Внепечное рафинирование чугуна и стали
  3.4.3 Основные требования к организации десульфурации стали кальцием

Кальций обладает высоким химическим сродством к кислороду и сере. Учитывая, что реакция десульфурации всегда протекает при наличии в стали некоторого количества кислорода, при оценке термодинамических условий десульфурации металла необходимо сравнить раскислительную и десульфурирующую способность кальция.

Для определения стандартных значений изменения энергии Гиббса реакций

{Ca} + [O] = (CaO) (3.41)

и

{Ca} + [S] = (CaS) (3.42)

рекомендуют пользоваться уравнениями

В реальных металлургических процессах реакции (3.41) и (3.42) протекают в условиях, отличающихся от стандартных. Поэтому для определения изменения энергии Гиббса при протекании реакций следует пользоваться уравнениями

Если предполагать, что продуктами реакций являются чистые оксиды и сульфиды кальция, с учетом зависимостей (3.43) и (3.44) для условий, когда реакции достигают состояния термодинамического равновесия, уравнения (3.45) и (3.46) можно привести к виду

Сравнивая расчетные значения параметра RTlnaCa при различных величинах активности серы и кислорода в металле, можно судить о том, протекание какой из реакций энергетически более выгодно и получает преимущественное развитие.

Результаты расчетов по уравнениям (3.47) и (3.48) показаны на рис. 3.14, анализ которого показывает, что с при обработке стали кальцием реакция (3.41) получает преимущественное развитие даже при очень малых значениях активности кислорода в металле. Поэтому обязательным условием эффективной десульфурации стали кальцием является глубокое раскисление ее алюминием и устранение всех возможных источников поступления кислорода в металл во время обработки.

Зависимость параметра а RTlnaCa от активности серы и кислорода в расплаве

Рис. 3.14. Зависимость параметра а RTlnaCa от активности серы и кислорода в расплаве

Для этого при выпуске стали из сталеплавильного агрегата необходимо с максимально возможной полнотой отделить от металла окисленный печной шлак и навести в ковше новый шлак, обладающий высокой основностью и минимальным содержанием оксидов железа. Чтобы избежать оголения поверхности металла при бурлении во время обработки количество ковшевого шлака должно составлять не менее 8 – 10 кг/т стали. Масса и сульфидная емкость ковшевого шлака должны обеспечивать ассимиляцию всего количества серы, поступающей в шлак при десульфурации металла. При наведении шлака присадкой в ковш смеси, состоящей из извести и 8 – 15% плавикового шпата, наиболее высокие значения коэффициентов распределения серы между шлаком и металлом достигаются при формировании в ковше шлаков, химический состав которых отвечает условию

где B = (%CaO)/(%SiO2) – основность шлака.

При глубоком раскислении стали возможно восстановление кремния из шамотной футеровки сталеразливочного ковша, содержащей 30 – 40% Al2O3, SiO2 и не более 1% Fe2O3, которое сопровождается поступлением в металл дополнительного количества кислорода. Поэтому при необходимости глубокой десульфурации стали рекомендуют отказаться от использования сталеразливочных ковшей с наиболее дешевой шамотной футеровкой, заменив ее футеровкой из высокоглиноземистых, магнезитовых или доломитовых огнеупоров.

При использовании ковшей с высокоглиноземистой и магнезитовой футеровкой степень использования кальция для десульфурации стали соответственно в 1,6 и 2 раза выше, чем при обработке в ковшах с шамотной футеровкой.

В качестве транспортирующего газа при инжектировании порошкообразных сплавов и соединений кальция через погружаемые в металл фурмы необходимо использовать аргон. При этом для создания над ковшом атмосферы с низким окислительным потенциалом, которая позволяет избежать повышения окислености металла и шлака при взаимодействии с кислородом воздуха, ковш на период обработки целесообразно накрывать крышкой.

  3.4.3 Основные требования к организации десульфурации стали кальцием
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