6.6 Расчет десульфурации стали при использовании карбида кальция

Содержание серы в металле перед выпуском составляет 0,02%. Степень десульфурации зависит от окисленности шлака. Присадка карбида кальция в ковш на выпуске позволяет увеличить степень десульфурации стали за время выпуска и внепечной обработки. При этом основная десульфурация происходит при обработке на установке печь-ковш.

Расчет термодинамики процесса десульфурации проводили согласно реакции:

, (37)

Константа равновесия этой реакции:

, (38)

или

(39)

Откуда находим равновесное (конечное) содержание серы в металле:

(40)

Расход кальция рассчитываем из соотношения по реакции:

, (41)

(42)

где ;

- молекулярная масса карбида кальция;

- расход карбида кальция на 1 тонну стали.

Определим равновесное содержание серы в металле после обработки

Степень десульфурации металла после внепечной обработки:

, (43)

Из приведенных данных следует, что осуществлять присадку карбида кальция целесообразно в ковш, перед выпуском плавки в количестве 0,23 кг на тонну стали. При этом существенно снижается окисленность шлака, а содержание серы в металле уменьшается до 12,5 ppm при степени десульфурации стали 94%. При этом наблюдается снижение угара алюминия.

6.7 Расчет сульфидной емкости шлака и коэффициента распределения серы

Определим теоретическое количество шлака для десульфурации 1 тонны стали в ковше.

Состав шлака: 50% СаО; 50% Al₂O₃.

[Al]=0,010%; [S]_кон=0,01%; [S]_исх=0,020%.

Растворимость серы в шлаке:

, (44)

, (45)

где С_S-сульфидная емкость шлака

и , необходимые для расчета (%S)_р находим по заданным значениям [Al] и [S] из реакций:

, (46)

(47)

На основании справочных данных определяем ΔG реакций:

, (48)

, (49)

, (50)

, (51)

, (52)

, (53)

, (54)

, (55)

, (56)

, (57)

(58)

В шлаке идет реакция взаимодействия:

, (59)

, (60)

(1):,

(2):,

Сумма реакций:

, (61)

(62)

По формуле определяем сульфидную емкость шлака:

, (63)

где -активность кислорода в шлаке.

Концентрацию кислорода в стали определяем по содержанию алюминия [Al]=0,02%.

Используя график рскислительной способности элементов находим , а .

Из одной тонны металла сера переходит в шлак в количестве:

Для этого потребуется шлака:

Зная сульфидную емкость шлака, можно рассчитать значение коэффициента распределения серы между металлом и шлаком L_S.

Для этого комбинируем реакцию растворения серы и кислорода в жидком железе с реакцией растворения серы в шлаке. получим суммарную реакцию:

1. 

2. 

3. ;

4. 

Откуда

Тогда

С учетом температурных зависимостей и , получаем расчетное уравнение:

, (64)

После подстановки в него активности кислорода в металле находим:

Таким образом, при данной сульфидной емкости шлака, снижение активности кислорода в металле приводит к увеличению коэффициента распределения серы между металлом и шлаком, т.е. к лучшей десульфурации метала.