Влияние интенсивности перемешивания на кинетику десульфурации стали
Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ НА КИНЕТИКУ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ СТАЛИ

Когтев С.А. (МЧМ-10вм), Донецкий национальный технический университет
Руководитель - к.т.н., доцент кафедры ЭМСиФ Костецкий Ю.В.

Современное производство стали ответственного назначения требует высокой чистоты металла по содержанию вредных примесей, в частности серы (< 0,001 – 0,003%). В настоящее время особо низкое содержание серы в металле чаще всего достигается путем десульфурации на агрегате печь – ковш (АПК).

Высокая степень десульфурации стали на АПК достигается только в условиях интенсивного перемешивания металла и шлака аргоном. Аргон при продувке не растворяется, поэтому в объеме жидкой стали образуется большое количество пузырей, которые интенсивно перемешивают металл и выносят на его поверхность неметаллические включения. Перемешивание аргоном интенсифицирует массоперенос серы из металла в шлак.

Приведено уравнение кинетики десульфурации для момента времени t:

Вид уравнения отражает ограничение скорости, обусловленное главным образом переносом серы в жидкой металлической фазе, и остаётся несправедливым для всей обычной области низких концентраций серы в металле ([S] < 0,05%); для жидких шлаков, для одинакового во всём объёме металла значения [S]. Таким образом, необходимо, чтобы длительность гомогенизации была меньше скорости массопереноса к поверхности раздела.

Для установок различных размеров и объёмов жидких фаз получено удовлетворительное описание реакций металл-шлак при десульфурации в ковшах с перемешиванием инертным газом, выражающее Ks в следующем виде:

Энергия перемешивания, как это следует из уравнения (3), пропорциональна скорости газового потока. На рисунке показано влияние удельного газового перемешивания или скорости газового потока на кинетический коэффициент десульфурации приведено для гипотетического ковша — печи емкостью 220т с диаметром 3,8 м. Заштрихованная площадь, определенная для ковша-печи емкостью 60 т, установки BAD емкостью 50 т, ковшей емкостью 150 и 250 т.

Зависимость кинетического коэффициента десульфурации при перемешивании в ковшах от энергии перемешивании и скорости газового потока

Рисунок – Зависимость кинетического коэффициента десульфурации при перемешивании в ковшах от энергии перемешивании и скорости газового потока.

На рисунке приведены также данные рафинирования стали аргоном в электропечи с рафинированием газом. Эти результаты показывают, что кинетический коэффициент десульфурации является функцией удельной энергии перемешивания поверхности. Не отмечено зависимости его значения от размера ковша или массы плавки. Индукционное перемешивание не обеспечивает такой энергии перемешивания как газовое, для нормальных экс-плуатационных условий. Для типичных энергий перемешивания, обусловленных индукционным перемешиванием, значения Ks составляют 1*10-3 м*с-1 - 3*10-3 м*с-1. При таком низком значении кинетического коэффициента интенсивность перемешивания будет недостаточна для высоких скоростей де-сульфурации. Промышленные исследования указывают на необходимость применения газового перемешивания дополнительно к индукционному для получения удовлетворительных скоростей десульфурации.