提高時(shí)，因fC.fO減小，m值增加： %C=1時(shí)，m=0.0036， %C=2時(shí)，m=0.0064。 三、 碳氧積由于碳氧反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此，隨溫度升高，m值升高，曲線向右角移動(dòng)。在各種

4、煉鋼方法中，實(shí)際熔池中C、O反應(yīng)都沒有達(dá)到平衡，而O都高于相應(yīng)的理論值。由于在煉鋼過程中存在著Fe+O=（FeO），鋼中實(shí)際氧含量比碳氧平衡時(shí)氧含量高。如果與（FeO）平衡的氧含量記作wO,FeO，則鋼中氧含量高于C-O平衡的氧，但低于wO,FeO 。三、 碳氧積脫碳反應(yīng)環(huán)節(jié)反應(yīng)物C和O向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散C和O相互接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物CO以氣泡形式生成和排除 四、 脫碳反應(yīng)環(huán)節(jié)限制環(huán)節(jié)氣泡生成和溢出環(huán)節(jié)氣泡的生成過程是先生成小氣泡，然后不斷長大。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼，氧氣流在反應(yīng)區(qū)與金屬直接接觸，并有大量氣泡彌散存在于金屬熔池內(nèi)，所以生成CO氣泡很順利，即氣泡生成過程并不是脫碳反應(yīng)的控制環(huán)節(jié)。四、 脫碳

5、反應(yīng)環(huán)節(jié)化學(xué)反應(yīng)環(huán)節(jié)一般認(rèn)為，化學(xué)反應(yīng)是否是控制環(huán)節(jié)，可由其表觀活化能的大小來判斷。當(dāng)活化能250 kcal/mol時(shí)，則化學(xué)反應(yīng)是控制環(huán)節(jié)；當(dāng)活化能200 kcal/mol時(shí)，則化學(xué)反應(yīng)不是控制環(huán)節(jié)；處于兩者之間，則為混合控制過程。反應(yīng)活化能 1535 250 kcal/mol，非限制環(huán)節(jié)。高溫下，脫碳反應(yīng)迅速，可以認(rèn)為是瞬時(shí)反應(yīng)。C和O的擴(kuò)散：為脫碳反應(yīng)的限制環(huán)節(jié)四、 脫碳反應(yīng)環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，脫碳速度是變化的：臺階形曲線：整個(gè)脫碳過程中脫碳速度變化的曲線變化特點(diǎn)：按脫碳速度，吹煉過程分為三個(gè)階段五、 脫碳速度吹煉前期意義：從供氧開始直到脫碳速度達(dá)到最大的冶煉過程特點(diǎn)：開吹時(shí)，溫度低（

6、12501350） 、Si及Mn含量高，脫碳速度低; Si及Mn含量逐漸降低， Si含量逐漸降低至0，脫碳速度逐 漸提高時(shí)間：與供氧參數(shù)和鐵水條件有關(guān) 供氧強(qiáng)度 Nm3/t min 前期時(shí)間 min 2.0 / 4.0 7.5 / 4.0 實(shí)際34min控制環(huán)節(jié)：鐵水%Si、熔池溫度、供氧條件 五、 脫碳速度吹煉中期意義：從脫碳速度達(dá)到最大值直到開始下降的冶煉過程 特點(diǎn)：脫碳速度達(dá)到最大值提高供氧強(qiáng)度，脫碳速度上升 若供氧強(qiáng)度不變，脫碳速度幾乎為定值，與熔池中碳含量無關(guān)五、 脫碳速度時(shí)間：與供氧參數(shù)有關(guān)，中期脫碳量基本一定（約3%），供氧強(qiáng)度高則時(shí)間短 供氧強(qiáng)度 Nm3/tmin 中期時(shí)間 m

7、in 2.0 / 4.0 13.2 / 7.0 實(shí)際7-9min控制環(huán)節(jié)：C含量高，供應(yīng)充分；O消耗大，供應(yīng)不足 供氧條件為限制環(huán)節(jié) 五、 脫碳速度吹煉后期意義：從脫碳速度開始下降到吹煉結(jié)束的冶煉過程 特點(diǎn)：碳含量逐漸減少，脫碳速度逐漸下降時(shí)間：與終點(diǎn)碳要求有關(guān) 一般23min控制環(huán)節(jié)：C含量低，供應(yīng)不充分 O消耗下降，與供氧條件關(guān)系減小 熔池中C擴(kuò)散是脫碳反應(yīng)的限制環(huán)節(jié)%CkdtCdC五、 脫碳速度臨界碳含量吹煉過程中脫碳速度開始下降的碳含量，是脫碳反應(yīng)控制環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。其值與攪拌條件、供氧工藝有關(guān)。研究表明：轉(zhuǎn)爐條件下0.2-0.3%C。臨界碳含量在生產(chǎn)中應(yīng)用：火焰變化判斷碳含量：火焰變?nèi)?/p>

8、到達(dá)臨界碳含量；鋼中氧含量急劇增加；應(yīng)降低供氧強(qiáng)度（供氧已經(jīng)不是限制環(huán)節(jié))。五、 脫碳速度脫碳極限值在吹煉后期，脫碳速度減慢，脫碳效率下降，導(dǎo)致在渣和鋼中的氧積累必然增多。在終點(diǎn)達(dá)到0.02%C時(shí)，熔池中平衡氧含量1250ppm，過剩氧也很大，而實(shí)際O將達(dá)到14001700ppm，終點(diǎn)渣中（FeO）將達(dá)到4045%。若繼續(xù)吹O2降碳，由于碳含量下降，熔池?cái)嚢枳內(nèi)?，?shí)際上很難進(jìn)一步脫碳，相反是Fe氧化形成大量“紅煙”。五、 脫碳速度導(dǎo)致：溫度增加；Fe大量氧化，增加鐵燒損；使渣中（FeO）6080%嚴(yán)重侵蝕爐襯；O進(jìn)一步升高，合金消耗量增加，鋼中夾雜物含量升高；冶煉時(shí)間大大延長，經(jīng)濟(jì)性大大下降。五、 脫碳速度因此，用LD法冶煉超低碳鋼（小于0.02%）是很難的，一般以0.02%C為脫碳極限量。由于底部供氣，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐攪拌能力在碳含量較低時(shí)攪拌仍然很強(qiáng)，因此脫