» » Десульфурация металла при электрошлаковом переплаве
18.12.2014

При электрошлаковом переплаве процесс рафинирования металла от серы может протекать на трех существенно различных этапах: на конусе расходуемого электрода, во время капельного переноса и на границе шлаковой и металлической ванн. К ним следует добавить еще и переход серы с поверхности флюса в газовую фазу. До настоящего времени нет однозначных сведений о лимитирующих стадиях десульфурации и о степени ее удаления на каждом из этапов. Так, некоторые исследователи считают, что основным каналом удаления серы является испарение фторидов или окислов серы из шлакового расплава. По данным, лишь 25% серы, удалившейся из металла, аккумулируется шлаком, а остальная испаряется в виде SO2. По данным, десульфурация осуществляется в основном на конусе расходуемого электрода в период пленочного течения металла, причем лимитирующим звеном является диффузия в металлической фазе.
Если при переплаве используются чистые по сере шлаки, основным и, пожалуй, единственным источником поступления серы является переплавляемый металл расходуемого электрода. В то же время имеются три статьи ее расхода: переход в рафинировочный шлак, унос с газами и остаток в переплавленном металле. Распределение серы между металлом и шлаком при ЭШП ввиду высокой подвижности контактирующих фаз близко к равновесному. Поэтому количество серы, перешедшее в шлак, будет пропорционально его серопоглотительной способности или «сульфидной емкости» и характеризуется коэффициентом распределения серы между металлом и шлаком. Сульфидная емкость шлаков изучалась многими авторами. Она возрастает с увеличением концентрации глинозема. Коэффициент распределения серы Ls зависит также от содержания закиси железа в шлаке:
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

где CS — серопоглотительная способность шлака; FeO — концентрация закиси железа в конечном шлаке. Поток серы из металла в шлак можно рассматривать как совместный перенос ионов S2- и Fe2+ по реакции
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

для которой скорость перехода определяется уравнением
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

В нем
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

Здесь Cs (S) — общее содержание серы в шлаке; константа
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

Особенность перехода серы в шлак при электрошлаковом переплаве заключается еще и в том, что по ходу процесса изменяется кратность шлака. Если в первый момент времени кратность шлака велика и, строго говоря, равна бесконечности, то к концу переплава она становится равной 3—5%. Одновременно увеличивается концентрация закиси железа в шлаке. Все это приводит к ухудшению условий перехода серы в шлак в конце процесса, что подтверждается изменением степени десульфурации
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

по высоте слитка. Так, по данным, степень десульфурации уменьшается от 85 до 90% в начале процесса, до 35—40% при его завершении по реакции
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

для которой
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

где
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

Состав газовой фазы над шлаком также существенно влияет на обессеривание металла. При концентрации кислорода менее 10% степень десульфурации не зависит от окислительного потенциала газовой фазы и начинает возрастать при последующем его увеличении. Влияние электрического тока на переход серы через границу раздела металл—шлак было рассмотрено ранее. Зависимость степени обессеривания металла от электрических параметров процесса ЭШП подробно изучена Уиттейкером, Уордом и Парди. Рис. 33, заимствованный из этой работы, характеризует влияние полярности электрода и электрического контакта стенки кристаллизатора на степень десульфурации переплавляемого металла.
Минимальная степень десульфурации обнаружена при постоянном токе прямой полярности и при токопроводящей стенке кристаллизатора. Уменьшение доли тока через границу шлак слиток приводит к уменьшению степени электрохимического переноса серы через поверхность раздела шлак—ванна слитка.
Десульфурация металла  при электрошлаковом переплаве

При переплаве на постоянном токе обратной полярности с электрически изолированной стенкой кристаллизатора степень удаления серы значительно возрастает. Такие же показатели обессеривания имеют место и при переплаве на переменном токе. Причиной высокой степени десульфурации на переменном токе является переход серы в газовую фазу.
Высокая степень обессеривания при плавке на переменном токе и постоянном токе обратной полярности была отмечена в работе. Однако эти закономерности авторы связывают с размером формирующихся капель и с временем их существования на расходуемом электроде.
Таким образом, для достижения максимальной степени десульфурации необходимо учитывать комплекс параметров: физико-химические свойства шлаков, их состав, геометрические размеры системы ЭШП, электрические режимы процесса переплава.