Giáo trình công nghệ và thiết bị luyện thép 4

Trong thực tế, để đơn giản người ta thường tính toán gần đúng như sau: Đối với chất tạo xỉ, tính theo trọng lượng phối liệu kim loại: Chất tạo xỉ đá vôi: 2 ÷ 3% ; Samôt: 0,2 ÷ 0,15%; Huỳnh thạch: 0,13%; Đối với chất khử và điều chỉnh thành phần, tính theo trọng lượng kim loại lỏng: Nhôm: 0,5 ÷1,5 kg/tấn; Silicôcanxi hay silicômangan: 0,5 ÷ 1 kg/tấn; Ferômangan: 13 ÷ 15 kg/tấn; Fererôsilic: 7,5 ÷ 10 kg/tấn.- 23 -Chương III LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LUYỆN THÉPQuá trình luyện thép xẩy ra trong điều...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình công nghệ và thiết bị luyện thép 4lò. Muốn tính lượng chất khử oxy cần dùng, ta cần phải biết lượng oxyt sắt còn lại saugiai đoạn oxy hóa, sự phân bố của nó trong xỉ và kim loại, phương pháp khử và loạichất khử đưa vào, lượng nguyên tố cần điều chỉnh... , do đó quá trình tính toán thườngphức tạp và dễ sai sót. Trong thực tế, để đơn giản người ta thường tính toán gần đúngnhư sau: Đối với chất tạo xỉ, tính theo trọng lượng phối liệu kim loại: Chất tạo xỉ đá vôi: 2 ÷ 3% ; Samôt: 0,2 ÷ 0,15%; Huỳnh thạch: 0,13%; Đối với chất khử và điều chỉnh thành phần, tính theo trọng lượng kim loại lỏng: Nhôm: 0,5 ÷1,5 kg/tấn; Silicôcanxi hay silicômangan: 0,5 ÷ 1 kg/tấn; Ferômangan: 13 ÷ 15 kg/tấn; Fererôsilic: 7,5 ÷ 10 kg/tấn. - 23 - Chương III LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LUYỆN THÉP Quá trình luyện thép xẩy ra trong điều kiện nhiệt độ cao, là kết quả của nhiềuquá trình tác dụng hóa lý phức tạp giữa kim loại, xỉ, môi trường khí lò, nhiên liệu, vậtliệu xây lò ... trong đó quá trình oxy hóa và hoàn nguyên các nguyên tố đóng một vaitrò hết sức quan trọng. Trong chương này nghiên cứu một số vấn đề cơ bản liên quanđến các quá trình luyện kim trong luyện thép.3.1. Lý thuyết về sự oxy hóa và hoàn nguyên Trong quá trình luyện thép, phản ứng oxy hóa - hoàn nguyên phổ biến là theohệ oxy. Phương trình tổng quát của phản ứng có dạng sau: 2Me + O 2 (3.1) 2MeO Me + XO MeO + X (3.2)Trong đó: Me - nguyên tố oxy hóa; X - nguyên tố hoàn nguyên.Ví dụ quá trình hoàn nguyên sắt xẩy ra theo phản ứng: Fe 2 O 3 + 3C → Fe + 3CO ↑ + Q Tất cả phản ứng trong luyện thép đều xẩy ra ở thể lỏng, trong đó Fe đóng vaitrò dung môi, các chất khác là chất tan. Để đặc trưng cho khả năng xẩy ra phản ứng oxy hóa - hoàn nguyên, người tathường xét giá trị thay đổi năng lượng tự do của hệ thống ΔZ.Trong điều kiện tiêu chuẩn thì: ΔZ 0 = ΔH 0 − TΔS0 = −4,575T lg K p (3.3) T T T ΔH 0 ΔS0 lg K p = − + Do đó: (3.4) T T 4,575T 4,575Trong đó: ΔZ 0 - sự thay đổi năng lượng tự do của hệ thống; T ΔH 0 - sự thay đổi nhiệt hàm của hệ thống (entanpi). T - 24 - ΔS0 - sự thay đổi entrôpi của hệ thống; T T - nhiệt độ tuyệt đối; Kp - hằng số cân bằng; Ở mỗi nhiệt độ, trong hệ thống kim loại - oxy - oxyt đều có áp suất riêng phầncủa oxy tương ứng trên kim loại và oxyt. Áp suất riêng phần ( PO ) của oxy trong pha 2khí khi nó cân bằng với oxyt và kim loại thì gọi là áp suất phân ly của oxyt đó và ta có: K p = PO 2 Áp suất phân ly oxyt càng nhỏ thì nguyên tố kim loại càng dễ bị oxy hóa. Bìnhthường, áp suất riêng phần của oxy trong pha khí thường lớn hơn áp suất phân ly củacác oxyt kim loại nên hầu hết kim loại đều bị oxy hóa. Khi tăng nhiệt độ, áp suất phânly của oxyt tăng rất nhanh, nên phản ứng oxy hóa của nhiều nguyên tố kim loại giảm. Để thấy rõ khả năng oxy hóa của một số kim loại thường thấy trong quá trìnhluyện thép ta khảo sát ΔH 0 và ΔZ 0 của một số phản ứng thường gặp. T T Bảng 3.1 Giá trị của ΔH 0 và ΔZ 0 của một số phản ứng thường gặp T T Phản ứng hóa học Z 0 kj/mol O2 H0 298 298 tạo ra oxyt 1000oC 1600oC kj/mol O2 2Ca + O 2 = 2CaO - 1068 - 942,11 - 1270,27 4 2 Al + O 2 = Al 2 O 3 - 895,75 - 781,47 - 497,78 3 3 Si + O 2 = SiO 2 - 690,28 - 581,17 - 872,99 2Mn + O 2 = 2MnO -624,67 - 535,91 - 779,58 2Fe + O 2 = 2FeO - 399,10 - 313,13 - 540,10 2 Ni + O 2 = 2 NiO - 306,27 -190,54 - 339,24 Cu + O 2 = CuO 2 -190,92 - 103,84 - 339,24 Từ bảng (3.1) và các phương trình trên ta có nhận xét: thường ΔZ 0 < 0 , do đó ...