Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму
Проведена оценка механизмов десульфурации металла в процессе обработки на агрегате ковш-печь (АКП). Показано, что конечное содержание серы в металле определяется совместным влиянием механизмов удаления серы на процесс десульфурации....
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160488 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму / С.В. Журавлёва, Ю.С. Паниотов, В.С. Мамешин // Металл и литье Украины. — 2015. — № 2. — С. 8-11. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-160488 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1604882019-11-08T01:26:07Z Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму Журавлёва, С.В. Паниотов, Ю.С. Мамешин, В.С. Проведена оценка механизмов десульфурации металла в процессе обработки на агрегате ковш-печь (АКП). Показано, что конечное содержание серы в металле определяется совместным влиянием механизмов удаления серы на процесс десульфурации. Проведено оцінку механізмів десульфурації металу в процесі обробки на агрегаті ківш-піч. Показано, що кінцевий вміст сірки в металі визначається спільним впливом механізмів видалення сірки на процес десульфурації. The estimation of mechanisms of metal desulphurization during treatment in the ladle furnace was made. It is shown that the final sulfur content in the metal is determined by the combined influence of the mechanisms of sulfur removal on desulphurization process. 2015 Article Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму / С.В. Журавлёва, Ю.С. Паниотов, В.С. Мамешин // Металл и литье Украины. — 2015. — № 2. — С. 8-11. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160488 669.18 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Проведена оценка механизмов десульфурации металла в процессе обработки на агрегате ковш-печь (АКП). Показано, что конечное содержание серы в металле определяется совместным влиянием механизмов удаления серы на процесс десульфурации. |
| format |
Article |
| author |
Журавлёва, С.В. Паниотов, Ю.С. Мамешин, В.С. |
| spellingShingle |
Журавлёва, С.В. Паниотов, Ю.С. Мамешин, В.С. Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму Металл и литье Украины |
| author_facet |
Журавлёва, С.В. Паниотов, Ю.С. Мамешин, В.С. |
| author_sort |
Журавлёва, С.В. |
| title |
Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму |
| title_short |
Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму |
| title_full |
Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму |
| title_fullStr |
Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму |
| title_full_unstemmed |
Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму |
| title_sort |
оценка процесса десульфурации металла на акп по бивариативному механизму |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160488 |
| citation_txt |
Оценка процесса десульфурации металла на АКП по бивариативному механизму / С.В. Журавлёва, Ю.С. Паниотов, В.С. Мамешин // Металл и литье Украины. — 2015. — № 2. — С. 8-11. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT žuravlëvasv ocenkaprocessadesulʹfuraciimetallanaakppobivariativnomumehanizmu AT paniotovûs ocenkaprocessadesulʹfuraciimetallanaakppobivariativnomumehanizmu AT mamešinvs ocenkaprocessadesulʹfuraciimetallanaakppobivariativnomumehanizmu |
| first_indexed |
2025-07-14T13:07:02Z |
| last_indexed |
2025-07-14T13:07:02Z |
| _version_ |
1837627786005577728 |
| fulltext |
8 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 2 (261) ’2015
пень десульфурации можно вводом сильных сульфи-
дообразующих элементов, тем самым подключая к
действию «осаждающий» механизм десульфурации.
Постановка задачи. Целью работы – исследова-
ние процесса удаления серы при обработке метал-
ла на АКП и разработка рациональной технологии
десульфурации, базирующейся на использовании
основных преимуществ существующих механизмов
удаления серы.
Изложение основных материалов исследова-
ния. Промышленные методы десульфурации стали
основаны на использовании различных реагентов,
способствующих удалению серы. Обычно к ним от-
носят использование: ТШС, порошковой проволоки
с различными наполнителями, РЗМ, рафинирующих
шлаков различного химического состава. При этом в
каждом из методов процесс десульфурации может
протекать по различным механизмам.
