Рассматривая влияние состава металла на десульфурацию, следует главным образом остановиться на марганце, который при некоторых условиях может вызывать удаление серы в шлаковую фазу. Десульфурация марганцем может быть описана реакцией:
Если образующийся сульфид марганца выделяется в виде отдельной шлаковой фазы, т. е. (aMnS) = 1, а активность марганца и серы в металле заменить их процентным содержанием, то из уравнения получим:
Это уравнение было исследовано различными авторами, данные которых приведены в таблице.
Из таблицы видно, что произведение равновесных концентраций марганца и серы в металле уменьшается с понижением температуры, что по принципу Ле-Шателье можно объяснить экзотермичностью реакции десульфурации марганцем. Кроме того, значение равновесного произведения [% Mn] [% S] значительно меньше для чугуна, чем для стали, что объясняется различными коэффициентами активности серы в этих металлах и свидетельствует о необходимости учитывать при расчете константы равновесия активность серы, а не ее концентрацию.
 |
| Таблица 1. Влияние температуры и состава металла на произведение концентраций |
В жидкой стали вследствие относительно малых концентраций углерода и кремния активность серы меньше, чем в чугуне, и поэтому больше величина произведения [% Mn] [% Si], необходимая для образования сульфида марганца с выделением серы из металла. К тому же температура сталеплавильных процессов очень высока и обычно превышает 1550—1600° С. В связи с этим в процессе плавки и выпуска металла в ковш и выдержки в ковше десульфурация стали марганцем происходить не может.
Взаимодействие марганца и серы с выделением включений сульфида марганца происходит во время кристаллизации стали. Этому способствуют охлаждение металла до температуры, сначала соответствующей линии ликвидуса, а затем и солидуса, а также значительное увеличение содержания серы в маточном растворе. Последнее связано с очень малой растворимостью серы в твердом металле и обусловленной этим высокой степенью ликвации.
В процессе кристаллизации сера остается в маточном растворе, где содержание ее может повыситься в десятки раз. Когда оно превышает равновесное с марганцем, начинается образование включений сульфида марганца, которые выделяются но границам образовавшихся уже зерен металла.
Из элементов, вводимых в металл, роль десульфураторов жидкой стали могут играть редкоземельные металлы (церий, лантан, празеодим и др.). Они обладают высоким сродством к сере и связывают ее в сульфиды (Ce2S3, La2S3 и др.) еще в жидкой стали до начала кристаллизации. Эти сульфидные включения удаляются из металла в результате всплывания и переноса с потоками жидкой стали к межфазным поверхностям, где они задерживаются.
Смотрите видео на металлургическую тематику в нашем новом разделе - "ВИДЕО"
