Десульфурация жидкого металла шлаком

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит 42 страницы, 20 таблиц, 17 рисунков, 6 литературных источников.

СЕРА, ВАНАДИЕВЫЙ ЧУГУН, ПОВЕДЕНИЕ СЕРЫ, КОНСТАНТА РАВНОВЕСИЯ, КОЭЭФИЦИЕНТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЕРЫ, АКТИВНОСТИ КОМПОНЕНТОВ ШЛАКА, СВОЙСТВА ШЛАКА, ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ ЧУГУНА.

Объектом исследования является распределение серы между чугуном и шлаком в зависимости от содержания оксида железа в шлаке.

Цель работы – разработка модели анализа влияния оксида железа в шлаке (FeO) на содержание серы в чугуне [S].

Проведен анализ литературных данных по влиянию состава шлака на десульфурацию чугуна.

Приведены методики и результаты исследования по определению степени десульфурации чугуна в зависимости от состава шлака.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

№ п/п	Наименование чертежей	Шифр	Формат
	Профиль доменной печи	150101.413300.418 ИТ	А1

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что сера в чугуне [S] удаляется лучше [1]:

· При высоких температурах – это первое условие десульфурации

· При высокой концентрации (CaO) в шлаке, т.е. чем выше основность шлака, тем меньше концентрация серы в металле

· При понижении содержания (FeO) в шлаке

В данной выпускной квалификационной работе рассмотрено поведение серы при повышении концентрации оксида железа (FeO) в шлаке на величину ∆FeO. В рамках задачи необходимо разработана математическая модель и реализована в MS Excel. Для этого изучены некоторые методики оценки коэффициента распределения серы Ls, баланса серы, эмпирические зависимости. Выполнены расчеты, которые представлены в виде таблиц и графиков зависимости содержания серы в чугуне [S] от содержания оксида железа в шлаке (FeO).

Известно, что при промывке горна сварочным шлаком (FeO^.SiO₂) происходит увеличение содержания SiO₂ и FeO в конечном шлаке и соответственно разубоживание по CaO. При этом основность конечного шлака снижается и повышается содержание оксида железа в шлаке (FeO), что делает невозможной эффективную десульфурацию чугуна в печи, а, следовательно, повышение содержания серы в чугуне.

Целью работы является разработка модели анализа влияния оксида железа в шлаке (FeO) на содержание серы в чугуне [S].

1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ

Десульфурация жидкого металла шлаком

(1.1)

Сера является обычно вредной примесью металла, поэто­му ее стремятся удалить на всех стадиях металлургичес­кого производства. Наиболее эффективно этот процесс происходит при контакте чугуна или стали с расплавлен­ным шлаком. Полнота десульфурации ограничена условия­ми равновесия и при заданном составе металла зависит от температуры и состава шлака. В реальных условиях рав­новесное распределение серы между металлом и шлаком обычно не достигается, хотя зачастую и приближается к нему, поэтому важно изучение как термодинамических, так и кинетических закономерностей процессов. Переход серы из металла в шлак осуществляется по реакции [2]:

[S] + 2 e = (S^2-).

Процесс этот не может протекать изолированно, без одно­временного перехода других частиц, так как приводит к накоплению положительных зарядов на металле, поэтому иногда встречающаяся запись суммарной реакции десульфурации в виде [S]->(S) неправильна. В отличие от боль­шинства примесей железа переход серы из металла в шлак является процессом восстановления, а не окисления, поэто­му для успешной десульфурации металла необходимы вос­становительные условия — малое содержание оксидов же­леза в шлаке, присутствие в металле элементов-восстановителей с большим химическим сродством к кислороду (углерода, кремния, марганца и т.д.).

Катодный процесс может протекать непре­рывно лишь при компенсации зарядов за счет параллель­ных анодных процессов, к которым в данном случае отно­сятся окисление железа, углерода, кремния, марганца и других примесей железа, а также переход кислорода в металл. Сочетание их с катодным процессом соответствует следующим суммарным реакциям десульфу­рации:

(1.3)

(1.2)

[S] + (O^2-) = (S^2-) + [O],

[S] + [Fe] = (S^2-) + (Fe²⁺),

(1.5)

(1.4)

[S] + [C] + (O^2-) = (S^2-) + CO,

[S] + [Mn] = (S^2-) + (Mn²⁺).

(1.6)

Реакции десульфурации металла шлаком для большей наглядности можно записать и в обычной молекулярной форме. Учитывая, что ионы кислорода, соседствующие с крупными ионами Са²⁺, наиболее реакционноспособны вследствие меньшей энергии связи Са²⁺, в ка­честве реагента, содержащего ион О^2-, примем CaO. С уче­том сказанного приведенные выше реакции запишем в сле­дующем виде:

(1.7)

[S] + (CaO) = (CaS) + O,

(1.8)

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO),

(1.9)

[FeS] = (FeS),

[S] + [C] + (CaO) = (CaS) + CO.

В состоянии равновесия в системе распределение серы между металлом и шлаком можно определить при помощи любой из приведенных реакций. Если же равновесия нети скорость процесса отлична от нуля, то можно выделить главные и сопутствующие реакции по доле их участия в компенсации зарядов. Опыт показывает, что переход серы из чистого железа в шлак сопровождается почти эквивалентным пере­ходом железа. Для расплавов Fe—С, где процесс сильно затор­можен вследствие малого содержания FeO. Для ме­талла, содержащего кремний, марганец, алюминий, пере­ход серы сопровождается окислением всех компонентов металла. Это сильно затрудняет математическое описание процессов десульфурации чугуна и стали, которые обычно содержат много примесей.

(1.10)

В данной работе будет рассчитываться константа равновесия по реакции:

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO).

Так как только в этой реакции можно проследить влияние содержания оксида железа в шлаке (FeO) на содержание серы чугуне [S]. С рудными материалами поступают чаще сульфиды (FeS₂и FeS) и значительно реже сульфаты (CaSO₄, BaSO₄ и т.п.). Поэтому для упрощения расчета условно берем, что вся сера в чугуне содержится в виде [FeS]. Константа равновесия будет необходима для расчета коэффициента распределения серы Ls в одной из методик.

Дата добавления: 2015-07-15