Применение ионной теории для расчета сульфидной емкости шлаков

Рассмотрены вопросы удаления серы в агрегате ковш-печь. Коэффициент распределения серы зависит от сульфидной ем шлака, коэффициента активности серы, окислительного потенциала среды и константы равновесия. Сульфидная емкость шлаков C_S является одной из важнейших характеристик рафинирующей способности шлаков, применяемых при внепечной обработке стали. Одним из факторов, влияющих на сульфидную емкость, является температура. Предложена формула, показывающая зависимость сульфидной емкости от оптической основности и температуры в интервале 1400 – 1650 °С. При оптической основности Λ не более 0,75 погрешность представленной формулы не превышает 6 %. Предложено выражение для расчета оптической основности, в котором учитывается влияние основных, кислых оксидов и амфотерного оксида Al₂O₃. Показано, что шлаки, полностью состоящие из гомогенной фазы, обладают повышенной оптической основностью оксида алюминия. Гетерогенные шлаки обладают пониженной оптической основностью Al₂O₃ по сравнению с гомогенными шлаками. Возможно этот факт может быть объяснен тем, что в гомогенных шлаках наблюдается дефицит основного оксида CaO и при рассматриваемых условиях соединение Al₂O₃ начинает проявлять более основные свойства, чем кислотные. Таким образом, в гомогенных шлаках оптическая основность оксида алюминия повышенная и приближается к оптической основности оксида СаО. Расчеты, осуществленные на реальных плавках, показывают, что при увеличении содержания оксида Al₂O₃  в шлаке его оптическая основность снижается. Известное значение оптической основности позволяет определить сульфидную емкость шлака, коэффициент распределения серы между металлом и шлаком и, соответственно, конечное содержание серы в металле. Проведенные расчеты показывают, что для определения сульфидной емкости целесообразно применять ионную теорию шлаков.

1. Бигеев А.М., Бигеев В.А. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. Магнитогорск: МГТУ, 2000. 544 с.

2. Металлургия стали / В.И. Явойский, Ю.В. Кряковский, В.П. Григорьев, Ю.М. Нечкин, В.Ф. Кравченко, Д.И. Бородин. М.: Металлургия, 1983. 584 с.

3. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Основы и технология ковшовой металлургии. М.: Металлургия, 1984. 414 с.

4. Fandrich R., Lüngen H., Wuppermann C. Actual review on secondary metallurgy // Revue de Metallurgie. Cahiers D’Informations Techniques. 2008. Vol. 7-8. No. 105. P. 364–374. http://doi.org/10.1051/metal:2008053

5. Fandrich R., Lungen H.B., Wuppermann C. Secondary metallurgy State of the art and research trends in Germany // Stahl und Eisen. 2008. Vol. 128. No. 2. P. 45–53.

6. Turkdogan E.T. Ladle deoxidation, desulphurisation and inclusions in steel – 1. Fundamentals // Archiv für das Eisenhüttenwesen. 1983. Vol. 1. No. 54. P. 1–10. http://doi.org/10.1002/srin.19830519

7. Pluschkell W. Metallurgical reaction techniques for adjusting very low contents of C, P, S and N in steel // Stahl und Eisen. 1990. Vol. 5. No. 110. P. 61–70.

8. Jonsson L., Sichen D., Jönsson P. A new approach to model sulphur refining in a gas-stirred ladle – A coupled CFD and thermodynamic model // ISIJ International. 1998. Vol. 3. No. 38. P. 260–267. http://doi.org/10.2355/isijinternational.38.260

9. Cao Q., Pitts A., Nastac L. Numerical modelling of fluid flow and desulphurisation kinetics in an argon-stirred ladle furnace // Ironmaking and Steelmaking. 2018. Vol. 45. No. 3. P. 280–287. http://doi.org/10.1080/03019233.2016.1262574

