Куликов И.С. Десульфурация чугуна

Куликов И.С. Десульфурация чугуна

ГНТИ лит. по чер. и цветн. металлургии, 1962 г.

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°.