Теория и практика десульфурации электроплавки. Сера в стали. Способы ввода (применения) десульфураторов

Удаление серы из стали происходит в результате перехода ее в шлак:

[S]+(O_2-) = (S_2-)+[O]; K = a _{S 2-} [%O];

Fe + S =(Fe²⁺)+(S^2-);

В кислородном конвертере наряду с этим при продувке кислородом возможно окисление серы с переходом в газовую фазу, возможно лишь при высоком парциальном давлении кислорода в области, расположенной в первичной реакционной зоне. Газ, выделяющийся из ванны, содержит, %: 81–91 СО; 18–18 СО₂; 0,5–1,5 Н₂. Он не может окислять серу. Поэтому и часть серы, окисленной в первичной реакционной зоне до SO₂, выйдя из этой зоны, восстанавливается:

{SO₂} + 4(FeO) = [S] +2(Fe₂O₃),

{SO₂} = [S] +2[O].

Как показали исследования, при продувке кислородом в кислородном конвертере лишь 5–15 % общего количества удаляемой за плавку серы переходит в газовую фазу. При продувке кислородом ДСП такие исследования не проводили.

При плавке стали в дуговых печах, как отмечалось, шлакообразование во время плавления и в окислительный период замедлено. Одна­ко в современных сверхмощных ДСП возможность интенсивного на­грева ванны позволяет, при предварительной завалке с последней пор­цией лома, а также в начале окислительного периода, извести и желез­ной руды, быстро повышать основность (%CaO)/(%SiO₂) до 3,0-3,5 и создавать условия для успешной десульфурации.

Процесс дефосфорации высоколегированных сталей в восстановительных условиях с помощью карбида кальция до настоящего времени исследован не достаточно полно, в том числе отечественными учеными, особенно в промышленных условиях. Видимые преимущества данного способа делают его достаточно перспективным для развития металлургии, но требующим более детального исследования.

В результате взаимодействия карбида с растворённым в расплаве фосфором образуется фосфид кальция, и выделяется углерод, растворяемый в металле.

Проанализировав выражение можно установить основные факторы, влияющие на данную реакцию, и дать рекомендации по оптимальным условиям протекания процесса дефосфорации.

Основные факторы, влияющие процесс дефосфорации карбидом кальция:

• Активность фосфора

• Активность хрома

• Активность углерода

• Температура процесса

В качестве объекта исследования была выбрана коррозионно-стойкая сталь 12Х18Н10Т.

Как показали расчёты, на равновесное содержание фосфора минимальное влияние оказывает его собственное содержания в расплаве. Содержание фосфора практически не оказывает влияния на активности других компонентов расплава, а также на свою активность.

изменения энтальпии реакции ΔН=-79 119 Дж меньше нуля при повышении температуры константа уменьшается и реакция идёт менее полно. Тот же вывод можно сделать, используя принцип Ле-Шателье: если температура повысится, то в системе будет протекать процесс, сопровождающийся поглощением тепла. В данном случае это соответствует обратному протеканию процесса. Т.е. согласно законам термодинамики реакция идёт более полно при пониженных температурах.

Основное влияние на процесс дефосфорации расплава оказывает содержание углерода (активность). Необходимо отметить, что при дефосфорации карбидом кальция происходит постепенное науглероживание металла, и заметно увеличивается активность углерода. Термодинамические расчёты (рис. 3) показали, что при содержании углерода в расплаве выше 1,3% равновесное содержание фосфора приближается к начальному уровню (0,04-0,05%), и процесс дефосфорации прекращается, и должна начинаться рефосфорация.

Так как процесс обработки высоколегированного расплава сопровождается значительным науглероживанием, то время обработки должно быть ограниченным и постоянно контролироваться.

Содержание хрома главным образом оказывает влияние на активность углерода. Как показывают расчёты с применением параметров взаимодействия, увеличение содержание хрома в расплаве на 5% приводит к снижению коэффициента активности углерода более чем на 30%.

Таким образом, как показал термодинамический анализ, процесс дефосфорации металла путём обработки карбидом кальция весьма эффективен, однако необходимо соблюдение некоторых условий:

• обработка расплава карбидом должна быть кратковременной, чтобы чрезмерный переход углерода в металл не препятствовал дефосфорации,

• присадку карбида в расплав необходимо проводить постепенно, не допуская локального перенасыщения расплава кальцием.

Учитывая зависимость процесса дефосфорации от содержания углерода, можно сделать вывод, что данный процесс не приемлем для углеродистых ферросплавов.