СПОСОБ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА Российский патент 2024 года по МПК C21C7/64 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу удаления серы из расплавленного металла, загруженного в реакционный сосуд, такой как ковш или ковш сигарообразной формы, по реакции между расплавленным металлом и шлаком, добавленным к расплавленному металлу.

Известный уровень техники

В последние годы в связи с модернизацией стальных материалов растёт потребность в более высоком выходе стали со сверхнизким содержанием серы и в более строгих [S]-стандартах содержания серы в стали. Таким образом, желательно снизить концентрацию серы (S), достигаемую по завершении переработки, и увеличить скорость процесса десульфурации за счёт усовершенствования технологии десульфурации жидкого чугуна.

Реакция десульфурации выражается уравнением [S] + (O^2-) = (S^2-) + [O] межфазной реакции между шлаком и жидким чугуном. Здесь [R] представляет элемент R, растворённый в жидком чугуне, а (R) представляет собой форму элемента R в шлаке. Обычно достигнутая концентрация и время процесса (время завершения), необходимое для достижения достигнутой концентрации, получают с помощью теории равновесия и кинетики реакции соответственно. В частности, получена равновесная концентрация S исходя из сульфидной ёмкости, которая определяется составом шлака, представленного шлаком на основе CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO, активностью кислорода в металле, коэффициентом распределения серы L_s(-) от температуры и количества подаваемого шлака. Время достижения получают по формуле первичной реакции: -d[S]/dt = k⋅(A/V)⋅([S]-[S]_e), относящейся к скорости десульфурации, в которой используется общий коэффициент массопереноса k (м/с), площадь реакции A (м²), объём жидкого чугуна V (м³) и вышеупомянутая равновесная концентрация S [S]_e(% масс.).

В соответствии с этим методом скорость десульфурации ускоряется за счёт следующих мер: (1) увеличение доли основных оксидов в шлаке; (2) снижение активности кислорода в расплавленном чугуне с помощью Al, обладающего высокой способностью к раскислению; и (3) увеличение общего коэффициента массообмена k за счёт перемешивания газом.

Однако состав шлака в текущем процессе десульфурации контролируется так, чтобы он находился в пределах такого диапазона состава, при котором сульфидная ёмкость становится самой высокой (мера 1). Перемешивание газом было усовершенствовано до такой степени, что проблемы, включая повторное окисление расплавленной стали из-за разбрызгивания основного металла или включения атмосферного воздуха, а также поглощение азота, стали едва допустимыми (мера 3). Активность кислорода в расплавленном чугуне однозначно определяется концентрацией Al и температурой (мера 2). По этим причинам трудно улучшить скорость реакции десульфурации в большей степени, чем когда-либо, с помощью обычных способов улучшения.

Между тем, в соответствии с непатентной литературой 1, когда реакция шлак-металл, включая реакцию десульфурации, рассматривается как электрохимическая реакция, в которой происходит обмен электронами на границе раздела, приложение внешнего электрического напряжения к границе шлак-металл позволяет дальнейшее протекание реакции от равновесной концентрации, которая достигается за счёт вышеупомянутой сульфидной ёмкости, активности кислорода, температуры и количества подаваемого шлака.

Патентный документ 1 предлагает способ, который снижает равновесную концентрацию азота путём подачи напряжения на границу раздела шлак-металл электродами, расположенными таким образом, что один электрод в расплавленной стали служит отрицательным (катодом), а другой электрод в шлаке служит плюсом (анодом).

Список цитированных источников

Патентная литература

Патентная литература 1: JP-H04-9420A.

Непатентная литература

Непатентная литература 1: Masanori Tokuda, Bulletin of the Japan Institute of Metals, 15 (1976), p.379-

Непатентная литература 2: D.J. Sosinsky et al., Metall. Trans. B, 17B (1986), p.331

Непатентная литература 3: Takashi Nakamura et al., Bulletin of the Japan Institute of Metals, vol. 50, No. 5 (1986), pp.456-461.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

Однако традиционные технологии, в которых применяется разность потенциалов между шлаком и металлом, как описано выше, имеют следующие проблемы. Для технологии, раскрытой в непатентной литературе 1, нет конкретного упоминания о том, как контролировать прилагаемые ток или напряжение и какой эффект достигается при этом. Таким образом, трудно контролировать реакцию десульфурации на основании непатентной литературы 1.

