The dissolution of nitrogen in metallurgical slags

Abstract

Nitrogen is soluble in CaO-SiO₂-Al₂O₃ slags under a variety of highly reducing conditions. With graphite as reducing agent, the solubility increases with increasing CaO and decreasing SiO₂ contents, dropping off, however, at very low SiO₂. At 1550°C and 1 atmos. N₂, it lies between 0.25 and 2.5 wt.%. It is steeply temperature dependent, and reaction is slow. Equilibrium-constant calculations for possible dissolution reactions indicate that there is no single mode of dissolution covering all compositions. However, it appears that at intermediate CaO and SiO₂ contents, carbon participates directly, probably forming CN^? ions, whereas in SiO₂-rich melts, nitrogen enters the silicate network. In the absence of graphite, using excess Si or Al as reductants, nitrogen pick-up of the same order of magnitude is observed, but with less marked composition and temperature dependence. Reaction is rapid. Large quantities (> 3 wt.%) can be dissolved via Si₃N₄, and the presence of CaC₂ also promotes appreciable dissolution.

Résumé

L'azote peut se dissoudre dans les laitiers du type CaO-SiO_2? Al₂O₃ lorsque les conditions sont réductrices. En présence de graphite, la solubilité croît en fonction de la teneur en CaO et en fonction inverse de la teneur en SiO₂. Elle retombe, cependant, aux teneurs très faibles en SiO₂. La solubilite de l'azote, à 1550°C et 1 atm de N₂, s'établit entre 0.25 et 2.5% en poids. Les valeurs obtenues varient fortement en fonction de la température. La vitesse de réaction est lente. Le calcul de la constante d' équilibre correspondant à diverses réactions hypothétiques montre qu'on ne peut pas appliquer une réaction de dissolution unique à toutes les compositions. Il n'en demeure pas nloins que le carbone, aux teneurs moyennes en CaO et en SiO₂, affecte le processus de dissolution en formant des ions CN^? alors que dans les laitiers riches en SiO₂, l'azote s'associe au réseau d'ions silicate. L'absorption d'azote, en l'absence de graphite mais en présence d'un excédent d'agent réducteur, Si ou Al, demeure du même ol'dre de grandeur avec, toutefois, un effet moins prononcé de la température ou de la composition du laitier. La réaction de dissolution est alors rapide. La dissolution par l'intermédiaire du composé Si₃N₄ permet de dissoudre une grande quantité d'azote (>3% en poids). La présence de CaC₂ favorise aussi la dissolution d'une quantite appreciable. d'azote dans le laitier.