17.Удаление серы при производстве стали, факторы, влияющие на остаточное содержание серы.

Удаление серы из стали

Удаление серы из стали. Рафинировочный шлак с низким окислительным потенциалом на основе CaO – Al2O3 – CaF2 применяется также для параллельного проведения процесса глубокой десульфурации металла в ходе внепечной обработки.

Известно, что протеканию реакций десульфурации шлаковыми смесями способствуют: повышение температуры расплава, ускоряющее ассимиляциюизвести шлаковым расплавом и обеспечивающее необходимую вязкость и жидкотекучесть последнего; увеличение основности шлака; снижение до минимального уровня активности растворенного в металле кислорода и содержания оксидов железа в контактирующем с металлом шлаке.

Применяемый для рафинирования метала шлак представляет собой сплав оксидов системы СаО – Аl2О3 – SiO2 – MgO – СаF2. В качестве общих рекомендаций можно предложить поддержание следующего состава шлака, %: СaO 50-60; MgO 6,0-8,0; Al2O3 15,0-25,0; SiO2 5,0-25,0; FeO+MnO < 0,5-1,0.

Для получения жидкоподвижного шлака при температуре 1550-1600 oС сумма сгущающих компонентов СaO + MgO + MnO + Cr2O3 должна быть менее 65 %. Как правило, в рафинировочном шлаке эта величина превышает указанный предел, поэтому предусматривается присадка плавикового шпата в количестве 7-15 % от массы вводимой извести.

Содержание MgO в шлаке требуется поддерживать в пределах 6-8 %, т.к. снижение его содержания в наводимом шлаке сказывается на усилении эрозиифутеровки шлакового пояса, а увеличение – резко снижает жидкоподвижность шлака.

Удаление серы из металла

Конец формы

Традиционной является схема: - сера, находящаяся в металле в виде сульфида железа, в соответствии с законом распределения переходит в шлак, [FeS] = (FeS). - в шлаке происходит образование более прочного и плохо растворимого в металле сульфида кальция по реакции (FeS) + (СаО) = (CaS) + (FeO). - суммарная (общей) реакция десульфурации [FeS] + (СаО) = (CaS) + (FeO). Из структуры последнего уравнения вытекает, что для улучшения десульфурации металла прежде всего необходимо в шлаке повышение содержания свободного СаО, которое возможно повышением основности шлака, и снижение содержания FeO, которое определяется в основном концентрацией углерода в металле.  Влияние температуры на коэффициент распределения серы может быть прямым и косвенным. Прямое влияние связано с тепловым эффектом процесса перехода серы из металла в шлак. Этот процесс является экзотермическим, поэтому при постоянстве других условий, чем выше температура, тем меньше Ls, но это влияние незначительно, так как тепловой эффект процесса небольшой: -42 кДж/моль. Косвенное влияние температуры на Ls заключается в том, что при высокой температуре можно обеспечить повышенную основность шлака, которая способствует увеличению Ls. Чем выше температура ванны, тем лучше десульфурация металла, если повышение температуры рационально используется для получения высокоосновного гомогенного шлака. Кроме того с повышением температуры ускоряются диффузионные процессы. Сера является поверхностно активным элементом. Высокая поверхностная активность серы приводит к тому, что на поверхности раздела фаз концентрация серы выше, чем в объеме раствора. Поэтому наибольший эффект дает применение таких методов ведения плавки, которые обеспечивают увеличение поверхности контакта металла с десульфурирующей фазой (искусственное перемешивание металла со шлаком, вдувание в металл тонкоизмельченных порошкообразных реагентов и т. п.). Однако основные возможности улучшения десульфурации металла заложены в изменении химического состава шлака. Кислые шлаки обладают минимальной серопоглотительной способностью и обеспечивают L = 0,5-1,5. Это незначительное поглощение серы кислым шлаком происходит не в результате образования простых анионов S2-, а вследствие того, что сера частично замещает кислород в кремнекислородных анионах:

Основные окислительные шлаки обычного химического состава (B > 2,0-2,5) обеспечивают Ls = 3-7, иногда до 10, т. е. в несколько раз выше, чем для кислых шлаков. Коэффициент распределения серы между основным окислительным шлаком и металлом в период окислительного рафинирования зависит в основном от содержания в шлаке СаО и SiO2 или упрощенно - от основности шлака. Для наведения высокоосновного шлака жидкоподвижного шлака в ванну осуществляют присадки извести (известняка) и осуществляют скачивание первичного шлака для удаления из печи кремнезема. Влияние FeO двойственно. С одной стороны, наличие FeO в шлаке ускоряется растворение СаО и получение гомогенного высокоосновного шлака (разжижает шлак), что улучшает десульфурацию. С другой стороны наличие в шлаке FeO смещает равновесие реакции десульфурации в обратную сторону.  В целом серопоглотительная способность основных шлаков остается низкой из-за высокой окисленности сталеплавильных шлаков. В лучшем случае коэффициент распределения серы Ls= (S)/[S] в лучшем случае достигает 10, а обычно изменяется в пределах 3-7. При этом в одношлаковом режиме степень десульфурации R=[S]н/[S]к может составить 1,5-2, т. е. обеспечивает снижение содержания серы в металле в 1,5-2 раза (на 40-50 %), что в современных условиях часто бывает недостаточным. В настоящее время в связи с повышением требований к качеству стали и разливкой ее на МНЛЗ обязательным элементом сталеплавильной технологии становится ковшевая десульфурация металла. Таким образом, удалению серы из металла (десульфурации металла) способствуют: 1) наличие основных шлаков с высокой активностью CaO; 2) низкая окисленность металла шлака (минимум FeO); 3) низкая концентрация серы в шлаке (скачивание и наведение нового шлака); 4) перемешивание металла со шлаком и увеличение поверхности контакта; 5) повышение температуры ванны.