3. Термодинамика десульфурации чугуна

Сера попадает в чугун в основном с коксом, примерно 10% переходит в газовую фазу. Главный десульфуратор – шлак, Сера в шлаке находится в виде сульфидов CaS, MnS, FeS.

При чем большая часть S связана с Ca в виде CaS

Чем выше приход S, тем выше [S]чугуна; чем больше шлака тем лучше десульфурация.

Баланс серы в доменной печи можно выразитьДесульфурации способствует увеличение до определенного уровня основности шлака, блее высокие температуры в горне, введение в шлак 5-10%MgO(он не является десульфуратором, но уменьшает вязкость), увеличение кол-ва шлака.

Механизм десульфурации чугуна можно подразделить на три стадии:

1. переход серы в виде сульфидов железа и марганца из чугуна в шлак; (лимитируется распределением серы в шлаке, т.к. отводом серы от межфазной границы металл-шлак)

2. перераспределение серы между сульфидами железа, марганца, кальция (возможно и магния) с образованием оксидов железа и марганца; (лимитируется распределением серы в шлаке, т.к. отводом серы от межфазной границы металл-шлак)

3. восстановление оксидов железа и марганца углеродом, кремнием и другими раскислителями до наступления равновесия между ними и газовой средой. Эта стадия является лимитирующей, т.к. равновесные концентрации с газовой фазой оксидов железа и марганца – сотые доли процента, а они поступают в шлак непрерывно

Реакцию десульфурации можно представить в следующем виде:

[FeS]  (FeS)

(FeS) + (CaO)  (FeO) + (CaS)

(FeO) + C = [Fe] + CO

[FeS] + (CaO) + C = (CaS) + [Fe] + CO

Десульфурация СаО: СаО_тв+[S]+С_гр = СаS_тв+СО_г

Десульфурация MnО: MnО_тв+[S]+С_гр = (MnS)+СО_г десульфурирующая способность в 3 – 5 раз ниже СаО.

Десульфурация MgО: MgО_тв+[S]+С_гр = MgS_тв+СО_г десульфурирующая способность в 300 – 1000 раз ниже СаО.

Десульфурация Na₂О: Na₂О_ж+[S]+С_гр = Na₂S_ж+СО_г десульфурирующая способность на 3 – 4 порядка выше СаО.

Десульфурация СаС₂: СаС_2тв+[S] = СаS_тв+2С_гр

Основная масса Серы переходит в шлак, когда через него фильтруются капли жидкого чугуна, стекающего в горн. Между выпусками десульфурация протекает в 3 фазы: 1) слабо – когда в горне мало шлака 2) сильно когда шлака много 3) опять слабо, когда в горне остается малый слой шлака, насыщенный серой.

4. Показатели восстановления в доменных печах.

Чем лучше используется газ-восстановитель в доменной печи, тем ниже расход кокса и выше технико-экономические показатели плавки.

1. Показатель Грюнера m = CO₂/CO.

Использования дутья, обогащенного кислородом и водяным паром привело к к изменению общего содержания углеродсодержащих окислов в колошниковом газе и показатель Грюнера перестал служить показателем совершенства восстановительных процессов. Поэтому в настоящее время используют следующие показатели.

2.Степень использования восстановительной способности окиси углерода

Всегда меньше 1, на практике предел 0.6. 0.45-0.55 хорошая работа печи.

3 Степень использования восстановительной способности водорода

Не умеем считать Н₂ в колошниковом газе, поэтому при расчётах этим параметром задаёмся. Или можно оценить:

4 Объединенный показатель восстановительной способности газа.

Показатели развития процессов прямого и непрямого восстановления в печи.

Показатель прямого и непрямого восстановления – отношение количеств кислорода отнятого от шихты прямым и непрямым путем к общему количеству кислорода, отнятого от шихты.

R_d = O_d/O_ш

R_i = O_i/O_ш

R_d + R_i = 1

O_d и O_i количества кислорода, отнятого прямым и непрямым путем, O_ш – количество газифицируемого кислорода шихты.

Эти показатели можно подсчитать по анализу колошникового газа.

 = соотношение кислорода и азота в дутье.

Показатель прямого восстановления по Павлову

r_d = Fe_d/(Fe₀-Fe_мет) – отношение количества железа, восстановленного из закиси железа прямым путем к к общему количеству окисленного железа.

В отличие от показателей R_d и R_i этот показатель можно получить не во время плавки, а по ее окончанию, что затрудняет его использование для текущего регулирования. Положительная особенность этого показателя - он не зависит от окисленности шихты. К недостаткам относится необходимость предположения, что восстановление Fe₂0₃ и Fe₃0₄ до FeO происходит непрямым путем, а полученная СО₂ не участвует в реакциях и уносится газом, что не соответствует действительности.

Показатели использования углерода.

90% С переходит в газ

С_г= С_ф+ С_d

С_d – углерод прямого восстановления

С_ф – углерод теплоноситель (сгорающий у фурм)

Комплексные показатели.

Показатель расхода углерода. – отношение газифицированного кислорода шихты к газифицированному углероду

Р = O_ш/С_г = (СО₂+0,5СО+0,5Н₂О-N₂)/(CO+CO₂)

Показатель использования восстановительной энергии газа

q = O_i/С_г = (0,5CO₂+0,5 Н₂О)/(CO+CO₂)

Использование показателей Р и q удобно для текущего контроля хода доменного процесса. При переменной O_ш Р пропорционален рудной нагрузке. q – характеризует восстановительную работу газа в печи. Зная величины Р и q можно судить о рудной нагрузке, степени использования восстановительной способности газов и общей степени прямого и непрямого восстановления. Эти показатели статистически взаимосвязаны.

q = Р/(1+Р)²