Выбор и расчет технологии получения стали марки 20Л в дсп

2.6 Окисление марганца в дуговой сталеплавильной печи(ДСП)

В силу малого сродства к кислороду, марганец окисляется не полностью, а частично на 50 - 60%. Окисление марганца в процессе плавки стали в дуговых электропечах происходит на границе раздела металла со шлаком:

(2)
(3)
(4)
где концентрация (МnО) и (FеО) выражены в мольных долях или процентах по массе, а активность марганца, образующего с железом раствор, близкий к идеальному, принята равной его массовому содержанию.
Для реальных сталеплавильных шлаков значения коэффициентов активностей отличаются от единицы; не равно единице и отношение f_MnO/f_FeO.
Оксид МnО имеет в шлаке более выраженные основные свойства, чем FеО.
В кислых шлаках катионы марганца образуют с кремнекислородными анионами соединения, более прочные, чем катионы железа, и отношение f_MnO/f_FeO становится меньше единицы.
В основных шлаках (СаО)/(SiO₂) >2 рост активности катионов марганца опережает рост активности катионов железа и отношение f_MnO/f_FeO становится >1.
Для реальных сталеплавильных шлаков отношение f_MnO/f_FeO близко к единице лишь при основности шлака примерно 2. При большей основности шлака отношение f_MnO/f_FeO равно 1,2—1,3. Это значение и следует учитывать при определении KMn-FeO по уравнениям (6.9), (6.10) для условий окисления (восстановления) марганца при плавке стали в основных дуговых электропечах.
Возможность применения этих уравнений для практических целей обусловлена тем, что в процессе плавки в дуговых печах реакция окисления (восстановления) марганца достигает равновесия.

Окислению марганца способствует:

• 
  низкая температура (соответственно высокое значение константы равновесия реакции окисления марганца K_Mn-FeO);
  
• 
  высокая активность оксида железа в шлаке a_(FeO);
  
• 
  пониженная активность оксида марганца в шлаке a_(MnO).
  

По ходу расплавления сродство марганца к кислороду все время снижается, так вся система нагревается и в шлаке накапливается оксид марганца, который уже не связывается в прочные комплексы с кремнеземом – 2MnO•SiO₂, MnO•SiO₂, а находится в свободном виде.
Если шлак окислительного периода не скачивается, то марганец при переходе от рудного кипения к чистому кипению начинает восстанавливаться. Таким образом, более полному окислению марганца способствует скачивание шлака в конце плавления и наводки нового из извести, бокситов и оксидов железа. При этом снижается активность оксида марганца в шлаковой фазе, и температура процесса окисления. Если изобразить изменение содержания марганца в металле по ходу выплавки стали, то можно заметить, что марганец окисляется в период расплавления и в начале окислительного периода (рудное кипение) и восстанавливается во второй половине окислительного периода (чистое кипение).
В период присадок руды из-за снижения температуры шлака и роста активности оксида железа в шлаке происходит интенсивное окисление марганца. В начале чистого кипения активность оксида железа в шлаке падает (т.к. прекращается подача руды), растет температура шлака и его основность, следовательно наблюдается стремительный рост активности оксида марганца в шлаке и, соответственно, восстановление марганца из шлака. Этот процесс быстро стабилизируется к концу чистого кипения, система шлак-металл в этот период близка к равновесию (при условии, что содержание углерода в металле превышает 0.1%) .
При выплавке низкоуглеродистых сталей, когда в конце чистого кипения [C] < 0.1%, вновь наблюдается окисление марганца, так как в шлаке повышается активность оксида железа, и влияние этого повышения перекрывает влияние роста температуры.