Расчет десульфурации стали шлаком

 

Реакция десульфурации имеет вид:

[S] + (CaO) = (CaS) + [О].

Из выражения константы равновесия К₁ получим:

,

где , , - активность CaS, О, CaO;

- константа равновесия реакции дефосфорации;

- коэффициент активности серы;

- коэффициент активности кислорода;

, - ионные доли CaS и CaO в шлаке;

, - коэффициенты активности.

Видно, что более полной десульфурации способствует высокая активность CaO в шлаке и серы в металле, низкая окисленность системы ( ), а также пониженная активность CaS в шлаке. Из уравнения выше получим выражение для равновесного коэффициен­та распределения серы L = (S)/[S].

При экспериментальном изучении распределения серы между жид­ким железом и шлаками системы СаО - MgO - Аl₂О₃ - SiO₂ для коэффициента распределения L_Fe получено эмпирическое уравнение:

 

(8.1)

 

По известным значениям , кратности шлака λ, начальному содержанию серы в стали [S]_н и шлаке (S)_н можно определить рав­новесную конечную концентрацию серы в стали [S]. Для этого со­ставим и решим систему уравнений:

 

 

где и - массы металла и шлака.

и - начальные концентрации фосфора в металле и шлаке.

Нижнее уравнение в системе является уравнением материального баланса и составлено при условии, что сера перераспределяется между металлом и шлаком и не выделяется в газовую фазу. Если в ходе рафинирова­ния величины и не изменяются, то получаем следующее ре­шение системы уравнений:

 

(8.2)

где λ - кратность шлака, % ;

- коэффициент распределения серы в сплаве.

Степень десульфурации η равна:

 

(8.3)

Для стали, раскисленной алюминием, необходимо для расчета использовать реакцию:

 

(А1₂О₃) = 2[А1]+3[О] (8.4)

и

К = · / (8.5)

· = К· » К¢ (8.6)

 

где и – активности алюминия и кислорода в металле;

К – константа равновесия реакции (8.4);

– активность глинозёма в образующейся шлаковой фазе;

при образовании чистой А1₂Оз можно принять = 1.

Однако в реальных условиях А1₂О₃, возникающий в результа­те реакции (8.4), взаимодействует с футеровкой ковша, вследствие чего 1 и зависит от типа футеровки; последний влияет также на взаимодействие с растворенными в металле элементами, в том числе с алюминием. Дополнительная погрешность связана также со сложностью определения концентрации растворенного в металле алюминия.

В результате квазиконстанта К¢ = К· приближенно определена лишь для следующих футеровок: шамотной – 1·10^-12, высокоглинозёмистой – 1·10^-13 и основной – 1·10^-14. По более позд­ним данным, величина К¢ для основной футеровки равна 1·10^{-13, 5}.

Допуская, что = [А1], из уравнения (8.4) получим расчётное

выражение для определения :

 

(8.7)

 

где [А1] - концентрация алюминия, растворённого в стали, %.

Для увеличения десульфурирующей способности шлака же­лательно увеличивать содержание алюминия в металле, однако это может отрицательно сказаться на качестве стали и приводит к увели­чению расхода алюминия. Поэтому далее варьируется величина [А1] = 0, 01...0, 06%.

Значения , , вычисляем по парамет­рам взаимодействия, например, для кремния равно:

где - параметр взаимодействия кремния с другими элементами первого порядка;

- параметр взаимодействия кремния с другими элементами второго порядка;

- концентрация элемента, с которым кремний взаимодействует.

Значение , найденное по параметрам взаимодействия, равно:

где - параметр взаимодействия серы с другими элементами первого порядка;

- параметр взаимодействия серы с другими элементами второго порядка;

- концентрация элемента, с которым сера взаимодействует.

значения и - находятся по данным табл. 5.

Задача. Рассчитать конечную концентрацию серы в стали, находя­щейся под восстановительным шлаком заданного состава. Построить графики зависимости степени десульфурации (h) от начальной концентрации серы [S]_н и от кратности шлака.

 

Решение

По формуле (8.1) вычислим . Для этого предварительно найдем и значение . Расчет величины зависит от содержания элементов – раскислителей (Mn, Si, Al) в стали. Для нераскисленной стали величина определяется содержанием углерода, согласно экспериментальной зависимости:

= 0, 00252 + 0, 0032/[C].

Исходные данные для самостоятельного решения

Для построения зависимостей h =f( [S]_н), принимать значения [S]_н = 0, 04; 0, 03; 0, 02; 0, 015; 0, 01 при Т= 1600°С (для всех вариантов), а для зависимости h = f(Т) – значения Т = 1650, 1625, 1595, 1580, 1570 °С при [S]_н =0, 025 (для всех вариантов). Раскислитель – кремний.

 

№ Вар	Марка стали	% CaO	% SiO2	% MgO	% Аl2О3	Кратность шлака λ
1.	ШХ15	45, 6	23, 61	10, 14	15, 65
2.		50, 83	24, 49	8, 95	10, 73	3, 7
		45, 64	24, 42	14, 23	10, 71	3, 8
	08Ю	43, 71	22, 64	11, 75	16, 9	3, 9
	40ХМ			6, 24	13, 76	3, 5
	ШХ15СГ	48, 43	27, 75	5, 55	13, 27	5, 2

Сделать выводы по расчетам: как влияет начальное содержание серы (чистота шихты), температура металла и окисленность стали (а₀) на степень десульфурации?

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. II. ВНУТРИПАРТИЙНАЯ БОРЬБА 1920-х гг. и ИСТОКИ СТАЛИНИЗМА
2. А 6. Назовите хронологические рамки контрнаступления советских войск под Сталинградом, которое явилось переломным моментом в ходе Великой Отечественной войны в пользу СССР.
3. Автобиография Василия Иосифовича Сталина
4. Борьба за «сталинское наследие»
5. Борьба за власть между И.В.Сталиным и Л.Д.Троцким
6. Василий Сталин не сомневался в том, что история воздаст всем по заслугам.
7. Глава XVI ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ СТАЛИНСКОГО ПРАВЛЕНИЯ
8. И тогда все двенадцать Богов опустились на Землю и встали вокруг Кришны.
9. Итак, не только вы почувствуете, что стали иными, это почувствуют и другие.
10. Как мы стали сильными поневоле
11. Как происходил процесс утверждения режима личной власти И.В. Сталина?
12. Какие события на Западе послужили важнейшим аргументом в обосновании сталинского курса на построение социализма в одной стране?