Внеагрегатная десульфурация
Удаление серы в сталеплавильных процессах осуществляется путем перевода ее в соединения, не растворимые в металле и хорошо растворимые в шлаке. Таким соединением является CaS.
В условиях мартеновской или конвертерной плавки при высокой окисленности шлака (Σ(FeO) до 10-12 % и выше) коэффициент распределения серы (Ls = (S)/[S]) между шлаком и металлом не превышает 4—8. Процесс удаления серы может быть ускорен при обработке стали в ковше синтетическим шлаком, обладающим высокой десульфурирующей способностью, при одновременном сокращении продолжительности плавки.
Обработка стали синтетическими шлаками
Технологическая схема процесса: порцию шлака в количестве 3—6 % от массы стали заливают в сталеразливочный ковш, а затем в этот же ковш выпускают сталь.
Струя жидкой стали, падающая в ковш с высоты >3,0 м, эмульгирует шлак, поэтому поверхность раздела «шлак—металл» в десятки раз превышает поверхность взаимодействия металла и шлака в подовых сталеплавильных процессах. Вследствие этого резко возрастает скорость перехода серы из металла в шлак.
Как показывает опыт, за время выпуска плавки (10—15 мин) содержание серы снижается с 0,015—0,033 до 0,005—0,012 %, а фактический коэффициент распределения серы между металлом и шлаком колеблется в пределах от 27 до 77.
Поскольку в таком шлаке практически нет окислов железа, он является одновременно хорошим раскислителем.
Таким образом, обработка стали жидким известково-глиноземистым шлаком способствует снижению содержания серы и кислорода, а также загрязненности металла неметаллическими включениями.
Степень удаления серы колеблется в пределах 50—80 %.
Достаточно высокая степень десульфурации (~40 %) достигается также и при обработке стали в ковше при выпуске твердыми порошкообразными синтетическими шлаками или экзотермическими шлакообразующими смесями. Эффективным методом внеагрегатной десульфурации может служить вдувание в металл порошкообразных материалов (СаО, СаО + CaF2, CaC2, SiCa + СаО) и др. в струе инертного газа. Обычно подача порошков производится при помощи футерованной трубы, погружаемой в металл на глубину до 3 м. Порошкообразные материалы можно вводить в сталь также в виде специально изготовленной порошковой проволоки.
Модифицирование. Одним из эффективных способов уменьшения вредного влияния серы является изменение состава сульфидных неметаллических включений при помощи элементов, образующих с серой тугоплавкие соединения, не растворимые в жидком железе. В первую очередь к таким элементам относятся ЩЗМ и РЗМ.
Применение ЩЗМ и РЗМ
В сталеплавильной практике широко используется способность кальция, магния, бария, церия, лантана и других ЩЗМ и РЗМ и их сплавов образовывать прочные соединения с кислородом и серой, не растворимые в жидком железе. При благоприятных условиях значительная часть образующихся оксидов и сульфидов удаляется из жидкой стали, а остающиеся в металле соединения имеют сферическую форму, которая практически не изменяется в процессе пластической деформации.
Из ЩЗМ в производстве стали наибольшее применение получил кальций, который обычно вводят в хорошо раскисленную сталь в виде сплавов с кремнием, алюминием, барием и др., содержащих до 30 % Са.
В процессе всплывания пары кальция взаимодействуют с кислородом и серой по реакциям:Caг + [O] = CaOтв; Caг + [S] = CaSтв,
Кальций способствует образованию неметаллических включений глобулярной формы.
Из РЗМ в сталеплавильных процессах наиболее широкое применение нашли церий, лантан, их сплавы. РЗМ вводят в сталь в виде мишметалла или ферроцерия (70— 95 % РЗМ). Используют также различные лигатуры.