6 Десульфурація чавуну

6.1 Десульфурація чавуну в доменній печі

6.1.1 Надходження сірки в піч і її розподіл між продуктами плавки

В доменну піч S потрапляє у вигляді кількох з’єднань:

- в неофлюсованому агломераті - сірчане залізо FeS;

- в офлюсованому агломераті – сірчаний кальцій СаS

- в рудах і флюсах – пірит FeS₂, іноді сільфати BaSO₄ і СaSO₄.

Найбільша частка S, особливо в доменних цехах України, вноситься в піч коксом. В коксі сірка знаходиться головним чином в органічній масі, в невеликій кількості в золі у вигляді сульфідів і сульфатів.

Кількість S, що потрапляє в піч, достатня для повного насичення чавуну, котрий при 1000-1500^оС може розчинити до 0,9% S, в той час коли при випуску із печі допускається до 0,05% S. Тому приймають спеціальні заходи для попередження переходу S в чавун, що зв’язано з перевитратою коксу і зниженням продуктивності печі. Однак це виправдано, оскільки видалення сірки в сталеплавильних агрегатах ускладнене і обходиться набагато дорожче.

В чавуні S може знаходитись у вигляді FeS і MnS. Сірчане залізо розчиняється в чавуні і при 1000-1500^оС розчиняється до 2,5% FeS. MnS незначно розчиняється в чавуні, залишаючись в ньому у вигляді мікровключень.

В шлак при виплавці переробних і ливарних чавунів переходить основна частина S (рис.6.1). Кінцеві шлаки підприємств України містять 1,6-2,6% S. В шлаку сірка може знаходитись у вигляді з’єднань CаS, MgS, FeS і MgS.СаS і MgS не розчиняється в металі і тому повністю переходять в шлак, MnS розчиняється в шлаку.

В залежності від умов плавки і виду доменного сплаву з газами може виноситись від 2 до 5-% S. Підвищення витрати коксу викликає підвищення температур в шахті і на колошнику печі і зменшення поглинання сірки шихтою. Тому менше всього сірки виноситься при виплавці переробного чавуну (2-5% внесеної в піч S). При виплавці ливарного чавуну виніс S зростає до 10-15%, а при виплавці феросплавів до 40-50%.

Рис.6.1 Зміна вмісту сірки в компонентах доменної плавки по висоті печі I-IV

а – агломерат; б – металл; в – вапняк; г – шлак; д – кокс; е – газ; Ч.л., Ш.л., Ф – осі відповідно чавунної і шлакової льоток і повітряних фурм.

6.1.2 Поведінка сірки в доменній печі

При нагріванні більшість сірчановмісних з’єднань розкладається і взаємодіє з іншими з’єднаннями з виділенням S або газів, що містять сірку (SO₂, SO₃, H₂S) наприклад:

FeS₂ → FeS + S

FeS + 10 Fe₂O₃ → 7Fe₃O₄ + SO₂

Газоподібні SO₂ і SO₃ відновлюються за допомогою СО і С до сірки, наприклад:

SO₂ + C → S + CO₂

Сульфати Ва і Са відновлюються оксидом вуглецю (11) і воднем з утворенням ВаS і CaS, наприклад:

ВаSO₄ + 4CO → BaS + 4CO₂

Сірка офлюсованого агломерату переходить в метал або шлак ( у вигляді CaS).

Біля половини S коксу переходить в газ ще до надходження на рівень фурм. Решта сірки окислюється на фурмах до SO₂ і, піднімаючись з газом вгору, відновлюється до елементарної S. Відновлена вище горизонту фурм сірка піднімається разом з газом вгору, взаємодіє зі залізом чавуну і оксидами шлаку, утворюючі FeS, MnS, MgS, CaS, наприклад:

СаО +S +C→ CaS + CO – Q

Fe + S →FeS + Q

FeO + S + CO →FeS + CO₂ + Q

Вловлена шихтою у вигляді сульфідів S опускається вниз, тобто частина S циркулює в печі між горном, розпаром і шахтою. Сірка, що не вспіла прореагувати, покидає піч з колошниковим газом у вигляді SO₂ і Н₂S.