Термодинамика десульфурации чугуна

Сера попадает в чугун в основном с коксом, примерно 10% переходит в газовую фазу. Главный десульфуратор – шлак, Сера в шлаке находится в виде сульфидов CaS, MnS, FeS.

При чем большая часть S связана с Ca в виде CaS

Чем выше приход S, тем выше [S]чугуна; чем больше шлака тем лучше десульфурация.

Баланс серы в доменной печи можно выразить Десульфурации способствует увеличение до определенного уровня основности шлака, блее высокие температуры в горне, введение в шлак 5-10% MgO(он не является десульфуратором, но уменьшает вязкость), увеличение кол-ва шлака.

 

Механизм десульфурации чугуна можно подразделить на три стадии:

1. переход серы в виде сульфидов железа и марганца из чугуна в шлак; (лимитируется распределением серы в шлаке, т.к. отводом серы от межфазной границы металл-шлак)

2. перераспределение серы между сульфидами железа, марганца, кальция (возможно и магния) с образованием оксидов железа и марганца; (лимитируется распределением серы в шлаке, т.к. отводом серы от межфазной границы металл-шлак)

3. восстановление оксидов железа и марганца углеродом, кремнием и другими раскислителями до наступления равновесия между ними и газовой средой. Эта стадия является лимитирующей, т.к. равновесные концентрации с газовой фазой оксидов железа и марганца – сотые доли процента, а они поступают в шлак непрерывно

Реакцию десульфурации можно представить в следующем виде:

[FeS] «(FeS)

(FeS) + (CaO) «(FeO) + (CaS)

(FeO) + C = [Fe] + CO

[FeS] + (CaO) + C = (CaS) + [Fe] + CO

Десульфурация СаО: СаО_тв+[S]+С_гр = СаS_тв+СО_г

Десульфурация MnО: MnО_тв+[S]+С_гр = (MnS)+СО_г десульфурирующая способность в 3 – 5 раз ниже СаО.

Десульфурация MgО: MgО_тв+[S]+С_гр = MgS_тв+СО_г десульфурирующая способность в 300 – 1000 раз ниже СаО.

Десульфурация Na₂О: Na₂О_ж+[S]+С_гр = Na₂S_ж+СО_г десульфурирующая способность на 3 – 4 порядка выше СаО.

Десульфурация СаС₂: СаС_2тв+[S] = СаS_тв+2С_гр

Основная масса Серы переходит в шлак, когда через него фильтруются капли жидкого чугуна, стекающего в горн. Между выпусками десульфурация протекает в 3 фазы: 1) слабо – когда в горне мало шлака 2) сильно когда шлака много 3) опять слабо, когда в горне остается малый слой шлака, насыщенный серой.