§6. Поведение серы

Сера – вредный элемент в чугуне и стали. Высокое ее содержание в стали вызывает красноломкость – потерю прочности стали при температурах ~ 1100 °С, т.е. при температурах прокатки; кроме того, она понижает ударную вязкость, коррозионную стойкость, электротехнические свойства и способность к глубокой вытяжке листовой стали. В связи с этим из-за трудности удаления серы в сталеплавильных печах, доменный процесс стараются вести так, чтобы по возможности сера удалялась из чугуна в шлак.

114

Основную часть серы (70-90%) в доменную печь вносит кокс, а остальную – агломерат и окатыши. В коксе сера находится в виде органических соединений C_nS_m и немного в виде сульфидов FeS; в офлюсованном агломерате в виде CaS и немного в виде сульфатов CaSO₄ и BaSO₄; в офлюсованных окатышах в виде CaSO₄.

При доменной плавке сера агломерата и окатышей переходит в шлаковую фазу, а основная часть серы кокса газифицируется – переходит в газовую фазу частично из твердого кокса (улетучивание) и частично при его сгорании у фурм. Но затем эта сера поглощается из газовой фазы агломератом, шлаком и металлом. Немного серы уносится из печи с доменным газом, при выплавке передельного чугуна – не более 5–10 % общего ее содержания в шихте. Остальная сера распределяется между металлом и шлаком, причем на горизонте фурм содержание серы в каплях чугуна достигает 0,2-0,3%. Далее при прохождении капель чугуна в горне через слой шлака, а также во время пребывания чугуна и шлака в горне сера из чугуна переходит по реакции:

[S] + Fe + (СаО) = (CaS) + (FeO).

Полноту ее протекания часто характеризуют коэффициентом распределения серы между шлаком и металлом L = (S)/[S],

где (S) и [S] – содержание серы соответственно в шлаке и металле, %. Более полному удалению серы (течению реакции вправо) способствуют повышение основности шлака, т.е. содержания в нем СаО и снижение содержания в шлаке FeO. В доменной печи протекание этой реакции облегчено в связи с малым содержанием в шлаке оксида FeO («= 0,6 %), который восстанавливается углеродом: (FeO) + [С] = Fe + + СО. Положительное же влияние увеличения основности ограничивается уровнем температур в горне, как это видно из рис. 41, на котором показано совместное влияние температуры и основности шлака на величину L . Рост температу-

ры вызывает при всех значениях основности заметное увеличение полноты десульфурации, что объясняют понижением при этом вязкости шлака, ведущем к ускорению процесса перехода серы в шлак. Основность же можно увеличивать до определенного уровня, после превышения которого величина L

снижается, что вызвано начинающимся загустеванием шлака;

115

Рис. 41. Влияние основности шлака и температуры на коэффициент распределения серы между шлаком и чугуном

повышение температуры ведет к сдвигу начала загустевания в сторону большей основности, т.е. позволяет иметь шлаки большей основности и увеличить

На десульфурирующую способность шлака положительное влияние оказывает наличие в нем MgO в количестве 5–10 %. При этом, как показал опыт, существенно возрастает L в

связи с тем, что MgO вызывает снижение вязкости шлака.

Таким образом, повышению полноты десульфурации в доменной печи способствуют увеличение до определенного уровня основности шлака, более высокие температуры в горне, введение в шлак 5–10 % MgO в случае, если шихтовые материалы содержат мало MgO; больше серы перейдет в шлак также при увеличении его количества. Следует, однако, подчеркнуть, что все эти меры по улучшению десульфурации сводятся к увеличению количества шлака и прихода тепла в горн, и их осуществление вызывает снижение производительности печи и увеличение расхода кокса. Поэтому доменщикам всегда приходится решать вопрос о том, что экономичнее – выплавлять чугун с более низким содержанием серы за счет ухудшения других показателей плавки или наоборот.

Для оценки возможной степени десульфурации предложен ряд эмпирических формул расчета величины L . По данным

В.Г.Воскобойникова величина L при 1450 °С равна:

L = 98*² - 160* + 72 - [0,6А1,О, -

S,1450 ^{2 3}

- 0,012(А1₂О₃)² - 4,032]х⁴,

где х - отношение (СаО + MgO + MnO) : SiO₂; Al₂O₃ - содержание глинозема в шлаке, %.

При других температурах нужно пользоваться следующей зависимостью:

116

^LS ⁼ ^5,1450'

здесь tj- температурный коэффициент, который может быть определен по формуле 7) = 2,7т - 0,067т² - 24,063, где т = = Г/100, °С.

При выплавке передельных чугунов фактические значения коэффициента распределения серы L на отечественных печах

при основности шлака 1,0 и более составляет 30–70, при меньшей основности может достигать 22; содержание серы в чугуне составляет 0,015–0,05 %, содержание серы в шлаке 0,55–2,0%. На многих заводах организована внедоменная десульфурация чугуна в чугуновозных ковшах при их транспортировке из доменного цеха в сталеплавильный. При выплавке литейных чугунов вследствие более высоких температур в горне величина L при основности шлака более 1,0

составляет 51–98, а при выплавке ферромарганца 138–220.