MS / Лекция_6

48

6 ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ МЕТАЛЛА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ

ПРОЦЕССАХ

6.1Окислительная десульфурация металла в сталеплавильных агрегатах

Удаление серы из сталеплавильной ванны может протекать в результате взаимодействия с растворенным в металле кислородом

Результаты термодинамических расчетов показывают, что при содержа-

нии серы в металле равном 0,04% и кислорода – 0,02% величина равновесного парциального давления SO2 в газовой фазе для реакции (6.1) составляет

~ 2·10–3 Па (2·10–8 атм). Для реакции (6.2) величина равновесного парциально-

го давления SO2 в газовой фазе составляет ~ 1 Па (10–5 атм). Эти парциальные давления настолько незначительны, что за время плавки удалить из металла значительное количество серы в результате протекания реакций (6.1) и (6.2) не удается.

В ряде случаев крайне низкие значения равновесного парциального дав-

ления SO2 в газовой фазе для реакций (6.1) и (6.2) создают предпосылки для протекания реакций в направлении поглощения металлом серы из газовой фа-

зы. Это наблюдается, например, при использовании для отопления мартенов-

ских печей высокосернистого топлива (мазут, коксовальный газ).

В связи с этим следует отметить одно из главных преимуществ отопления мартеновских печей природным газом – отсутствие в нем серы значительно об-

легчает десульфурацию металла.

49

6.2 Эффективность десульфурации металла шлаком

При десульфурации расплавов железа сера может находиться в шлаке в виде сульфидов кальция, магния, марганца и железа. Результаты термодинами-

ческого анализа показывают, что в условиях равновесия металла с высокоос-

новным шлаком при температурах заключительного периода плавки основное количество серы в шлаке связано в сульфиды кальция. Поэтому при анализе условий десульфурации металла шлаком обычно ограничиваются анализом ус-

ловий протекания реакции

Из уравнения (6.4) следует, что реакция (6.3) является сильной эндотер-

мической реакцией, протеканию которой в направлении образования сульфида кальция способствуют высокие температуры заключительного периода плавки.

Кроме того, образованию сульфида кальция по реакции (6.3) будут способство-

вать высокая основность шлака, малая активность растворенного в металле ки-

слорода и оксидов железа в шлаке.

В сталеплавильных процессах эффективность десульфурации металла шлаком принято характеризовать величиной коэффициента распределения серы между шлаком и металлом

Достижению высоких значений коэффициента распределения серы между шла-

ком и металлом способствуют высокая основность шлака и низкая его окислен-

ность. Характер зависимости величины коэффициента распределения серы ме-

жду шлаком и металлом от содержания (FeO)показан на рисунке 6.1.

Из рисунка видно, что при достаточно высокой основности шлака наи-

большие значения коэффициента распределения серы достигаются в условиях

50

Рисунок 6.1 – Зависимость коэффициента распределения серы между шлаком и металлом от содержания FeO в шлаке

доменной плавки. При содержании (FeO) 0,1 – 0,2% коэффициент распределе-

ния серы между шлаком и металлом может достигать 100 и более.

Достаточно высокие для эффективной десульфурации металла значения коэффициентов распределения серы могут быть получены при содержании

(FeO)до 1,0 –1,5% в восстановительном периоде плавки в дуговых электроста-

леплавильных печах или при обработке стали на установке «ковш-печь».

В мартеновском и кислородно-конвертерном процессах, а также в окис-

лительном периоде плавки в дуговых электросталеплавильных печах, при

(FeO) = 10 – 15% и выше значения коэффициентов распределения серы мини-

мальны и обычно не превышают 10. Поэтому в мартеновском и кислородно-

конвертерном процессах, а также в окислительном периоде плавки в дуговых электросталеплавильных печах, условия десульфурации металла неблагоприят-

ны.

По этой причине в современных сталеплавильных цехах задачу полу-

чения низкого содержания серы в металле решают путем широкого ис-

52

честве флюсов использовали известь с содержанием серы до 0,15% и известняк с содержанием серы до 0,075%.

Анализ приведенных на рисунке данных показывает, что при переработке чугуна с высоким содержанием серы наблюдается существенная десульфура-

ция металла. При переработке чугуна с концентрацией серы 0,015 – 0,020% со-

держание серы в готовой стали находится на одном уровне с содержанием ее в передельном чугуне. При переработке чугуна с концентрацией серы 0,010% и

менее содержание серы в готовой стали обычно выше концентрации ее в чугу-

не.

Исходя из этого, могут быть рекомендованы следующие подходы к полу-

чению металла с различным содержанием серы.

1.Сталь с содержанием серы 0,025% и выше может быть выплавлена в сталеплавильном агрегате с использованием передельного чугуна, содержащего до 0,030 – 0,040% серы, и металлического лома обыкновенного качества.

2.Сталь с содержанием серы 0,015 – 0,020% может быть получена в ста-

леплавильном агрегате с использованием передельного чугуна, содержащего

0,015 – 0,020% серы, и металлического лома обыкновенного качества.

3. Для получения в сталеплавильном агрегате металла с содержанием се-

ры 0,010 – 0,015% металлическая шихта должна состоять из передельного чу-

гуна с содержанием серы менее 0,010% и низкосернистого оборотного метал-

лического лома.

4. Сталь с содержанием серы менее 0,010% может быть получена с ис-

пользованием низкосернистого передельного чугуна, оборотного металличе-

ского лома и одного из способов внепечной десульфурации выплавленной ста-

ли.

Если обжиг извести ведется с использованием в качестве топлива при-

родного газа, содержание серы в извести находится в пределах 0,06 – 0,08%. В

этом случае при использовании низкосернистого чугуна и оборотного металли-

ческого лома непосредственно в сталеплавильных агрегатах можно получать сталь с содержанием серы 0,005 – 0,008%.

53

В современных сталеплавильных цехах металл с различным содержанием серы может также быть получен путем внепечной десульфурации выплавлен-

ной стали. Однако, удаление серы на стадии подготовки чугуна к сталепла-

вильному переделу технологически проще и более экономично.