Внепечное рафинирование чугуна и стали
  3.2 Десульфурация металла ковшевым шлаком

Эффективность десульфурации металла шлаком принято характеризовать величинами равновесного и фактического коэффициентов распределения серы между шлаком и металлом м ( Ls =(S)/[S] ).

При температурах заключительного периода плавки и внепечной обработки стали десульфурация металла высокоосновным шлаком протекает преимущественно по реакции

[S] + Fe + (CaO) = (CaS) + (FeO). (3.8)

Константа равновесия реакции (3.8) определяется из выражения

С учетом соотношения

из уравнения (3.9) получим

Из уравнения (3.11) видно, что высокие значения равновесного коэффициента распределения серы между шлаком и металлом могут быть получены при высокой основности шлака и низком содержании в нем оксида железа, а также обладающего сходными химическими свойствами оксида марганца. Поэтому для внепечной десульфурации металла рекомендуют использовать шлаки, содержание CaO в которых приближается к растворимости его в шлаке при температуре обработки, а суммарное содержание FeO и MnO не превышает 1,0 – 1,5%.

В реальных процессах внепечного рафинирования стали равновесное распределение серы между шлаком и металлом, как правило, не достигается. При этом фактические значения коэффициентов распределения серы во многом зависят от интенсивности и продолжительности перемешивания металла и шлака. В качестве примера на рис. 3.5 приведены данные о влиянии расхода аргона, а также содержания оксидов железа и марганца в шлаке на величину фактического коэффициента распределения серы между шлаком и металлом после десульфурации стали на УКП в 50-т ковшах ООО «Электросталь» (г. Курахово Донецкой обл.).

Зависимость фактических значений коэффициента распределения серы от интенсивности продувки свидетельствует о том, что реакция десульфурации металла шлаком не достигает состояния термодинамического равновесия и результаты обработки определяются кинетическими факторами.

Экспериментально установлено, что кинетика десульфурации металла шлаком с достаточной точностью описывается кинетическим уравнением реакции первого порядка относительно концентрации серы в металле, решение которого имеет вид

где [S]н и [S]к – начальное и конечное содержание серы в стали, %; [S]p – содержание серы в металле в равновесии со шлаком, %; k – константа скорости реакции, мин–1; t – продолжительность обработки, мин.

Зависимость коэффициента распределения серы между шлаком и металлом от окисленности шлака и интенсивности продувки

Рис. 3.5. Зависимость коэффициента распределения серы между шлаком и металлом от окисленности шлака и интенсивности продувки: 1 – расход аргона 0,5 нм3/мин; 2 – 1,8 нм3/мин

Это позволяет предполагать, что реакция десульфурации протекает в диффузионной области, а лимитирующим звеном ее является массоотдача серы из объема металла к поверхности раздела металл-шлак. В этих условиях высокой скорости десульфурации металла ковшевым шлаком способствует интенсивная продувка расплава аргоном. Однако, следует помнить, что при перемешивании стали и шлака продувкой аргоном в ковше зависимость константы скорости реакции в формуле (3.12) от мощности перемешивания описывается уравнением

Анализ уравнения (3.13) показывает, что при высокой интенсивности продувки дальнейшее увеличение расхода газа не сопровождается соответствующим ростом константы скорости реакции. Имеются сведения о том, что при десульфурации металла шлаком в сталеразливочных ковшах константа скорости реакции быстро увеличивается при повышении удельной скорости диссипации энергии до 200 – 300 Вт/т. Дальнейшее увеличение интенсивности продувки нецелесообразно.

При обработке стали на УКП по окончанию десульфурации проводят дополнительную продувку металла аргоном для удаления из расплава оксидных неметаллических включений. С этой целью обычно используют так называемую «мягкую» продувку, в ходе которой интенсивность подачи в металл аргона уменьшают.

  3.2 Десульфурация металла ковшевым шлаком
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