Kinetics of iron oxide reduction from CaO-MgO-FeO_n-SiO_2 slags by silicon dissolved in liquid iron

摘要

At steelmaking temperatures, the kinetics of slag-metal reactions is usually determined by mass transfer. This occurs in two ways: normal mass transfer which is induced by stirring, and mass transfer by interfacial convection induced by interfacially active elements like oxygen and sulphur. In the present work, mass transfer during the reduction of iron oxide from a basic slag by silicon dissolved in liquid iron was studied under defined conditions of gas stirring by argon in MgO crucibles with 1500 g iron and 250 g slag. The variations of the FeO content in the slag and the silicon content in the iron during the reaction were measured by sampling. Trials were carried out with stirring gas flow rates between 1 and 20.4 l/h(STP). The experimental data were evaluated with the multi-component transport model in order to determine the mass transfer coefficients of the reaction components. Simultaneously, the coefficients of normal mass transfer were calculated with the boundary layer theory of liquid-liquid mass transfer for non-turbulent flow conditions. The measured mass transfer coefficients were by a factor 2.5 larger than the theoretically calculated. The difference indicates the presence of mass transfer by interfacial convection. Mass transfer by interfacial convection is superimposed to normal mass transfer.%Bei den Temperaturen der Stahlherstellung ist die Kinetik von Schlacke-Metall-Reaktionen in der Regel durch Stofftransport bestimmt. Dieser tritt in zwei Formen auf: Normaler Stofftransport durch Rühren und Stofftransport durch Grenzflächenkonvektion, induziert durch grenzflächenaktive Elemente wie Sauerstoff und Schwefel. In der vorliegenden Arbeit wurde der Stofftransport während der Reduktion von Eisenoxid aus einer basischen Schlacke durch Silicium im Eisen unter definierten Bedingungen des Gasrührens mit Argon in MgO-Tie-geln mit 1500 g Eisen und 250 g Schlacke gemessen. Die zeitlichen Änderungen des FeO-Gehaltes der Schlacke und des Siliciumgehal-tes des Eisens während der Reaktion wurden durch Probenahme ermittelt. Die Versuche wurden mit Rührgasvolumenströmen zwischen 1 und 20,4 l/h (i.N.) gemessen. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit dem Mehrkomponententransportmodell ausgewertet, um die Stoffübergangskoeffizienten der Reaktionsteilnehmer zu bestimmen. Parallel dazu wurden die Koeffizienten des normalen Stoffüberganges mit Hilfe der Grenzschichttheorie des Stoffüberganges an flüssig-flüssig-Phasengrenzen unter nicht-turbulenten Strömungsbedingungen berechnet. Die gemessenen Stoffübergangskoeffizienten waren um den Faktor 2,5 größer als die theoretisch berechneten. Der Unterschied zeigt an, daß Stoffübergang durch Grenzflächenkonvektion vorliegt. Stofftransport durch Grenzflächenkonvektion ist dem normalen Stofftransport überlagert.