10.Поясніть низьку ефективності десульфурації металу при виробництві сталі у кисневих конверторах і мартенівських печах, а також в окислювальному періоді плавки в дугових електросталеплавильних печах.

Обладая переменной валентностью, сера при взаимодействии с кислородом образует несколько газообразных соединений, наиболее устойчивым из которых при температурах сталеплавильных процессов является . Удаление серы из сталеплавильной ванны может протекать в результате взаимодействия с растворенным в металле кислородом , (1)а также в результате окисления оксидами железа шлака

Обе эти реакции могут протекать, например, на поверхности всплывающих в металле пузырей оксида углерода.

Температурную зависимость константы равновесия реакции (14.5) описывает уравнение (3)

Из уравнения (3) видно, что реакция (1) является слабой эндотермической реакцией. Поэтому изменение температуры не приведет к резкому изменению константы равновесия реакции. Среднее значение константы равновесия реакции (1) для температур сталеплавильной ванны можно принять равным 1,1·10^-3.

Приравняв активности серы и кислорода в металле их концентрациям, можно оценить величину равновесного парциального давления в газовой фазе. Приняв среднее содержание серы в металле равным 0,04%, а кислорода – 0,02%, получим

.

Аналогичные расчеты показывают, что для реакции (2) величина равновесного парциального давления в газовой фазе составляет около 1 Па. Эти парциальные давления настолько незначительны, что за время плавки в результате протекания реакций (14.5) и (14.6) удалить из металла значительное количество серы не удается. Результаты исследований разных авторов показывают, что в кислородных конвертерах и мартеновских печах, отапливаемых чистым по сере топливом, количество окисленной серы не превышает 5 – 10% от исходного ее содержания в металлической шихте. Основное количество серы удаляется из металла в результате протекания других типов реакций, не связанных с ее окислением.

Крайне низкие значения равновесного парциального давления в газовой фазе для реакций (1) и (2) создают предпосылки для протекания реакций в направлении поглощения металлом серы из газовой фазы. Это наблюдается, например, при использовании для отопления мартеновских печей высокосернистого топлива (мазут, коксовальный газ).

Поглощение серы металлом из газовой фазы может наблюдаться и в атмосфере крупных промышленных городов. Опыт работы электросталеплавильных цехов свидетельствует, что при использовании в завалке большого количества легковесного заржавленного металлического лома следует ожидать повышенного содержания серы в металле после расплавления.

11. Поясніть, чим обумовлена суттєво різна ефективність дусульфурації металу в окислювальному та відновлювальному періодах плавки при виробництві сталі в дугових електросталеплавильних печах.

Из-за высокого содержания оксидов железа в шлаках окислительного периода условия для протекания реакции десульфурации являются неблагоприятными, и десульфурация получает ограниченное развитие. Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S] равен 3—5, а всего за время плавления и окислительного периода в шлак уда­ляется до 30 % серы, содержащейся в шихте.

Во время восстановительного периода успешно идет десульфурация, что объясняется высокой основностью шлака (CaO/SiO₂ = 2,7—3,3) и низким (< 0,5 %) содержанием в нем FeO, обеспечивающими сдвиг равновесия реакции десульфура-ции

[S] + Fe + (СаО) = (CaS) + (FeO)

вправо (в сторону более полного перехода серы в шлак). Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (S)/[S] составляет 20-60.