Conceptele de putere oxidantă și bazicitate sunt utilizate pentru caracterizarea proprietăților chimice ale zgurii metalurgice.
Oxidarea impurităților de carbon, fosfor, siliciu și mangan conținute în metal are loc în principal datorită interacțiunii topiturii metalice cu zgura. Zgura este sursa oxigenului care pătrunde în metal. Acest proces este descris de ecuația (FeO) = [Fe] + [O].
Considerând concentrația de fier din metalul topit egală cu unu, se obține o expresie pentru constanta de echilibru: KFeo = [O%]/aFeo
Fierul din zgură este prezent sub formă de FeO și Fe2О3. De obicei, pentru a estima puterea oxidantă a zgurii, tot fierul din aceasta este transformat în FeO. Apoi, conținutul total de FeO din zgură ∑(FeO)=(FeO) + 1,35 (Fe2О3).
Activitatea și conținutul de FeO din zgură sunt legate prin relația a(FeO) =f(FeO) * (FeO), unde f(FeO)— Coeficientul de activitate FeO. Coeficientul de activitate al FeO în zgură este influențat de temperatura zgurii, de bazicitatea acesteia și de concentrația de oxizi. Coeficienții de activitate ai FeO în zgură puternic bazică și acidă diferă nesemnificativ.
La o bazicitate și o temperatură date a(FeO) în zgura care conține până la 25% FeO este proporțională cu concentrația acestuia. La o bazicitate a zgurii de 1,8-2,5, activitatea FeO la aceeași concentrație de ReO este de 1,5-2,5 ori mai mare decât în zgura acidă. Caracterul bazic al zgurii afectează activitatea unor oxizi precum MnO, SiO2, Р205.
Dizolvat în metal și zgură oxidul de fier ReO interacționează cu impuritățile conținute în topitură (carbon, mangan, siliciu, fosfor etc.) cu formarea de oxizi ai elementelor impure prin reacții:
(FeO) + [Mn] = [Fe] + (MnO),
2(FeO) + [Si] = 2[Fe] + (SiO2),
În unele cazuri, rolul zgurii este de a oxida sau reduce anumite substanțe. Astfel, reacția de interacțiune a zgurii cu siliciul 2(FeO) + [Si]⇔2[Fe] + (SiO2) este oxidantă față de siliciu și reducătoare față de fier.
Procesul de defosforizare sub zgură bazică are loc prin reacția :
Deoarece (P2O5, %) = 0,18(4CaO*P2O5, %) și [Fe]≈ 1, constanta de echilibru a reacției prin concentrațiile substanțelor poate fi scrisă sub forma relației
Pentru a asigura o defosforizare maximă a metalelor, este necesar ca conținutul de FeO în zgura bazică să fie cuprins între 12-17%.
La o bazicitate a zgurii > 2,5, valoarea optimă a FeO crește ușor. Cu creșterea temperaturii, capacitatea de defosforizare a zgurii și valoarea constantei de echilibru a reacției scad. Scoriile bazice au capacitatea de a elimina sulful din metal
[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO),
a cărei constantă de echilibru are următoarea formă
Distribuția sulfului între metal și zgură este estimată prin coeficientul de distribuție
Ls = (S%)/[S%] ≈ a (CaS)/a [FeS] unde a (CaS) și a [FeS] — sunt activitățile CaS și FeS în zgură și, respectiv, în metal.
După substituire în expresia pentru constanta de echilibru se obține
Creșterea conținutului de CaO în zgură și concentrația scăzută de FeO în zgură contribuie la desulfurarea eficientă a metalului. Un grad ridicat de desulfurare a metalului se obține atunci când conținutul de FeO din zgura de bază este redus sub 1%. Cu creșterea temperaturii, capacitatea de desulfurare a acestor zgurii crește. Amestecarea intensivă a metalului și a zgurii de desulfurare joacă un rol pozitiv în desulfurare.
