Дефосфорация и десульфурация металла

Окисление фосфора (дефосфорация)

В кислородно-конверторной ванне фосфор окисляется как газообразным кислородом, так и кислородом, растворенным в металле.

2 [Р] + 2,5 {O₂} = (Р₂O₅)    (193)

2 [Р]+ 5[O] = (P₂O₅)             (194)

Образовавшийся оксид P₂O₅ взаимодействует с (FeO) с образованием фосфата железа:

3 (FeO) +(P₂O₅) = (FeO)₃ • P₂O₅               (195)

Однако образующееся соединение непрочно. Для обеспечения глубокой дефосфорации металла необходи­мо связать P₂O₅ в шлаке в фосфат кальция:

(FeO)₃ • P₂O₅ + 4 (CaO) = (CaO)₄ • P₂O₅ + 3(FeO).           (196)

Таким образом, суммарная реакция дефосфорации в условиях кислородно-конверторной ванны опишется уравнением (53), а постоянная равновесия — уравнени­ем (54). Для успешной де­фосфорации металла необходимо обеспечить получение активного известково-железистого шлака.

В первый период продувки в шлаке содержится мно­го оксидов железа. В дальнейшем при развитии процесса окисления кремния, марганца и уг­лерода их содержание снижается и лишь к концу про­дувки вновь возрастает. Таким образом, термодинами­ческие условия для протекания реакции дефосфорации по составу шлака обеспечиваются в начале и конце продувки, а по температурным условиям только в нача­ле продувки.

Десульфурация металла

Часть серы в кислородном конверторе в зоне подвода газообразного кислорода окисляется до SO₂ и уносится газами:

[S] + {O₂} = {SO₂}                                                      (197)

Ориентировочно по реакции (197) удаляется от 5 до 15% серы, находящейся в исходной шихте. Основное количество серы удаляется в результате ее перехода из металла в шлак:

[S] = (S),                                                                       (198)

или [FeS] = (FeS).                                                     (199)

Коэффициент распределения серы L_s = (%S)/[%S] возрастает с повышением содержания углерода и крем­ния в металле.

Для обеспечения процесса десульфурации металла сера в шлаке должна быть связана в прочные сульфи­ды, прежде всего в сульфид кальция:

(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO).                                 (200)

Переход серы из металла в шлак является диффузи­онным процессом и протекает относительно медленно. Ускорению его способствует перемешивание металла и шлака, высокая температура, малая вязкость шлака.

Наиболее благоприятные условия десульфурации созда­ются к концу продувки, когда образуется гомогенный известковистый шлак.

Однако при кислородно-конверторном процессе в связи с быстротечностью невозможно обеспечить прове­дения глубокой десульфурации металла. Обычно в кис­лородном конверторе удаляется 30—50% серы от ее первоначального содержания в шихте и содержание се­ры в готовом металле составляет 0,025—0,04%. При необходимости получения стали с более низким содер­жанием серы прибегают к обработке стали синтетичес­ким известково-глиноземистым шлаком.