§ 10. Поведение серы

Сера является вредной примесью в стали, понижаю­щей свойства металла. На всех стадиях производства стараются снизить содержание серы в металле. Прини­мают возможные меры для уда­ления серы в ходе доменной плавки. В чугуне может раство­ряться до 0,9 % S. Основная часть серы вносится в доменную печь с коксом, меньшая доля с агломератом или рудой — в виде сернистого железа FeS, пирита Fe2S2, сульфатов BaSO4, CaSO4 и т. п. Некоторое количество се­ры переходит в газообразное со­стояние и удаляется вместе с га­зами в виде SO2, H2S. При вы­плавке передельного чугуна уно­сится с газами до 15 %, а при выплавке литейного чугуна — до 20 % серы. Сера, переходящая из кокса в виде H2S, SO2, взаимодействует с металлом, из­вестью, образуя FeS, CaS.

Значительная доля серы остается в металле и в шла­ке. Для удаления серы из чугуна (т. е. десульфурации чугуна) необходимо перевести ее в соединение CaS, не­растворимое в чугуне. Для этого необходимо создание в доменной печи жидкого, хорошо нагретого шлака с высо­ким содержанием CaO. При выполнении этого условия протекает реакция Fe+ [S] + (CaO) = (FeO) + (CaS).

„ v (CaS) (FeS) константа равновесия которой K= – ——— .

F К [S] (CaO)

Ca0/Si02

Рис. 35. Зависимость коэф­фициента распределения се­ры от основности шлака

В квадратные скобки заключены элементы или соеди­нения, растворенные в металле, а в круглые — растворен­ные в шлаке. В данном случае растворена в чугуне сера. Если обозначить отношение (CaS)/[S] =L, где L — ко­эффициент распределения серы между шлаком и метал­лом, то он будет равен К• (CaO)/(FeO). Отсюда следует, что десульфурация металла идет тем полнее, чем больше извести в шлаке и меньше FeO. Для обеспечения лучших условий десульфурации необходима высокая температу­ра в горне, которая обеспечивает хорошую жидкопод – вижность шлака, обусловливающую протекание реакций удаления серы с высокой скоростью. Из рис. 35 видно, как влияет основность и температура шлака на коэффи­циент распределения серы. С повышением температуры шлаки становятся менее вязкими, скорость диффузии серы в шлаке возрастает, а это благоприятствует дости­жению более высоких коэффициентов распределения серы между шлаком и металлом, т. е. переходу серы в шлак. При использовании низкосернистого кокса заво­ды выплавляют чугун, содержащий 0,02—0,04 % S, одна­ко в большинстве случаев применяется кокс с высоким содержанием серы, и получить низкосернистый чугун является трудным делом. Удаление серы из чугуна мо­жет происходить и после выпуска металла из печи в ковш по реакции [S] + [Mn] = (MnS), равновесие кото­рой сдвигается в сторону перехода серы в шлак по мере понижения температуры. Степень удаления серы из чугу­на зависит от содержания марганца в чугуне, продолжи­тельности хранения чугуна в ковшах, температуры чугу­на и т. п. Этот способ удаления серы в доменном процес­се требует поддержания высокой концентрации марганца в чугуне (1,5—2,0 %)¦ Для этого нужно вводить в состав шихты марганцевую руду, увеличивать расход кокса.

Серу можно удалять из чугуна и вне доменной печи путем обработки чугуна десульфурирующими реагентами. При внедоменной десульфурации чугун обрабатывают содой, при этом протекает реакция Na2CO3+[S]+Fe = (Na2S) + (FeO) +CO2; сернистый натрий переходит в шлак, FeO восстанавливается углеродом. При таком спо­собе десульфурации содержание серы в чугуне понижа­ется до 0,010%- Более дешевым способом является де­сульфурация порошками извести и карбида кальция или обработка чугуна магнием. Особенно эффективно при­менение внедоменной десульфурации чугуна при работе на коксе с высоким содержанием серы. Хотя методы вне­доменной десульфурации и требуют дополнительных за­трат на специальные сооружения и десульфурирующие реагенты, что повышает себестоимость чугуна, однако в целом эти затраты окупаются в сталеплавильном произ­водстве.