硅锰的氧化与还原

• 5、硅的氧化对冶炼的影响 • （1）硅的氧化有利于保持或提高钢液的温度。
• 硅氧化是强放热反应。在转炉吹炼初期，由于硅 大量氧化，熔池温度升高，进入碳氧化期。
• 在钢液脱氧过程中，由于含硅脱氧剂的氧化，可 补偿一些钢包的散热损失。
• （2）硅氧化反应的产物影响炉渣成分 • SiO2降低了炉渣碱度，不利于钢液脱磷、脱硫，
• 钢液中残[Mn]的作用：
• 防止钢水的过氧化，或避免钢水中含过多的过剩氧，以提 高脱氧合金的收得率，降低钢中氧化物夹杂；
• 能确定脱氧后钢水的含锰量达到所炼钢种的规格，并节约 Fe-Mn用量。
第三节 硅、锰氧化还原的比较
• Mn的氧化还原与Si的氧化还原相比,有以下基本 特点:
• 在冶炼初期Si和Mn一样被迅速大量氧化，但Mn 的氧化程度要低些，这是由于Si与氧的亲和力大 于Mn与氧的亲和力。
• 3、渣中的锰被还原的反应式
• （MnO） + [C] = [Mn] + {CO}
• 炼钢中Mn的氧化程度也取决于其氧化产物MnO在渣中的 存在状态，碱性渣炼钢操作中渣中存在大量强碱性氧化物 (CaO),而显弱碱性的氧化锰大部分故以自由的(MnO)存在， 故Mn的氧化不如Si氧化得彻底。
• 氧气转炉吹炼后期熔池温度升高还会发生Mn的还原。熔 渣的碱度越高、(FeO)含量越底及池温越高，还原出的Mn 越多，在吹炼结束时钢液中残Mn量（或“余锰”）就越 高。
• 电炉炼钢中，采用自动流渣和换渣操作不存在Mn的还原 问题。
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• 4、影响锰的氧化和还原反应的因素 • 主要因素有温度、炉渣和金属液成分、炉气氧分
压。 • （1）温度低有利于锰的氧化。 • （2）炉渣碱度高，使(MnO)的活度提高，不利于
锰的氧化。 • （3）炉渣氧化性强，则有利于锰的氧化。 • （4）炉气氧分压越高，越有利于锰的氧化。 • 5、锰的氧化对冶炼的影响 在转炉吹炼初期，锰
硅锰的氧化与还原
第一节 硅的氧化与还原
• 1、钢液中硅的氧化特点 • 在任何一种炼钢方法中，硅的氧化反应都进行得很激烈。
因为硅是易氧化元素，在所有的杂质元素中，硅和氧的亲 和力最大，硅的氧化产物是只溶于炉渣的酸性氧化物SiO2， 它的分解压力比碳、锰、磷的氧化物分解压力都低,从而 使得生成的SiO2很稳定。所以，硅极易被氧化，且氧化时 放出大量的热量。 • 在氧气转炉中开吹几分钟内硅即被氧化完毕； • 在超高功率电炉大量用氧的情况下，在熔化末期或氧化初 期,硅几乎氧化完毕； • 在普通电炉中熔化期硅将被氧化掉70%,少量的残余硅在 氧化初期也能降低到最低限度； • 硅的氧化反应的反应产物容易从反应区排出。
氧化生成MnO可帮助化渣，并减轻初期渣中SiO2 对炉衬耐火材料的侵蚀。
• 6、锰的还原对冶炼的影响
• 在碱性转炉炼钢过程中，当脱碳反应激烈进行时，炉渣中 (FeO)大量减少，温度升高，这样使钢液中[Mn]回升，这 就是产生所谓的锰还原。炼钢过程中，应尽量控制锰的氧 化，以提高钢水残（余）锰量，发挥残锰的作用。
• MnO为弱碱性氧化物,在酸性渣中大部分(MnO)将 生成较稳定的硅酸盐,因此酸性渣下Mn的氧化较 完全,不易被还原。
• 在碱性渣中的(MnO),则大部分呈自由状态存在,因 此，在一定条件下可以被还原。由于Mn氧化反应 是放热反应,故温度升高有利于Mn的还原。
内容小节
• 碳氧化反应是炼钢过程中极其重要的反应， 炼钢过程中的碳氧反应不仅完成脱碳任务， 而且加速了传质和传热过程，这对于炼钢 过程来说无疑有很重要的作用。
2、硅的氧化反应
• （1）硅的氧化反应方程式 • 当金属炉料未被炉渣覆盖,或氧流直接吹入金属熔
池时,炉料中的硅被气态氧直接氧化 • [Si] + ｛O2｝= (SiO2) +740645 J • 当炉渣形成后或金属液滴和气泡与渣接触时,硅的
氧化主要在炉渣与金属界面上进行 • 2(FeO) + [Si] = (SiO2) + 2[Fe] +341224J • 金属液中的[Si]和[O]的反应 • [Si] + [ O ] = (SiO2) +817448 J • 注意：硅的氧化都是较强的放热反应。
侵蚀炉衬耐火材料，降低炉渣氧化性，增加造渣 的消耗。
第二节 锰的氧化与还原
• 1、钢液中锰的氧化情况 • 锰的氧化反应也在冶炼初期进行的。锰的氧化激烈程度不及硅，锰被
氧化成只溶于炉渣的弱碱性氧化物MnO，且其氧化过程所放出热较少， 在电炉炼钢熔化期的料中锰约半数以上被氧化，而氧气转炉吹炼的铁 水中约80%锰在开吹后几分钟被氧化掉了。 • 2、锰的氧化反应式 • 直接氧化 • [Mn] + 1/2｛O2｝= (MnO) +385186 J • 被钢液中的氧氧化 • [Mn] + [O] = (MnO) +361623 J • 在炉渣―金属界面上的氧化——锰氧化的主要反应 • [Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe] +123511 J • 注意：锰的间接和直接氧化都是放热反应
• （2）硅的氧化产物SiO2
• Si氧化时产生的(SiO2)起初与(FeO)结合生成硅酸 铁(2FeO·SiO2)：
• (SiO2) + 2(FeO) = (2FeO·SiO2)
• 在碱性渣炼钢操作中，随着石灰的逐渐熔化, (2FeO·SiO2) 中的FeO被强碱性的CaO所置换得 到氧化产物硅酸钙：
能发生Si的还原反应。 • 4、影响硅的氧化和还原反应的因素 • 主要因素是温度、炉渣成分、金属液成分和炉气氧分压。 • (1) 温度低有利于硅的氧化； • (2) 增加CaO、FeO含量，有利于硅的氧化。 • (3) 金属液中增加硅元素含量，有利于硅的氧化； • (4) 炉气中氧分压越高，越有利于硅的氧化。
• (2FeO·SiO2) + 2(CaO) = (2CaO·SiO2) + 2(FeO)
• 硅酸钙(2CaO·SiO2)很稳定,所以在碱性炼钢操作 中，冶炼前期Si几乎全部被氧化，不会再被还原。
• 3、硅的还原 • 在酸性炼钢操作中，当熔池温度升高到一定程度后，将发
生硅的还原反应。
• (SiO2) + 2[C] = [Si] + 2{CO} • 从反应式可看出，当有产生CO气泡核心的条件时,就有可