3.2.5 Дефосфорація і десульфурація Дефосфорація

Основними джерелами потрапляння фосфору в конвертер є рідкий чавун, а також сталевий брухт. У процесі продувки видалення з металу в шлак фосфору відбувається по реакції:

2[Р] + 5(FeО) + 3(СаО) = (3СаО  Р₂О₅) + 5Fe (3.10)

2[Р] + 5(FeО) + 4(СаО) = (4СаО  Р₂О₅) + 5Fe (3.11)

що йде з виділенням тепла ( ~ 700 кДж/ моль).

Для успішного її протікання необхідні підвищені основність і окисленість шлаку і невисока температура. При плавці в кисневому конвертері створюються сприятливі умови для видалення фосфору: швидке формування основних шлаків з порівняно високою окисленістю (високим вмістом оксидів заліза) і порівняно непогане перемішування металу зі шлаком. Дефосфорація починається відразу після початку продувки у зв'язку з тим, що відразу починає формуватися основний шлак з високим вмістом FeО. Оскільки реакція видалення фосфору протікає з виділенням тепла, дефосфорація найбільш інтенсивно протікає при порівняно низькій температурі, тобто в першій половині продувки.

Кінцевий вміст фосфору в металі залежить від кількості шлаку і повноти протікання реакції дефосфорації, що звичайно характеризують коефіцієнтом розподілу фосфору між шлаком й металом – (P₂О₅) / [Р]. Ця величина в умовах киснево-конвертерного процесу змінюється від 40 до 100 - 120 і в цих межах тим вище, чим вище основність і окисленість шлаку і чим нижче температура металу наприкінці продувки. Крім того, значення (P₂О₅) / [Р] підвищується при поліпшенні перемішування металу зі шлаком, зниженні в'язкості шлаку і при більш ранньому шлакоутворенні, тому що при цьому збільшується тривалість контакту металу зі шлаком. Одержанню більш низького вмісту фосфору наприкінці продувки сприяє також збільшення кількості шлаку, оскільки при певному досягнутому значенні коефіцієнта розподілу, кількість фосфору в шлаку тим більше, чим більше маса шлаку. Звичайно при вмісті фосфору в чавуні <0,3 % метал наприкінці продувки містить менше 0,02 - 0,04 % Р.

Десульфурація

Сірка надходить у кисневий конвертер з рідким чавуном, сталевим брухтом, міксерним (доменним) шлаком, вапном, а також із твердим паливом у випадку його використання. Чавун може містити до 0,035 - 0,05% S; шлак в заливальному ковші до 2 % S, а після позапічної десульфурації до 3-4 % S; вапно, отримане в обертових печах і печах киплячого шару - до 0,06 % S, a отримане в шахтних печах - до 0,1 -0,2 % S; тверде паливо – до 0,5 - 2% S. Багато сірки може внести шлак, у зв'язку із чим необхідна організація його скачування із заливальних ковшів перед зливом чавуну в конвертер.

У процесі продувки небагато сірки (5 - 10% від загальної кількості вилученої сірки) окисляється киснем дуття й видаляється у вигляді SO₂ з газами, що відходять. Інша сірка розподіляється між шлаком і металом відповідно до рівняння реакції десульфурації:

[S] + Fe+ (CaО) = (CaS) + (FeО) (3.12)

тепловий ефект якої близький до нуля. Ця реакція може успішно протікати при великій кількості в шлаку CaО і малій - FeО. Оскільки конвертерні шлаки містять велику кількість FeО (від 8 до 20 - 25%), то умови для десульфурації несприятливі й вона одержує обмежений розвиток. Ступінь десульфурації не перевищує 30 - 40%, а коефіцієнт розподілу сірки між шлаком і металом (S) / [S] може змінюватися від 2 до 10 - 12.

Ступінь десульфурації, що досягається при плавці, визначається насамперед основністю шлаку, збільшуючись при її підвищенні. Вона зростає при збільшенні кількості шлаку, при збільшенні тривалості продувки й більш ранньому шлакоутворенні (при збільшенні тривалості взаємодії металу з основним шлаком, який формується) і при підвищенні температури, оскільки при цьому знижується в'язкість шлаку, що прискорює протікання процесу десульфурації.

Відносно високі показники десульфурації (ступінь десульфурації до 40% і коефіцієнт розподілу сірки до 10 - 12) досягалися переважно в минулі роки, коли тривалість продувки в багатьох цехах досягала 25 хв. В останні роки внаслідок підвищення інтенсивності продувки її тривалість помітно зменшилася, погіршилися умови шлакоутворення, особливо при переділі низькомарганцевистих чавунів і у зв'язку із цим погіршилися показники десульфурації: коефіцієнт розподілу сірки (S) /[S], як правило, не перевищує 4 - 6.

З урахуванням цього, а також у зв'язку з необхідністю виплавки в кисневих конвертерах високоякісних сталей з малим вмістом сірки (менше 0,02 - 0,03 %) питання десульфурації на багатьох заводах вирішується методом рафінування чавуну в ковшах перед їхньою доставкою в конвертерний цех.