Файл: Внедоменная десульфурация чугуна..pdf

обеспечена при сравнительно высокой вязкости шлака. Практическим доказательством технико-экономиче­ ских преимуществ работы на шлаках пониженной основности является пример магнитогорских и кузне­ цких доменных печей, работающих на малосернистом коксе и потому на сравнительно кислых шлаках (СаО : : SiO2 = 1,05 ... 1,12).

Исходя только из теоретических предпосылок, нельзя правильно определить оптимальный уровень снижения основности шлака в тех случаях, когда снимается требование максимального удаления серы в горне доменной печи. Этот оптимальный уровень может быть установлен только экспериментальным путем. Несомненно лишь то, что при условии отказа от требования максимально возможного удаления серы в горне доменной печи, основность шлака может быть значительно снижена по сравнению с существую­ щей практикой.

Работа доменных печей на.кислых шлаках и борьба с серой вне доменной печи исключают требование низ­ кого содержания серы в коксе. Появляется возмож­ ность подбора угольных шихт для коксования с учетом только физико-механических свойств кокса, примене­ ния в шихте коксовых печей хорошо спекающихся углей с повышенным содержанием серы, резкого по­ вышения прочностных свойств кокса. Это мероприя­ тие способствует расширению сырьевой базы для по­ лучения высококачественного металлургического кокса 116].

Таким образом, внедоменное обессеривание чугу­ на преследует следующие цели:

1. Доведение содержания серы в чугуне до конди­ ционного при выплавке чугуна из шихты с повышенным содержанием серы (при обычной технологии).

2. Получение чугунов с особо низким содержанием серы (например, 0,01—0,005%),

ю

* 3. Систематическое обессеривание чугуна при ра­ боте доменных печей на кислых шлаках.

В первом случае стремятся уменьшить брак и обес­ печить бесперебойное снабжение потребителей ка­ чественным чугуном, несмотря на увеличение содержа­ ния серы в шихте; обессеривание производится по ме­ ре необходимости. Во втором случае чугун может при­ меняться для получения высококачественных сталей. В третьем случае существенно меняется режим ра­ боты доменных печей. Внедоменная десульфурация

технико-экономических показателей работы доменных печей.

Научно-теоретические основы процессов внедоменной десульфурации чугуна

Чугун является многокомпонентным сплавом, ко­ торый, кроме основного элемента — железа, содержит углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, а иногда и ванадий, хром, никель, кобальт, медь. В жидком чугуне сера находится в виде раствора с железом. Десульфурация чугуна, независимо от того, проис­ ходит ли она в доменной печи или вне ее, сводится к процессу перевода серы в более прочное, чем FeS, соединение, мало растворимое или вовсе нераствори­ мое в металле.

Из числа обычных компонентов материалов, вхо­ дящих в состав доменной плавки, более прочные, чем сульфид железа, соединения с серой образуют барий, кальций, марганец, магний, щелочные металлы.

Рассмотрим, какие существуют принципиально возможные способы перевода серы, содержащейся

11

в чугуне, в нерастворимые в металле сернистые со­ единения.

Десульфурация чугуна возможна как чистыми элементами, так и их соединениями (окислами, кар­ бидами). В выражения констант равновесия реакций десульфурации входит значение активности серы в металлических и шлаковых расплавах. По данным [119], зависимость коэффициента активности серы в разбавленных по сере растворах с железом от со­ держания в нем углерода описывается эмпирическим выражением

активности серы в расплавах, содержащих углерод, по сравнению с безуглеродистыми расплавами.

При повышении концентрации серы в расплаве коэффициент активности ее понижается. Влияние со­ держания серы на коэффициент активности ее в насы­ щенных железоуглеродистых расплавах выражается

при [% S] < 1.

Значительное влияние на активность серы в рас­ плавах оказывает температура. В насыщенных желе­ зоуглеродистых расплавах, разбавленных по сере,

Влияние кремния, марганца, фосфора, меди и алю­ миния на коэффициент активности серы описывается следующими эмпирическими зависимостями [37]:

lg /Iі = 0,065 [ % Si] + 0,0028 [ % Si]2, [Si] < 10 % ; (8)

12

lg/sn - —0,025 [%Mn] - 0,00053 [%Mn]2, [Mn] <

lg/s = — 0,043[%P] -I- 0,00063[%P]2, [P] + 10%; (10)

При совместном присутствии указанных компонен­ тов в расплаве общий эффект влияния этих компонен­ тов является аддитивной суммой эффектов влияния каждого компонента в отдельности.

Десульфурация чугуна окисью кальция. Окись кальция может реагировать с растворенной в металле серой по реакции

от температуры И. С. Куликов [37] описывает следую­ щим уравнением:

Реакция (13) является наиболее важной реакцией удаления серы из чугуна с помощью окиси кальция. Константа равновесия ее в соответствии с уравнением

в чугуне при тех же температурах соответственно бу­ дет равно 0,0033; 0,0017; 0,00035%.

Десульфурация чугуна закисью марганца проис­

ходит по реакции

Температурная зависимость константы равновесия

13

Рассчитанная константа равновесия этой реакции рав­

в 300—1000 раз уступает окиси кальция. Равновесное содержание серы в чугуне даже при 1550° С равно

0,064%.

Десульфурация чугуна окисью натрия. С серой

Анализ выражения (20) свидетельствует о том, что

на 3—4 порядка более сильным десульфуратором, чем

14

окись кальция. Однако температуры кипения Na2O и Na2S находятся в интервале 1300—1400° С, вслед­ ствие чего испарение их значительно затрудняет про­ ведение процесса десульфурации при температурах

Рассчитанные по уравнению (22) константы рав­ новесия реакции десульфурации чугуна карбидом

Равновесные содержания серы с ростом температуры повышаются: при atas = ßc = ßcac2 = 1 эта вели­ чина составляет соответственно для 1150° С, 1250° С, 1550° С —2,3 • 1(Г8%; 1,6 • ІО-7; 1,2 • ІО-5; но да­ же при высоких температурах равновесное содер­ жание серы настолько мало, что с термодинамической точки зрения десульфурация карбидом кальция ока­ зывается выгодной даже при значительном повыше­ нии температуры; к тому же повышение температуры существенно ускоряет кинетику процесса.

Десульфурация чугуна магнием. Металлический магний является чрезвычайно эффективным десульфуратором. Обессеривание магнием происходит по реакции

15

фурацин магнием от температуры описывается урав­ нением

равновесия реакции десульфурации магнием состав­ ляют: для 1150° С — 2,3 х

расчетные данные о десуль­ фурирующей способности некоторых реагентов в за­ висимости от температуры.

Десульфурация чугуна марганцем. Реакция обес­ серивания марганцем идет с образованием твердого сульфида марганца при температурах ниже 1530° С (температура плавления MnS) и жидкого сульфида марганца при более высоких температурах:

16