Metallurgy.zp.ua
Главная » Электрометаллургия » Десульфурация металла и поведение газов

Десульфурация металла и поведение газов

Удаление серы из металла

В общем случае удаление серы из металла в шлак в восстановительный период с позиции молекулярного строения шлака описывается уравнениями

[FeS] = (FeS);  (153)

(FeS) + (CaO) + Ст = (CaS) + [Fe] + {CO}; (154)

3(FeS) + 2(CaO) + (CaC2) = 3[Fe]+3(CaS)+2{CO); (155)

2(FeS) + 2 (CaO) + [Si] = 2 [Fe] + 2(CaS) + (SiO2).  (156)

Реакции (153) и (154) в шлаке сопровождаются об­разованием газообразного продукта СО; поэтому они идут необратимо слева направо. Кремнезем, образую­щийся по реакции (156), связывается в прочный сили­кат 2CaO • SiO2, чему способствует высокое содержание СаО в шлаке (55—60%). Вместе с тем низкое содержа­ние FeO в шлаке обеспечивает относительно высокое содержание восстановительных компонентов (С, CaC2 или Si).

Высокое содержание CaO в шлаке увеличивает его вязкость. Для увеличения жидкотекучести шлака обыч­но используют плавиковый шпат. Фтор образует с серой летучее соединение SF6 и, таким образом, плавиковый шпат оказывает на процесс удаления серы не только косвенное влияние, уменьшая его вязкость, но и прямое.

По закону действующих масс присутствие CaS в шлаке замедляет течение реакции десульфурации, поэтому желательно иметь большой объем шлака, а следовательно, низкое содержание CaS. Однако в этом случае затрудняется нагрев металла. Оптимальное количество шлака для печей средней емкости находится в пределах 4—6% от массы металла. Снизить содержание CaS в шлаке можно периодическим спуском шлака и наведением нового.

Благоприятные условия десульфурации металла в восстановительный период обеспечивают высокое значение коэффициента распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S], достигающее 30—50 вместо 3—5 в окислительный период.

Поэтому основное количество серы удаляется в восстановительный период.

Соотношение между фактическим Sфакт и равновесным Sравн содержанием серы в начале (1), в середине (2), в конце (3) восстановительного периода в 10- и 100-т электропечахОднако скорость поступления серы из металла в шлак в восстановительный период очень низкая, поэто­му равновесное значение коэффициента распределения в электропечи не достигается. Это видно из рис. 84, где представлено фактическое и расчетное равновесное со­держание серы в металле при выплавке шарикоподшип­никовой стали ШХ15 в 10—100-т электропечах. Хотя к концу восстановительного периода и наблюдается приближение фактического содержания серы к равно­весному, тем не менее фактическое содержание серы в металле остается выше равновесного. При равенстве равновесного и фактического содержаний серы точки располагались бы вблизи прямой, проведенной под углом 45° к осям координат.

Высокая температура в печи снижает вязкость метал­ла и шлака и тем самым ускоряет все диффузионные про­цессы, в том числе и удаление серы из металла. Электромагнитное перемешивание металла также ускоряет пере­ход серы из металла в шлак, улучшая таким образом на 20—30% степень десульфурации металла. Для получе­ния устойчивых результатов установки электромагнитно­го перемешивания должны быть включены 50—60% всей продолжительности восстановительного периода. В рас­сматриваемый период сера может вноситься в ванну шлакообразующими, раскислителями, а также ферро­сплавами. При выплавке сталей и сплавов с низким со­держанием серы необходимо, чтобы поступление серы с материалами было минимальным. В частности, вместо каменноугольного кокса целесообразно использовать нефтяной кокс и древесный уголь. Часть серы, как пока­зывают балансы в электропечи, удаляется в газообразном состоянии в виде летучего сульфида кремния или SO2.

Поведение азота и водорода в металле

В восстанови­тельный период окисление углерода в металле прекра­щается. В связи с этим отсутствуют условия для удале­ния газов (водорода и азота), растворенных в металле, с пузырями СО. Вместе с тем раскислители и легирую­щие, присаживаемые в печь в восстановительный период, вносят азот и водород в ванну; шлакообразующие даже после прокаливания содержат то или иное количество влаги, которая также является источником водорода. Наконец, в зоне дуг происходит разложение молекуляр­ного водорода и азота на атомарный, который активно поглощается металлом. Таким образом, в восстанови­тельный период имеются объективные условия повыше­ния содержания азота и водорода в металле.

Содержание водорода в стали к концу плавки зави­сит от принятой технологии, состава стали, влажности используемого кислорода, извести и других материалов. При использовании хорошо просушенных материалов концентрация водорода в среднелегированной стали пе­ред выпуском находится обычно в пределах 5—9 см3/100 г, а в высоколегированных сталях 10—11 см3/100 г.

Содержание азота в металле в восстановительный пе­риод в первую очередь определяется его длительностью и степенью раскисленности шлака, с повышением которой возрастает содержание азота в шлаке и в металле. В среднелегированных сталях в зависимости от технологии выплавки содержится 0,006—0,012% N. Снижение со­держания газов в металле достигается продувкой ванны во второй половине восстановительного периода аргоном.