Упрощенно механизмы удаления серы можно
представить в следующем виде:
– удаление серы из расплава сульфидообразу-
ющими элементами (марганцем, алюминием, каль-
цием, РЗМ) с образованием неметаллических вклю-
чений и последующим осаждением этих включений
в шлак (в этом случае остаточное содержание серы
определяется эффективностью удаления образовав-
шихся неметаллических включений);
– диффузия серы из металла в шлак на границе
раздела фаз (конечное содержание серы формиру-
ется условиями равновесия по сере и величиной от-
клонения от равновесия, которая определяется кине-
тикой процесса, величиной поверхности раздела фаз
и длительностью обработки).
Сложности получения низкой концентрации серы
в металле обычно связано с торможением диффу-
зионных процессов за счёт насыщения шлакового
покрова и необходимости постоянного обновления
реакционной поверхности. Отказ от использования
шлака в процессе внепечной десульфурации техно-
логически невозможен, так как шлак исполняет не
только теплоизолирующую и покровную функции, а и
адсорбирует сульфиды, образовавшиеся в результа-
те удаления серы. Поэтому конечное содержание се-
ры определяется совместным влиянием механизмов
удаления серы на процесс десульфурации.
П
остановка проблемы. На протяжении всего пе-
риода существования металлургической про-
мышленности одной из основных её задач было
повышение качества производимой продукции.
Определяющими параметрами качества стали явля-
ются низкие по содержанию вредные примеси и не-
металлические включения [1-3]. Одной из основных
вредных примесей, которая отрицательно влияет
практически на весь комплекс качественных показа-
телей, физико-механические и служебные свойства
стали, является сера [5, 7].
Типовые технологии выплавки стали в современ-
ных сталеплавильных агрегатах массового произ-
водства не позволяют получать непосредственно на
выпуске низкие ([S] < 0,01 %) и сверхнизкие концен-
трации серы ([S] < 0,005 %) в металле, по причине тер-
модинамических ограничений (в первую очередь, это
связано с высокой активностью кислорода в металле
и шлаке). Получение высококачественного металла
(так называемых в мировой практике IF-сталей) осу-
ществляется путём внепечной обработки. Таким об-
разом, технологическая цепочка условно сводится к
двухстадийной схеме производства, когда в основном
сталеплавильном агрегате производится удаление
углерода, кремния, марганца и нагрев до заданной
температуры. А на агрегате ковш-печь (АКП), как наи-
более распространённом агрегате внепечной обра-
ботки – удаление серы, доводка до заданного хими-
ческого состава, корректировка температуры перед
непрерывной разливкой. Одной из основных проблем
такой схемы является то, что в зависимости от спосо-
ба выплавки стали, состава применяемых шихтовых и
шлакообразующих материалов на стадию внепечной
обработки поступает металл с различным начальным
содержанием серы, которое может колебаться в ши-
роком интервале. Скорость протекания диффузион-
ных процессов по мере уменьшения концентрации
элемента в расплаве имеет затухающий характер,
что связано с уменьшением разности термодинами-
ческих потенциалов, и как следствие – увеличение
продолжительности обработки металла на АКП. По-
скольку возможности диффузионного удаления серы
ограничиваются временем обработки, массой рафи-
нировочного шлака и коэффициентом распределения
серы между металлом и шлаком, то увеличить сте-
УДК 669.18
С. В. Журавлёва, Ю. С Паниотов. , В. С. Мамешин
Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск
Oценка процесса десульфурации металла на АКП
по бивариативному механизму
Проведена оценка механизмов десульфурации металла в процессе обработки на агрегате ковш-печь (АКП).
Показано, что конечное содержание серы в металле определяется совместным влиянием механизмов удаления
серы на процесс десульфурации.
