04.02.2015

Имеются две большие группы высококачественных сталей, содержащих примерно 0,015—0,025 и 0,005—0,015 % S, различающихся технологией выплавки. Стали первой группы целесообразно выплавлять одношлаковым процессом. Содержание серы в шихте в этом случае желательно иметь не более 0,040 %, однако это требование при работе на амортизационном ломе не всегда выполняется, что ведет к затягиванию доводки плавки и снижению производительности печи. Стали второй группы выплавляются процессом с двумя шлаками, поскольку при одношлаковом процессе в случае использования в шихте большого количества привозного лома с высоким содержанием серы не удается обеспечить требуемую степень десульфурации.
Применение в шихте электропечей металлизованных материалов с низким содержанием серы (0,005-0,010 %), характерным для продуктов прямого восстановления газом, позволяет расширить сырьевые и технологические возможности электросталеплавильного производства в части обеспечения требуемого содержания серы в стали.
На рис. 58 приведена зависимость коэффициента распределения серы от основности шлаков, содержащих 10-25 % FeO при температуре ьанны в период плавления окатышей 1520-1580 °C. В качестве показателя основности взято отношение (CaO + MgO)/(SiО2 + Al2O3) или в случае шлаков с повышенным содержанием TiO2, характерных для плавки некоторых сортов металлизованных материалов, (CaO + MgO)/(SiO2 + Al2O3 + 2,2ТiO2). Приведенные значения примерно соответствуют значениям коэффициента распределения серы в окислительный период плавки на ломе.
Десульфурация

В области основности шлаков 1,3-1,8 и содержаний закиси железа, характерных для периода плавления окатышей, коэффициент распределения мал (1,0-2,0), что не позволяет рассчитывать на существенную десульфурацию такими шлаками, хотя количество их при 50-100 % окатышей в шихте может достигать 20 %. Основной эффект снижения серы при выплавке стали на металлизованном сырье достигается за счет разбавления серы, поступающей из лома и других материалов. Оценим вклад различных источников поступления серы (из лома, окатышей, извести) и относительный эффект десульфурации при изменении количества окатышей в шихте.
Уравнение баланса серы в период плавления (без учета серы карбюризаторов) имеет вид
Десульфурация

откуда для 1 т жидкого металла получаем
Десульфурация

где mш, mизв, mл, mок — удельные расходы шлака, извести, лома и окатышей на 1 т жидкой стали, вычисляемые по формулам (39), (44), (77), (78) соответственно.
На рис. 59 приведено рассчитанное по формуле (67) изменение содержания серы в металле по расплавлении в зависимости от относительного количества окатышей в шихте. В расчетах принято:
Десульфурация

Качественно полученная зависимость совпадает с экспериментальными данными, приводимыми в литературе. Содержание серы убывает с увеличением количества окатышей в шихте пропорционально последнему (небольшой нелинейностью зависимости можно пренебречь). Десульфурация за счет перехода серы в шлак невелика — удаляется примерно 0,001-0,006 % S в зависимости от общей массы ее в шихтовых и шлакообразующих материалах. Эффект десульфурации нивелируется, особенно при низких содержаниях серы в шихте, поступлением ее из извести. В среднем в шлак переходит 0,001-0,003 %. S, что соответствует расходу извести 5-12 кг/т на удаление 0,001 % S. Такою же порядка снижение серы за счет перехода в шлак отмечено в работе, где потребовалось от 6 до 19 кг/т извести на 0,001 % S. Если сопоставить расход извести на десульфурацию в восстановительный период плавки (менее 1 кг/т на 0,001 % S), то видно, что эффективность ее использования для десульфурации в период плавления мала. Присадки извести в этот период делаются главным образом с целью дефосфорации и снижения износа футеровки кислыми шлаками.
Десульфурация

При использовании металлизованного сырья количество его в шихте составляет обычно 50-70 %. Из рис. 59 видно, что такого количества окатышей, содержащих до 0,010 % S, достаточно, чтобы снизить содержание этого элемента вдвое по сравнению с плавкой на ломе низкого качества и гарантировать выплавку стали с содержанием серы до 0,025 % одношлаковым процессом. В случае сочетания лома хорошего качества с металлизованными материалами одношлаковым процессом могут выплавлять и стали, содержащие до 0,015 % S, а двухшлаковым или с внепечной десульфурацией 0,005-0,010 % S.
Относительно много серы может поступать в металл из кокса или угля, часто используемых в качестве карбюризатора при дефиците углерода в шихте.
В табл. 14 приведен материальный баланс серы (на 1 т металлизованных материалов) применительно к непрерывному процессу плавки металлизованных окатышей.
Десульфурация

Из общего количества серы до 55 % ее вносится окатышами и шлакообразующими, остальное приходится на антрацит или железную руду При снижении общей массы серы доля серы, поступающей с окатышами, уменьшается. Из приведенных данных следует, что при выплавке сталей с низким содержанием серы на шихте, включающей металлизованные материалы, большое значение имеет выбор карбюризаторов, чистых по этому элементу.
Наилучшим решением является производство и использование окатышей с требуемым содержанием углерода, однако это, как было показано выше, пока не всегда возможно, по крайней мере, при выплавке высокоуглеродистых сталей. Наиболее чистым по сере является электродный бой, ресурсы которого весьма ограниченны. Из других материалов следует назвать полукоксы (ангарский и ленинсккузнецкий), к сожалению, содержащие большое количество летучих. При небольших добавках карбюризатора возможно применение кокса.
В случае, если содержание фосфора в шихте допускает выплавку стали без удаления его в процессе плавки, возможно проведение десульфурации в период плавления в восстановительных условиях, достигаемых присадкой одновременно с окатышами значительных количеств кокса или полукокса. Такой способ использовался на заводе "Сибэлектросталь" при плавлении и довосстановлении окатышей с низкой степенью металлизации и высокой пустой породой. Для получения в металле не более 0,04 % S из шихты, содержащей 0,15 % S, включая и серу кокса, при кратности шлака 0,5 и основности около 1 содержание закиси железа в нем должно быть не более 2 %.
Снижение содержания серы до 0,010 % возможно путем повышения основности шлака до 2 (рис. 60). Как и в других вариантах плавки металлизованного сырья, из-за низкой основности шлаков, обусловленной стремлением снизить расход электроэнергии и материалов, эффективность использования извести для десульфурации здесь остается низкой (примерно 3 кг/т извести на 0,001 % S), хотя и выше, чем в окислительных условиях.
Десульфурация