Куликов И.С. Десульфурация чугуна

Десульфурация при плавке литейного чугуна и ферросилиция

Средние показатели работы нескольких предприятий при выплавке литейного чугуна и ферросилиция приведены в табл. 64.

Все расчетные величины в этой таблице получены по тем же уравнениям, что и для передельного чугуна, за исключением ко­эффициента активности -серы в доменном ферросилиции. Эффективная   концентрация   кремния   рассчитана    по    уравнению (11-93), а коэффициент активности серы — по уравнению (ΙΙ-87).

Из последних строк таблицы видно, что процент приближе­ния к равновесию в системе чугун — шлак — углерод — окись уг­лерода для литейных чугунов обычно выше, чем для передель­ных. Для магнитогорских печей он равен 90%, а для череповец­ких превышает 100%. Это означает, что в последнем случае рас­пределение серы между чугуном и шлакам определяется не окислительным потенциалом в системе углерод — кислород — окись углерода, а другим равновесием. В качестве другого рав­новесного окислительного потенциала в доменных печах, кото­рый может определять распределение серы между чугуном и шлаком, можно принять окислительный потенциал кремния чу­гуна по равновесию с кремнеземом шлака. При выплавке литей­ных чугунов и ферросицилия раскисляющее действие кремния чугуна сказывается сильнее, чем при работе на пере­дельный чугун. Этому способствует более высокая темпе­ратура и избыток восстановленного кремния в области максимальных температур восстановительной зоны. Так как ре­акция между кремнием чугуна и окислами железа и марганца в шлаке не зависит от давления, то и частное равновесие по этой реакции между металлом и шлаком также не зависит от давле­ния окиси углерода.

Если избыток кремния в чугуне сверх равновесного, обра­зующийся за счет смещения равновесия при понижении температуры чугуна, достаточно велик, то равновесная с ним актив­ность закиси железа может быть ниже активности закиси желе­за по равновесию с углеродом при данном парциальном давле­нии окиси углерода. В этом случае равновесие десульфурации будет определяться не углеродом и окисью углерода, а активно­стями кремния, чугуна и кремнезема шлака. В серии опытов по изучению равновесия десульфурации, результаты которых при­ведены в табл. 42, при введении в чугун добавок кремния, пре­вышающих равновесные при данной температуре и составе шла­ка, были получены значительно более высокие коэффициенты распределения серы, чем по равновесию в четверной системе шлак — чугун — углерод — окись углерода . Правда, и парциальное давление окиси углерода в этих опытах было меньше 1 ата. В условиях доменной плавки в горне печи время десульфурации для каждой капли чугуна измеряется минутами или секундами, а капли чугуна, попадающие в горн, практичес­ки не меняют своего состава. Поэтому повышенный окислительный потенциал газовой фазы не всегда влияет на окисленность шлака и содержание кремния в чугуне. Подобная картина имеет место и при плавке доменного ферросилиция. Все это позволяет сделать вывод, что кремний в металле при выплавке литейного чугуна и ферросилиция может быть очень близок к равновесно­му в системе чугун — шлак — углерод — окись углерода или да­же выше равновесного с окисью углерода и углеродом и опреде­ляться из частного равновесия по составу чугуна и нижнего шла­ка,  окислительный потенциал  которого   будет  ниже, чем  по равновесию с углеродом и окисью углерода. Из этого можно сделать побочный вывод, касающийся содержания кремния в чу­гуне. Концентрация кремния в конечном металле определяется не только температурой, составом шлака и «парциальным дав­лением окиси углерода в газовой фазе горна. Чем выше парци­альное давление окиси углерода в газах, которое в первом приб­лижении прямо пропорционально давлению дутья, тем ниже рав­новесная   концентрация   кремния   в   чугуне.     Эти   условия обязательны   для   фурменного   горизонта,   пока   капли   чу­гуна  не  попали  в  шлак.  При  прохождении  капель  чугу­на  через   шлак  часть кремния   расходуется на раскисление шлака. Потери кремния при этом будут тем больше, чем выше окисленность шлака и чем выше содержание серы в каплях чу­гуна. До тех пор, пока повышение давления газов в доменной печи способствует снижению концентрации окислов железа в шлаке, потери кремния на раскисление уменьшаются. Таким об­разом, повышение давления газов в доменной печи, если оно соп­ровождается значительным снижением  окисленности  верхнего шлака, может и не сопровождаться уменьшением концентрации кремния в конечном чугуне даже без повышения его температу­ры на выпуске. Во всяком случае отрицательное влияние повы­шения давления на концентрацию кремния при выплавке" литей­ных сортов чугуна в какой-то мере может уменьшаться за счет указанного обстоятельства. Другими словами, при выплавке литейного чугуна из трудновосстановимых руд влияние перехода на повышенное давление будет значительно меньше, чем при ра­боте на хорошо подготовленной шихте. Однако несомненно, что

работа на легковосстановимой шихте даже при высоких .давле­ниях газов для выплавки литейного чугуна всегда будет выгод­нее, чем работа на трудновосстановимой шихте и при низких давлениях. Далее при условиях равновесия переход на работу с обычного давления на повышенное давление газов под колош­ником (до 1,5 ати) увеличивает парциальное давление окиси уг­лерода в горне приблизтельно в 1,5 раза. Активность кремния при этом понизится в 2,25 раза. Для компенсации такого повы­шения давления необходимо повысить температуру приблизи­тельно на 30° или, в соответствии с уравнением (III—17) и рис. 52, понизить показатель основности шлака β, например с 1,25 до 1,03. Но такое понижение основности шлака повлечет снижение равновесного коэффициента распределения серы в со­ответствии с уравнением (IV—40) в 3,6 раза за счет снижения основности шлака и в 1,5 раза за счет повышения давления оки­си углерода, т. е. в 4,8 раза. Естественно, что даже при выплав­ке литейного чугуна из малосернистой шихты идти на такое по­вышение содержания серы в чугуне нельзя. Поэтому переход на повышенное давление под колошником при выплавке литейного чугуна неизбежно связан с повышением температуры. Причем это повышение температуры невелико. Если учесть снижение по­терь кремния на раскисление шлака, то при переходе с обычно­го давления под колошником на 1,5 ати повышение температуры, как уже указывалось, составит менее 30°.