Ключевые слова: сера, диффузионный механизм, осаждающий механизм, технология десульфурации,
агрегат ковш-печь
9МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 2 (261) ’2015
Чем меньше угол смачивания, тем более мелкие
флуктуации становятся зародышами. Зародившиеся
включения имеют размеры порядка 1 нм [6]. Можно
предположить, что удаление неметаллических вклю-
чений идёт по двум физическим схемам: перенос
неметаллических включений восходящими потока-
ми стали до границы раздела фаз, ассимиляция их
шлаком на границе металл-шлак; флотация неме-
таллических включений пузырями газа и вынос их в
объём шлака. Как в первом, так и во втором случаях
определяющим является барботаж металлической
ванны. По аналогии с процессом раскисления, в ко-
тором, по мнению большинства авторов, лимитиру-
ющим звеном есть всплывание и удаление продуктов
раскисления [5], предполагается, что скорость про-
цесса десульфурации, протекающей по «механизму
осаждения», будет определяться скоростью удале-
ния неметаллических включений по указанным выше
схемам их удаления.
«Диффузионный механизм» десульфурации мож-
но разделить на несколько стадий:
– массоперенос растворенной в металле серы до
поверхности раздела металл-шлак;
– переход через границу раздела металл-шлак;
– общий массоперенос железа и серы внутри рас-
плавленного шлака.
Наиболее медленная стадия процесса десульфу-
рации по данному механизму зависит от величины
равновесной концентрации и определяется отклоне-
нием от равновесия. На основе теоретического ана-
лиза «диффузного» и «осаждающего» механизмов
десульфурации предложена методика определения
доли участия каждого из механизмов в общем про-
цессе удаления серы.
Опытные плавки были проведены на 60-ти и
120-ти тонных АКП в условиях заводов ОАО «Ин-
терпайп НТЗ» и ООО «Электросталь». Согласно
технологии для получения колесной марки стали
на заводе ОАО «Интерпайп НТЗ» на выпуске плав-
ки из печи принимают меры по предотвращению
попадания печного шлака в один из ковшей, весь
шлак перепускают через второй ковш. Поэтому
для исключения влияния печного шлака исследо-
вательские плавки проводили на первых ковшах.
Обработка металла на установках ковш-печь про-
водилась согласно типовой инструкции, принятой
на предприятиях, которая включала: раскисление
металла и наведение высокоосновного шлака при-
садками извести и плавикового шпата в количестве
0,5-1,3 % и 0,01-0,10 % от массы металла соответ-
ственно. Усредненный химический состав шлака
представлен в таблице.
Данный состав шлака максимально приближён
к равновесию по сере, что практически нивелирует
возможность удаления серы за счёт диффузии. Та-
ким образом, дальнейшее уменьшение содержания
серы в металле возможно за счёт действия «осаж-
дающего механизма». Для оценки доли «осажда-
ющего механизма» десульфурации рассматривали
влияние силикокальция на процесс удаления се-
ры [8]. Силикокальциевую проволоку марки СК30
вводили в количестве 0,100-0,130 % от массы
Как отмечалось выше, при десульфурации метал-
ла по типу «осаждающего» раскисления в жидкий ме-
талл вводятся сульфидообразующие элементы, име-
ющие высокое сродство с серой (марганец, кальций,
магний, РЗМ и др.). При взаимодействии с серой эти
металлы образуют сульфиды с высокой температу-
рой плавления и не растворяются в жидком железе,
а выделяются в отдельную фазу в виде твёрдых или
жидких неметаллических включений. Имея меньшую
плотность, чем сталь, неметаллические включения
всплывают в шлак и частично остаются в металле,
ухудшая его качество.
В общем виде реакция десульфурации сульфидо-
образующими элементами (Е) имеет вид
Константу равновесия реакции (1) можно
представить в виде
где [S], [E] – концентрации серы и сульфидообразу-
ющего элемента, %; а – активность образующихся
сульфидов; f [S], f [Е] – коэффициенты активности се-
ры и сульфидообразующего элемента соответственно.
Поскольку константа равновесия КE-S связана
со стандартным химическим сродством элемента
к сере [4, 5]:
то, чем больше константа равновесия и, соответ-
ственно, больше химическое сродство элемента к се-
ре, тем ниже равновесное содержание серы в метал-
ле. Таким образом, в соответствии с уравнением (2)
десульфурирующая способность элемента тем вы-
ше, чем больше величина КE-S, меньше активность
сульфида в шлаке, выше коэффициенты активности
элемента-десульфуратора и серы, больше концен-
трация элемента-десульфуратора.
