Навигация

Ссылки друзей

Металлургия » Металлургия стали » Удаление серы (десульфурация металла)

Удаление серы (десульфурация металла)

 (голосов: 1)
Удаление серы (десульфурация металла)

Сера является самой вредной примесью, снижающей механическую прочность и свариваемость стали, а также ухудшающей ее электротехнические, антикоррозионные и другие свойства.
Во время кристаллизации и при дальнейшем охлаждении металла весь избыток серы выше указанных пределов выделяется в виде сульфида железа FeS совместно с FeO. Чистый сульфид железа имеет температуру плавления 1190°С, а оксисуль-фидный расплав имеет эвтектику с температурой затвердевания ~985°С, т. е. значительно ниже температуры плавления металла (обычно ~1500°С). Это при кристаллизации металла приводит к выделению сульфида и оксисульфида железа в жидком виде. Выделяющиеся неметаллические включения располагаются по границам зерен в виде тонких пленок. Образование таких пленок резко снижает прочность металла при температурах (1000°С), поскольку они при этих температурах, находясь в жидком или размягченном состоянии, ослабляют меж-зеренную связь в металле. Это явление называют красноломкостью стали. Красноломкость вызывает: 1) образование так называемых горячих трещин на слитках, литых заготовках и изделиях (деталях); 2) появление рванин, трещин и других поверхностных дефектов на прокате; 3) плохое сваривание внутренних усадочных пустот металла во время прокатки, вследствие чего головная обрезь от слитков возрастает при повышении содержания серы.
Не меньшее отрицательное влияние сера оказывает на служебные, прежде всего на прочностные свойства стали, особенно при низких температурах < (-30°С). Следовательно, повышенное содержание серы вызывает и красноломкость, и хладноломкость стали.

Сера является химически активным элементом и образует различные соединения, устойчивые при высоких температурах сталеплавильных процессов и способные переходить и в газовую, и в шлаковую фазы.
Обмен серы между газовой фазой и жидкой ванной
В процессе плавки сера можкт окисляться кислородом по реакциям:
1) [S]+2[О]={SO2} на границе газ-металл в пузырях СО, за счет кислорода металла
2) (S) + 2(FeO) = 2[Fe] +{SO2} на границе газ-шлак в пузырях СО, находящихся в объеме шлака;
3) на границе газ-металл, с участием кислорода газовой фазы [S]+{O2} ={SO2};
4) на границе газ-шлак, над ванной (S) + {O2}={SO2}
Таким образом, пузыри СО, проходящие через толщу металла, уносят некоторое количество серы. Это количество серы тем больше, чем выше содержание серы и кислорода в металле.
Результатом протекания реакции окисления серы газообразным кислородом на границе шлак-газ является наблюдаемое на практике удаление серы из ванны в газовую фазу в количестве 5-10% от исходного содержания серы в шихте.

Основная часть серы удаляется из металла окислительным шлаком
Традиционной является схема:
- сера, находящаяся в металле в виде сульфида железа, в соответствии с законом распределения переходит в шлак, [FeS] = (FeS).
- в шлаке происходит образование более прочного и плохо растворимого в металле сульфида кальция по реакции (FeS) + (СаО) = (CaS) + (FeO).
- суммарная (общей) реакция десульфурации [FeS] + (СаО) = (CaS) + (FeO).
Из структуры последнего уравнения вытекает, что для улучшения десульфурации металла прежде всего необходимо в шлаке повышение содержания свободного СаО, которое возможно повышением основности шлака, и снижение содержания FeO, которое определяется в основном концентрацией углерода в металле.
Влияние температуры на коэффициент распределения серы может быть прямым и косвенным. Прямое влияние связано с тепловым эффектом процесса перехода серы из металла в шлак. Этот процесс является экзотермическим, поэтому при постоянстве других условий, чем выше температура, тем меньше Ls, но это влияние незначительно, так как тепловой эффект процесса небольшой: -42 кДж/моль.
Косвенное влияние температуры на Ls заключается в том, что при высокой температуре можно обеспечить повышенную основность шлака, которая способствует увеличению Ls. Чем выше температура ванны, тем лучше десульфурация металла, если повышение температуры рационально используется для получения высокоосновного гомогенного шлака. Кроме того с повышением температуры ускоряются диффузионные процессы.
Сера является поверхностно активным элементом. Высокая поверхностная активность серы приводит к тому, что на поверхности раздела фаз концентрация серы выше, чем в объеме раствора. Поэтому наибольший эффект дает применение таких методов ведения плавки, которые обеспечивают увеличение поверхности контакта металла с десульфурирующей фазой (искусственное перемешивание металла со шлаком, вдувание в металл тонкоизмельченных порошкообразных реагентов и т. п.).
Однако основные возможности улучшения десульфурации металла заложены в изменении химического состава шлака.
Кислые шлаки обладают минимальной серопоглотительной способностью и обеспечивают L = 0,5-1,5. Это незначительное поглощение серы кислым шлаком происходит не в результате образования простых анионов S2-, а вследствие того, что сера частично замещает кислород в кремнекислородных анионах:
Удаление серы (десульфурация металла)





Основные окислительные шлаки обычного химического состава (B 2,0-2,5) обеспечивают Ls = 3-7, иногда до 10, т. е. в несколько раз выше, чем для кислых шлаков. Коэффициент распределения серы между основным окислительным шлаком и металлом в период окислительного рафинирования зависит в основном от содержания в шлаке СаО и SiO2 или упрощенно - от основности шлака. Для наведения высокоосновного шлака жидкоподвижного шлака в ванну осуществляют присадки извести (известняка) и осуществляют скачивание первичного шлака для удаления из печи кремнезема.
Влияние FeO двойственно. С одной стороны, наличие FeO в шлаке ускоряется растворение СаО и получение гомогенного высокоосновного шлака (разжижает шлак), что улучшает десульфурацию. С другой стороны наличие в шлаке FeO смещает равновесие реакции десульфурации в обратную сторону.
В целом серопоглотительная способность основных шлаков остается низкой из-за высокой окисленности сталеплавильных шлаков. В лучшем случае коэффициент распределения серы Ls= (S)/[S] в лучшем случае достигает 10, а обычно изменяется в пределах 3-7. При этом в одношлаковом режиме степень десульфурации R=[S]н/[S]к может составить 1,5-2, т. е. обеспечивает снижение содержания серы в металле в 1,5-2 раза (на 40-50 %), что в современных условиях часто бывает недостаточным.
В настоящее время в связи с повышением требований к качеству стали и разливкой ее на МНЛЗ обязательным элементом сталеплавильной технологии становится ковшевая десульфурация металла.
Таким образом, удалению серы из металла (десульфурации металла) способствуют:
1) наличие основных шлаков с высокой активностью CaO;
2) низкая окисленность металла шлака (минимум FeO);
3) низкая концентрация серы в шлаке (скачивание и наведение нового шлака);
4) перемешивание металла со шлаком и увеличение поверхности контакта;
5) повышение температуры ванны.



Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики