Удаление серы из металла

Обесфосфоривание стали

Фосфор повышапет хрупоксть стали при низких температурах. Источник фосфора – сырье, т.к. в плавке он полностью переходит в чугун (0,1-2%), что гораздо выше допустимых концентраций в стали (0,02-0,05). Фосфор обладает бОльшим сродством к кислороду чем железо и его удаляют методом окислительного рафинирования. Удаление фосфора возможно по двум реакциям:

Для реакции 1 константа равновесия при Т=1600 оС равна 1 и реакция обратима, поэтому за счет железистых шлаков нельзя обеспечить высокую степень дефосфорации. Оксид P2O5 – кислотный оксид и полнота его удаления так же, как и кремния значительно возрастает с увеличением основности шлака. Поэтому в производственных условиях дефосфорацию обеспечивают вводом CaO. Из константы равновесия для реакции 2 учитывая, что шлак – идеальный раствор, а металл – бесконечно разбавленный получают выражение для коэффициента распределения фосфора.

Активность железа =1. Таким образом для увеличения L необходимо:

1. Повысить окислительную способность шлака и увеличить его основность, т.е. повысить активность FeO и активность CaO.

2. Понизить коэффицент активности фосфора в шлаке, что достигается увеличением его основности.

3. Увеличить К2, для чего необходимо понизить температуру металла. Поскольку реакция 2 – экзотермическая, то повышение температуры приводит к уменьшению К2 и следовательно к уменьшению Lp. Однако скорость дефосфорации с ростом температуры увеличивается. Поэтому наилучшие результаты по обесфосфориванию достигаются при оптимальном нагреве. Конечное содержание фосфора зависит помимо Lp от его прихода и относительного количества шлака. Чем его больше тем ниже P.

Поэтому для получения чистой по фосфору стали процесс ведут с большим количеством шлака и промежуточным его скачиванием.

Сера, растворяясь в металле концентрируется в оставшемся расплаве, обладая ничтожной растворимость в твердом железе, она в дальнейшем выделяется на границах зерен металла в виде легкоплавких соединений с оксидами железа. Поэтому сталь становится красноломкой (хрупкой при Т=800-1200 ^оС – температура прокатики). Однако и в холодном состоянии прочность стали уменьшается. Содержание Серы должно быть не более 0,02-0,05%. Необходимо ее удаление, которе осуществляют на всех стадиях (при подготовке руд, изготовлении чугуна и с стали). Источником серы являются железные руды и кокс. Содержание серы в коксе 0,4-2%. В рудах тоже до 2%, но она легко удаляется при подготовке руд, поэтому основным источником серы в настощее время является кокс.

Обессеривание железных руд

В рудах сера содержится в основном в виде перита FeS2 и реже в виде перротина. У сульфидов с остом температуры прочность и сродство железа к сере падают. Перит FeS2 – непрочное химическое соединение и при нагреве до 700 оС он распадается. FeS – более прочный оксид и его диссоциация практически неосуществима. В окислительной атмосфере перотин окисляется. При температурах обжига окатышей и агломерации (1500 К). Константа скорости перротина существенно больше единицы и реакция необратима, т.е. FeS обладает значительным сродством к кислороду и, возможно практически полное удаление серы из руд с одновременным окислением железа. Обжиг руд, агломерация и обжиг окатышей ведут при большом избытке воздуха и, следовательно кислорода. Температурный режим (1500 К) создает благоприятные условия для диссоциации FeS2 до FeS, а окислительная среда – для окисления FeS и выгорания серы. Кинетика имеет те же особенности, характерные для гетерогенных реакций. Превращение начинается с наружней поверхности кусков. Со временем с утолщением слоя продуктов реакции Fe3O4 лимитирующим звеном становится внутренняя диффузия. Скорость таких реакций увеличивается с уменьшением размеров кусков, поэтому агломерация и обжиг окатышей используют мелкие материалы, что позволяет вести обессеривание гораздо полнее. При агломерации удаляется 70-90% серы при обжиге окатышей 60-80%, поэтому содержание серы в агломерате и окатышей не превышает 0,05%.