» » Электрохимическое обессеривание металла током
18.12.2014

Обзор работ по электрохимическому обессериванию металла, выполненных до 1964 г., приведен в монографии. Из них следует отметить опыты, выполненные в промышленных условиях. В этом случае в качестве электролизера использовался ковш емкостью 300 кг, в котором отрицательным полюсом служило алюминиевое кольцо, укрепленное на его кожухе. Анодом был графитовый стержень, погруженный в шлак. При проведении этих экспериментов установлено, что наиболее интенсивно обессеривание протекает в первые 10 мин. В зависимости от исходного состава металла и шлака содержание серы снижалось на 0,02—0,045 мас.%. Подобные же закономерности были получены в исследованиях.
Целая серия экспериментов по электрохимическому обессериванию чугуна и стали была выполнена за последние годы. Так, в работе авторы изучали влияние полярности и плотности тока на кинетику перехода серы между железоуглеродистым расплавом и алюмосиликатными шлаками.
Опыты выполнены в графитовых тиглях методом отбора проб. В этих исследованиях показано, что степень десульфурации металла ускоряется пропорционально плотности тока, причем в основных шлаках этот эффект проявляется более отчетливо. При d = 0,56 А/см2 скорость десульфурации увеличивается в 7—11 раз. Повышение плотности тока снижает энергию активации процесса десульфурации с 45—46 до 21—28 ккал/моль.
Интересный эффект изменения основности и состава шлака в прикатодной области в процессе электролиза шлака был обнаружен в работе. Как и ранее, здесь в качестве анода использовали графитовый пруток, помещенный в шлак. Под шлаком находились расплавленное серебро или жидкий чугун. Наиболее эффективная десульфурация отмечена в течение первых 6—10 мин, и выход по сере увеличивался с повышением температуры. Анализируя состав шлака по сечению ячейки после охлаждения, авторы отмечают повышение его основности но направлению к катоду. Они полагают, что на катоде идет процесс восстановления ионов Ca2+, который растворяется в металлической ванне и частично вступает в реакцию с серой, присутствующей в шлаке.
Весьма эффективно удается провести процесс десульфурации чугуна под электролитом из смеси CaСl2 — 5 мас.% CaO. В течение 30—60 мин электролиза в графитовом тигле при 1250° С в атмосфере азота содержание серы удалось понизить с 0,3 до 0,02 мас %. Характерно, что при изменении полярности менялось направление перехода серы. Влияние состава шлака на процесс электрохимической десульфурации чугуна изучен в работе. В ней опробованы шлаки бинарной системы CaO—SiO2, в которой отношение CaOZSiO2 составляло 0,67 и 1,17. В системе CaO—Al2O3 отношение компонентов равнялось единице. В кислых шлаках без приложения электрического потенциала процесс десульфурации не наблюдается. При протекании тока от 5 до 15 А происходит эффективное обессеривание чугуна, которое увеличивается с температурой и повышением основности шлака. Из рассмотренных составов наиболее высокой десульфурирующей способностью обладает шлак CaO—Al2O3 (1:1). Как и следовало ожидать, эффект использования тока повышается с увеличением исходного содержания кремния и серы.
Жателье и Олетт исследовали процессы раскисления и десульфурации расплавов железа электрохимическим методом, используя жидкие и твердые электролиты. Они установили, что при использовании окислов CaO и MgO с добавкой 4 мае. % CaF2 происходила интенсивная десульфурация, скорость которой не зависела от состава электролита. Количество удаленной серы уменьшается по мере увеличения пропускаемого тока и продолжительности рафинирования. Повышение силы тока от 2 до 5 А снижает конечное содержание серы от 0,3 до 0,18 мас.% при одинаковой длительности процесса, конечные концентрации серы в металле ниже 10в-3 могут быть получены при более длительном процессе.
Для выяснения механизма электрохимической десульфурации авторы провели металлографический и рентгеноструктурный анализы электролита после опытов. На катодной стороне электролита обнаружен слой, состоящий из смеси CaO—CaS. Перенос серы в анодную часть не превышает 5% ее общего содержания, зафиксированного на катоде. Десульфурация под действием тока происходит путем миграции ионов Ca2+ и катодной реакции с серой, растворенной в жидком железе.
Приведенные опыты подтверждают возможность использования электрохимических методов десульфурации, которые могут быть сравнительно просто введены в современные технологические процессы.