10. Shen C., Liping W., Junbo G., Yuanwang P., Fei H. Industrial investigation of decarburization and desulphurization behaviour of 120 t new single snorkel degasser // Ironmaking and Steelmaking. 2020. Vol. 47. No. 7. P. 713–721. http://doi.org/10.1080/03019233.2019.1580029

11. Agapitov E.B., Lemeshko M.A., Sokolova M.S. Prospects for the use of hollow electrodes for deep desulfurization of steel in the ladle-furnace unit // Materials Science Forum. 2020. No. 989 MSF. P. 474–479. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.989.474

12. Komolova O.A., Grigorovich K.V. Development of LF-software for modeling of rifining processes in a ladle–furnace // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1. No. 1347. Article 012066. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1347/1/012066

13. Lin L., Hou Z.-X., Bao Y.-P., Wu Y.-X., Zhang L.-Q., Zeng J.Q. Gasification desulfurization and resource utilization of ladle furnace refining slag [LF精炼渣的气化脱硫及资源化利用] // Chinese Journal of Engineering. 2018. No. 40. P. 154–160. http://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.s1.022

14. Socha L., Hudzieczek Z., Michalek K., Pilka V., Piegza Z. Verification of physical modelling of steel desulphurization in the plant conditions of the homogenization station. In: METAL 2014 – 23rd International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings. 2014. P. 64–71.

15. Socha L., Bažan J., Gryc K., Morávka J., Styrnal P., Pilka V., Piegza Z. Optimisation of the slag mode in the ladle during the steel processing of secondary metallurgy // Materiali in Tehnologije. 2013. Vol. 5. No. 47. P. 673–678.

16. Adriana P., Teodor H., Lucia V., Vasile P. Research on desulphurization of steel with calcium aluminate synthetic slag with addition of titanium oxide. In: International Conference on Manufacturing Engineering, Quality and Production Systems, MEQAPS – Proceedings. 2011. P. 147–151.

17. Бурмасов С.П., Гудов А.Г., Ярошенко Ю.Г., Мелинг В.В., Дресвякина Л.Е. Анализ массообменных процессов при ковшевом рафинировании стали в условиях газового перемешивания // Известия вузов. Черная металлургия. 2015. T. 58. № 9. С. 638–644. http://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-9-638-644

18. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1986. 463 с.

19. Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов. М.: Металлургия, 1988. 288 с.

20. Итоги науки и техники. Теория металлургических процессов. М.: «ВИНИТИ», 1987. 208 с.

21. Коровин В.А., Леушин О.И., Палавин Р.Н., Колганов В.Н., Черкасов С.В., Костромин С.В. Внепечная обработка и качество металла // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2009. № 8. С. 13–15.

22. Соммервиль И.Д. Измерение, прогноз и применение емкостей металлургических шлаков / Пер. с англ. В кн.: Инжекционная металлургия′ 86. М.: Металлургия, 1990. С. 107–120.

23. Метелкин А.А., Шешуков О.Ю., Савельев М.В., Шевченко О.И., Егиазарьян Д.К. К вопросу о десульфурации стали в агрегате «ковш-печь». В кн: Международная научная конференция «Физико-химические основы металлургических процессов» имени академика А.М. Самарина. М.: ИМЕТ РАН, 2019. 128 с.

24. Новиков В.К., Невидимов В.Н. Полимерная природа расплавленных шлаков. Екатеринбург: изд. ВПО УГТУ – УПИ, 2006. 62 с.

25. Вопросы утилизации рафинировочных шлаков сталеплавильного производства / О.Ю. Шешуков, М.А. Михеенков, И.В. Некрасов, Д.К. Егиазарьян, А.А. Метелкин, О.И. Шевченко. Нижний Тагил: изд. НТИ (филиал) УрФУ, 2017. 208 с.

26. Шешуков О.Ю., Некрасов И.В., Бонарь С.Н., Егиазарьян Д.К., Цымбалист М.М., Сивцов А.В. Сульфидная емкость глиноземистых шлаков внепечной обработки стали и активность анионов кислорода // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2017. № 2. С. 30–33.