脱硫反应

脱磷与脱硫的比较
• 磷、硫重新进入金属液的可能性
– 脱磷：炉温升高，熔渣碱度降低，氧化渣去除 不干净，加入脱氧剂等时，产生所谓的“回磷” 现象。 – 脱硫，炼钢炉内脱硫反应是不可逆的。
作业
• 1 炼钢为什么要脱硫?对钢中硫含量有什么 要求? • 2 炼钢过程脱硫反应是怎样进行的? • 3 脱硫的基本条件是什么? • 4 什么是硫的分配系数? 怎样表示? 什么是 脱硫效率? 怎样表示?
硫的存在形式
• 分子理论：
– 在碱性渣中硫的存在形式为CaS、FeS、MnS 等形式
• 离子理论
– 溶解在渣中的硫的存在形式为S2－。
• 不同标记
– 金属液的硫：[FeS](或[S]) – 熔渣中的硫： S2－[或(CaS)]
脱硫反应
• 脱硫原理：将溶解在钢液中的硫转变为不 溶于钢液的硫化物，使其进入熔渣或经熔 渣再逸出至炉气中。
– 使钢的横向(与加工方向垂直的方向)延伸率和断面收缩率等性能下降 – 降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生许多气孔和 疏松，从而降低焊缝的强度； – 含量超过0.06%时，显著恶化了钢的耐腐蚀性； – 工业纯铁和硅钢来说，随着钢中S含量的提高磁滞损失增加 – 连铸坯(或钢锭)凝固结构中硫的偏析也最为严重。
– 酸性渣中没有自由的O2－，碱性渣中有较多的自由O2－程都只能在碱性操作中
进行。
硫的分配系数
• 平衡常数： K S
w( CaS ) w( FeO ) w[ FeS ] w( CaO )
•
• 因此 • 简写
w( CaO ) w[ FeS ]
• (CaO)、(FeO)保持不变
LS
LS
w( S ) w[ S ]
• LS表示熔渣的脱硫能力，LS值是随温度的升高而增大的。 LS的数值越高，说明熔渣的脱硫能力越强。
脱硫条件
• [FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO) 吸热
• 平衡向右移动，有利于脱硫：
– 增加反应物(CaO)浓度 碱性条件（高碱度） – 减少生成物(FeO)、(CaS)浓度（低(FeO) 、大渣量）
• 熔渣碱度：熔渣的碱度控制在2.5~3.5时，对脱磷、脱硫均最有利。
• 渣量：增加渣量提高脱磷、脱硫效果。 • 温度：脱磷是放热反应，炉温较低时进行；脱硫是吸热反应，炉温较 高时则较为有利。
• 渣中(FeO)含量： 渣中(FeO)含量高，对脱磷是有利的；渣中(FeO)含 量高对脱硫是不利的。
• 流动性：脱磷、脱硫反应都是在钢－渣界面上进行的，保持熔渣良好 的。
脱硫反应
硫对钢性能的影响
• 有害作用
– 造成钢的“热脆” 性：
• 硫在钢中是以FeS形式存在。 FeS在固态铁的溶解度很小，钢水在冷却凝 固过程中Fe-FeS以低熔点（985℃）的共晶体呈网状分布于晶界处； 钢 的热加工温度在1150～1200℃，晶界处共晶体己熔化，钢中氧含量较高 时，FeO与FeS形成的共晶体熔点更低，只有940℃，更加剧了钢的“热脆 " 现象。
硫对钢性能的影响
• 有益作用
– 可作为合金元素使用以改善钢的切削性能。 – 利用MnS夹杂可获得具有良好电磁性能的取向 性硅钢片。
钢种对硫含量的要求
• 普通钢：w[S]≤0.040%； • 优质钢：w[S]≤0.035%； • 高级优质钢：w[S]≤0.020%； • 极低硫钢w[S]≤0.005%
– 脱硫的总反应式：[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO) 吸热 – 平衡常数
KS
w( CaS ) w( FeO ) w[ FeS ] w( CaO )
脱硫反应式
• 熔渣结构离子理论
– [S]+ (O2－)= (S2－)+[O]
– [S]+ [Fe]= (S2－)+(Fe2＋)
吸热
吸热
– 在炼钢过程中，脱硫主要是通过熔渣进行的。
• 熔渣结构分子理论 • 熔渣结构离子理论
脱硫反应式
• 熔渣结构分子理论
– 首先，在金属液－熔渣界面上，金属液中的[FeS]按分配 定律由金属液向熔渣转移：[FeS]=(FeS)
– 然后，在熔渣中(FeS)与碱性氧化物作用，转变为稳定的
硫化物：(FeS)+(CaO)=(CaS)+(FeO) 碱性
– 适当升高温度
– 良好流动性 – 碳、硅、铝、磷等能提高硫的活度系数，使LS增大，从而增加了 脱硫效果。（铁水预处理）
• 有利于脱硫的条件： 高碱度、低(FeO) 、适当升高温度、 大渣量、良好流动性
脱磷与脱硫的比较
• 脱磷、脱硫的条件
– 脱磷的条件是熔渣的碱度高、（FeO）含量高、渣量大、炉温低， 流动性好。（三高一低） – 脱硫的条件是熔渣的碱度高、氧化铁含量低、渣量大、炉温高，流 动性好。（三高一低）