2. Обезуглероживание стали (низколегированные и высоколегированные расплавы). Кинетика, термодинамика, обезуглероживание в вакууме.

Углерод, растворенный в металле, при температуре, свойственной сталеплавильным процессам, окисляется в основном до СО. При очень низких концентрациях углерода кроме реакции [С] + [О] = СО следует учитывать также реакцию [С] + 2[О] = СО₂. Скорость протекания реакции окисления углерода (реакции обезуглероживания) определяется интенсивностью подвода окислителя и условиями образования и выделения продукта реакции – оксидов углерода. Чтобы пузырек CO мог образоваться в металле, он должен преодолеть давление расположенного над ним столба металла, шлака и атмосферы, а также силы сцепления жидкости (преодоление сил поверхностного натяжения):

где P_атм, P_шл, P_мет - давления на пузырек столба атмосферы, шлака и металла; P_{пов.нат} – , здесь σ — величина поверхностного натяжения на границе металл–пузырек; r — радиус пузырька; P^выд – давление начала выделения СО.

Чем глубже ванна, больше слой шлака и выше давление в агрегате, тем затруднительнее условия образования и выделения пузырьков СО. И наоборот, снижение давления (например, при помещении металла в вакуумную камеру) приводит к вскипанию металла. Значение становится практически ощутимым при малых величинах радиуса r; при величине r > 1 мм им уже можно пренебречь.

На границе раздела фаз (например, на границе металл–футеровка) вследствие влияния сил поверхностного натяжения и неполного взаимного смачивания сплошность жидкой фазы уже нарушена (металл не заполняет мелкие поры футеровки) и образующемуся в этом месте пузырьку газа не нужно преодолевать силы P_{пов.нат}. Реакция окисления углерода протекает именно в том месте ванны, где имеются более благоприятные условия для образования пузырьков СО (граница металл–футеровка, металл–поднимающийся газовый пузырек, металл–неметаллическое включение).

Углерод, растворенный в металле, может окислять кислород:

1. содержащийся в газовой фазе

; ;

при протекании этой реакции выделяется значительное количество тепла;

2. содержащийся в окислах железа шлака

; ;

эта реакция идет с поглощением заметного количества тепла;

3. растворенный в металле

; ;

при протекании этой реакции выделяется очень небольшое количество тепла.

Если проанализировать изменение величины при изменении температуры, то окажется, что во всех случаях значение с повышением температуры уменьшается, т.е. ее повышение благоприятствует протеканию реакции окисления углерода. Реакция окисления углерода занимает особое место в числе сталеплавильных реакций. Это объясняется не только тем, что почти любой сталеплавильный процесс связан с переделом чугуна в сталь и соответственно с процессом окисления углерода чугуна. Дело в том, что образующаяся при окислении углерода газовая фаза (пузырьки СО) перемешивает ванну, выравнивает состав и температуру металла, оказывает большое влияние на процессы удаления газов и неметаллических включений. Эту реакцию называют часто основной реакцией сталеплавильного производства.