- •Глава 1.3 образование жидких продуктов доменной плавки
- •Глава 1.3 образование жидких продуктов доменной плавки
- •1.3.1. Образование чугуна
- •По гсту 3132-95 (гост 4832-95)
- •1.3.2. Образование шлака
- •1.3.3. Состав и свойства шлаков
- •1.3.4. Диаграммы состояния шлаковых систем
- •1.3.5. Влияние свойств и количества шлаков на десульфурацию чугуна
- •1.3.6. Внедоменная обработка чугуна и шлака
- •1.3.7. Строение твердых и жидких шлаков
- •82 В.П. Тарасов, п.В. Тарасов
1.3.5. Влияние свойств и количества шлаков на десульфурацию чугуна
Кроме удаления пустой породы из железорудных материалов шлак в доменной печи выполняет не менее важную функцию по десульфурации чугуна. Основная масса серы поступает в печь с коксом, а также с железорудными материалами и флюсами.
В таблице 1.11 приведен примерный баланс серы при выплавке передельного чугуна.
Таблица 1.11. Баланс серы при выплавке передельного чугуна
на донецком коксе
Внесено в печь |
кг/т чуг |
% |
Выдано из печи |
Кг/т чуг |
% |
Коксом |
8,146 |
90,05 |
Чугуном |
0,330 |
3,65 |
Агломератом |
0,580 |
6,41 |
Шлаком |
7,910 |
87,44 |
Окатышами |
0,104 |
1,15 |
Колошниковой пылью |
0,615 |
6,80 |
Железной рудой |
0,003 |
0,03 |
Колошниковым газом |
0,191 |
2,11 |
Марганцевой рудой |
0,001 |
0,01 |
|
|
|
Сварочным шлаком |
0,001 |
0,01 |
|
|
|
Мартеновским шлаком |
0,057 |
0,63 |
|
|
|
Металлодобавкой |
0,146 |
1,62 |
|
|
|
Известняком |
0,008 |
0,09 |
|
|
|
Итого: |
9,046 |
100,0 |
Итого: |
9,064 |
100,0 |
В коксе сера представлена органическими соединениями типа СnSm и в виде сульфидов FeS в золе кокса. В офлюсованных агломератах сера находится в виде сульфида (CaS), а в окатышах в виде сульфата кальция и магния (CaSO4 и MgSO4).
Ранее было показано (рис. 1.35), что коэффициент распределения серы LS зависит от основности и вязкости шлака. Следует добавить сюда и зависимость [S] от, количества шлака.
(1.94)
где - количество серы оставшейся в печи, кг/100 кг чугуна;
n - относительное количество шлака.
Из формулы (1.94) следует, что содержание серы в чугуне зависит от коэффициента распределения серы и количества шлака. Если количество шлака уменьшается, то [S] должно возрастать. На практике этого не происходит, потому, что уменьшается расход кокса, а следовательно и количество остаточной серы в печи. Это обстоятельство снижает [S], к тому же при меньшем количестве шлака улучшаются условия диффузии серы в шлаке и возрастает LS. Отрицательное значение снижения количества шлака на содержание серы в чугуне проявляется при выходе шлака менее 300 кг/т чугуна. Однако и в этом случае фактический коэффициент распределения серы не достигает равновесных его значений.
На рис. 1.39 показано распределение серы между шихтой и продуктами доменной плавки. Видно, что в опускающихся на колошнике агломерате (а) и флюсе (в), содержание серы увеличивается за счет поглощения ее из газовой фазы. Значительное снижение поглощения серы агломератом в шахте печи связано с активным ходом науглераживания железа в этой области. С переходом в жидкое состояние металла увеличивается поглощение им серы. При прохождении капель чугуна через слой шлака в горне резко возрастает поверхность соприкосновения FeS с (СаО) в шлаке и процесс идет в обратном направлении – десульфурации чугуна (рис. 1.39,6). К этому моменту прихода кусков кокса в фурменную зону из него удаляется примерно половина серы. Остальная сера кокса газифицируется при сгорании кокса (рис. 1.39,е), т.е. максимальное перераспределение серы между шихтой и продуктами плавки происходит в нижней части печи. Исследования подтвердили, что максимальная концентрация серы образуется в горновом газе после завершения процессов горения кокса.
Основными компонентами сернистых соединений в горновом газе являются CS, S, CS2, COS, SO2. При работе на комбинированном дутье с водородосодержащими добавками (природный газ, коксовый газ, мазут) в окислительной зоне у фурм образуется значительное количество сероводорода:
SO2 + СН4 → Н2S + СО+ Н2О, (1.95)
SO2 + ЗН2 → Н2S + 2Н2О. (1.96)
В области температур 10000С и ниже в большей мере сохраняются COS и Н2S. По мере подъема печных газов сера из них переходит в шлак, флюсы, металл и в железорудную часть шихты.
СаО + S + С → CaS + CО – 47,594 МДж (1.97)
Fe + S → FeS + 93,683 МДж
FeO + S+ СО → FeS+ СО2 + 107,274 МДж (1.98)
В колошниковом газе, покидающем доменную печь, обнаруживают серу в виде SO2, Н2S и элементарной серы. Количество удаляемой с газами серы зависит от температурных условий плавки. При плавке передельных чугунов с газами удаляется 2-5% S, литейных – 10-15% S, а при выплавке ферросплавов удаляется с газами до 40-50% серы.
Окончательное содержание серы в чугуне зависит от реакции
FeS + СаО + С → CaS + Fe + СО – 149,134 Мдж. (1.99)
Добавка магнезии (до 15 %) значительно повышает величину LS
MgO, % 0 5 10 15 20
CaO, % 52 50 48 45 43
LS 14 23 84 110 55
Влияние основности шлака и наличие в нем магнезии и А12O3 учитывается при определении коэффициента распределения серы LS в формуле
(1.100)
где х=(СаО + MgO + MnO)/SiO2; Al2O3 – содержание глинозема в шлаке, % (по массе); 14500С – температура шлака, при которой действителен расчет LS по формуле (1.100).
Для других температур (tш,0C) найденный результат по формуле (1.100) умножают на температурный коэффициент η:
. (1.101)
Величина достижения степени равновесия по сере и LS резко снижаются с увеличением содержания FeO в шлаке. Так например, при содержании FeO в шлаке 0,2 % степень равновесия по сере составляет 80 %, при 0,3 % FeOш – 65 % и при 0,5 FeOш – 40,5 %. Поэтому при выплавке передельных чугунов содержание FeO в шлаке ограничивается до 0,3 %.