При протекании процесса десульфурации по ме-
ханизму осаждения решающее значение имеют ус-
ловия образования неметаллических включений и
последующее их удаление в шлак. Это значитель-
но влияет на полноту протекания десульфурации,
качество и чистоту готового металла. Согласно ис-
следованиям ряда авторов [5-7] для облегчения са-
мостоятельного выделения включений из гомоген-
ного расплава необходимыми условиями являются:
уменьшение межфазного поверхностного натяжения,
снижение удельного объёма или увеличения плотно-
сти продуктов десульфурации, а также рост степени
перенасыщения системы. При образовании неметал-
лических включений на поверхностях существенное
влияние оказывает также смачивание поверхности.
a [S] + b [E] = (EbSa). (1)
– ΔG0 = RT ln K , (4)
(E S )
E S
[E] [S]
К
[%E] [%S]
b a
b a b a
a
f f− = (2),
(E S )
E S [E] [S]
[S]
К [%E]
b a
b b a
a
f f−
= (3),a
10 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 2 (261) ’2015
Выводы
Предложенный бивариативный механизм десуль-
фурации металла на агрегате ковш-печь, включаю-
щий «диффузионный» и «осаждающий» механизмы
удаления серы, показал достаточно надёжные и
стабильные результаты. Данные промышленно-ис-
следовательских плавок подтверждают гипотезу
аддитивного влияния «диффузного» и «осаждаю-
щего» механизмов на процесс десульфурации. При
этом доля «диффузионного» механизма составляет
70-80 %, а «осаждающего» – 20-30. Предложенная
технология удаления серы может быть рекомендова-
на для внепечной обработки стали на АКП с целью
глубокой десульфурации металла.
Зависимость расхода силикокальциевой проволоки от
начального содержания серы и количества шлака, %: 1 –
Мшл ≤ 1,5; 2 – 1,5 < Мшл ≤ 2; 3 – 2 < Мшл ≤ 3
металла. Определено, что степень использования
кальция на десульфурацию составляет 42 %. При
расчётах долей удаляемой серы по различным ме-
ханизмам в первом приближении было принято,
что доля серы, удаляемой в газовую фазу близка к
нулю. Поскольку полностью исключить диффузный
механизм удаления серы, после введения силико-
кальция, невозможно, то доля осаждающего меха-
низма, составляла в среднем 20-30 %.
Рассматривая процесс десульфурации по двум
механизмам – «осаждающему» и «диффузионно-
му» – пришли к выводу, что получение заданной
низкой концентрации серы в стали возможно путём
регулирования соотношения этих двух механиз-
мов. На основании этого разработана технология
десульфурации металла на АКП, которая пред-
усматривает обработку рафинировочным шлаком
(работает диффузионный механизм) и силикокаль-
циевой проволокой (осаждающий механизм), рас-
ход которой зависит от начального содержания се-
ры и количества шлака.
Учитывая то, что в процессе обработки металла на
ковше-печи наводится рафинирующий шлак, и часть
серы удаляется с его помощью, выполнен расчёт
расхода силикокальциевой проволоки марки СК30, с
учётом начальной концентрации серы в металле и в
зависимости от количества шлака (рисунок) [9]: 1 –
МSiCa = 33,199[S]н – 0,1743; 2 – МSiCa = 23,121[S]н – 0,0219;
3 – МSiCa = 2,873[S]н + 0,2912.
Разработанная технология десульфурации метал-
ла на агрегате ковш-печь с совместным использова-
нием ТШС и силикокальциевой проволоки позволяет
получать содержание серы в стали менее 0,01 %, что
способствует увеличению скорости разливки и повы-
шению производительности МНЛЗ в целом.
Химический состав шлака
Массовая доля компонентов, %
CaО SiО2 MgО Al2O3 Feзаг MnО S P2O5 Cr2O3 В= (СаО+MgO)/SiO2
56,50-
59,73
24,93-
25,81 8,10-9,38 3,89-5,99 1,87-2,01 0,32-0,50 0,22-0,29 0,12-0,15 0,17-0,20 2,55-2,68
1. Иодковский С. А. Состояние и перспективы развития внепечной обработки стали [Текст] / С. А. Иодковский // Труды
Четвертого конгресса сталеплавильщиков, 1997. – С. 237-243.
2. Jiang Zhouhua Определение параметров процесса рафинирования стали с ультранизким содержанием серы в ков-
ше-печи / Jiang Zhouhua, Zhang Heyan, Zhan Dong-ping and al. // J. Northeast Univ. Natur. Sci. – 2002. – 23. – № 10. –
P. 952-955.
3. Поволоцкий Д. Я. Внепечная обработка стали / Д. Я. Поволоцкий, В. А. Кудрин, А. Ф. Вишкарев. – М: «МИСИС», 1995. – 256 с.
4. Дюдкин Д. А. Современная технология производства стали / Д. А. Дюдкин, В. В. Кисленко. – М.: «Теплотехник», 2007. – 528 с.
5. Меджибожский М. Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов / М. Я. Меджибожский. – Ки-
ев-Донецк: «Вища школа», 1986. – 280 с.
6. Попель С. И. Теория металлургических процессов / С. И. Попель, А. И. Сотников, В. Н. Бороненков. – М.: «Металлур-
гия», 1986. – 464 с.
7. Явойский В. И. Теория процессов производства стали / В. И. Явойский. – М.: Металлургиздат, 1963. – 820 с.
8. Дюдкин Д. А. Производство стали. Процессы выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки стали /
Д. А. Дюдкин, В. В. Кисленко. – М.: «Теплотехник», 2008. – Т. 1. – 530 с.
9. Пат. 88592 U Україна, МПКC21D 1/100 (2006.01). Спосіб десульфурації металу в агрегаті ківш-піч / С. В. Журавльова,
Ю. С. Паніотов, В. С. Мамешин, А. С. Гриценко. – Опубл. 25.03.2014, Бюл. № 6.
ЛИТЕРАТУРА
1
3
11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 2 (261) ’2015
Проведено оцінку механізмів десульфурації металу в процесі обробки на агрегаті ківш-піч. Показано, що кінцевий
вміст сірки в металі визначається спільним впливом механізмів видалення сірки на процес десульфурації.
Журавльова С. В., Паніотов Ю. С. , Мамешин В. С.
Оцінка процесу десульфурації металу на АКП по біваріативному механізмуАнотація
Ключові слова
сірка, дифузний механізм, осаджуючий механізм, технологія десульфурації, агрегат
ківш-піч
Zhuravleva S., Paniotov U., Mameshin V.
Estimation of desulphurization process of metal in LF by bivariant
mechanism
Summary
The estimation of mechanisms of metal desulphurization during treatment in the ladle furnace was made. It is shown
that the final sulfur content in the metal is determined by the combined influence of the mechanisms of sulfur removal on
desulphurization process.
sulfur, diffusional mechanism, precipitating mechanism, technology of desulphurization
treatment, ladle-furnace unitKeywords
Поступила 02.02.2015
Предлагаем разместить в нашем журнале рекламу
Вашей продукции или рекламный материал
о Вашем предприятии
Расценки на размещение рекламы
(цены приведены в гривнах с учётом налога на рекламу)
2, 3 страницы обложки страница внутри журнала
цветная 1400 цветная 1050
чёрно-белая 700 чёрно-белая 500
1/2 страницы формата А4 1/2 страницы формата А4
цветная 900 цветная 800
чёрно-белая 500 чёрно-белая 450
1/4 страницы формата А4 1/4 страницы формата А4
цветная 550 цветная 300
чёрно-белая 300 чёрно-белая 200
При повторном размещении рекламы – скидка 15 %
|