Технология, раскрытая в патентной литературе 1, представляет способ контроля напряжения (так называемый контроль постоянного напряжения). Таким образом, когда жидкий чугун и электрод, погруженный в шлак, приходят в контакт друг с другом из-за колебаний уровня расплавленного металла, возникающих при перемешивании, к расплавленному чугуну прикладывается напряжение в несколько десятков вольт. сопротивление около 0 Ом. В результате через цепь протекает очень большой ток. Обеспечение мер защиты объектов, таких как электропроводка, мощность источника питания и функция выключателя, выдерживающих такой высокий ток было бы нереальным по масштабу. Поскольку установка таких устройств может быть повреждена, эта технология не может быть практичным технологическим решением. С другой стороны, для контроля постоянного тока в патентной литературе 1 упоминается значение тока, но не поясняется, должна ли площадь, необходимая для расчёта плотности тока, основываться на площади поперечного сечения сосуда или погружённого электрода. в шлак или металл. Кроме того, информация о соответствующих площадях также не известна. Таким образом, невозможно выполнить контроль постоянного тока на основе информации в патентной литературе 1.

Будучи созданным с учётом этих обстоятельств, настоящее изобретение направлено на предложение способа эффективного проведения процесса десульфурации расплавленного металла за короткое время путём эффективного увеличения скорости десульфурации без пропускания чрезмерного тока путём переноса S из расплавленного металла в жидкий шлак электрохимическим способом.

Решение проблемы

В результате тщательного проведения исследований с учётом вышеуказанных проблем автор настоящего изобретения установил, что степень снижения равновесной концентрации S [S]_e (% масс.) и степень увеличения общего коэффициента массопереноса k (м/с) можно количественно оценить по плотности тока, проходящего по цепи. Эти данные послужили основой для создания настоящего изобретения.

Способ десульфурации расплавленного металла по настоящему изобретению, который преимущественно решает вышеописанные проблемы, представляет собой способ десульфурации расплавленного металла, в котором с использованием источника питания постоянного тока подаётся разность потенциалов между расплавленным шлаком и расплавленным металлом посредством электродов, один из электродов, контактирующий с расплавленным металлом, служит отрицательным электродом, а другой электрод, контактирующий только с расплавленным шлаком, служит положительным электродом. Способ характеризуется тем, что подаваемую плотность тока J_a определяют в соответствии с равновесной концентрацией S [S]_e0 перед приложением разности потенциалов таким образом, чтобы равновесная концентрация S [S]ea при приложении разности потенциалов стала равной или ниже целевой концентрации S [S]_ft.

Считается, что способ десульфурации расплавленного металла в соответствии с настоящим изобретением, имеющий следующие признаки, может быть более предпочтительным решением.

(a) Расплавленный металл представляет собой жидкий чугун и определение подаваемой плотности тока J_a (А/м²) включает: стадию 1, на которой используют приведённые ниже формулы (1) и (2), а значения A и значения B определяют на основе коэффициентов, приведённых в таблице 1, которые получены исходя из равновесной концентрации S [S]_e0 (ч./млн масс.) до приложения разности потенциалов; и стадию 2, на которой используют приведённую ниже формулу (3) для расчёта равновесной концентрации S [S]_ea (ч./млн масс.) при приложении разности потенциалов на основе значения А и значения В, определённых на стадии 1, и определяют подаваемую плотность тока J_a таким образом, чтобы расчётная равновесная концентрация S [S]_ea стала равной или ниже заданной концентрации S [S]_ft (ч./млн масс.).

(b) Подаваемую плотность тока J_a устанавливают равной или ниже 1000 А/м².

A = A0 + A1 ⋅ J_a - A2 ⋅ J_a² + A3 ⋅ J_a³ … (1)

-B = B0 + B1 ⋅ J_a - B2 ⋅ J_a² + B3 ⋅ J_a³ … (2)

[S]_ea = e x p (-B / A) … (3)

Таблица 1

Положительные эффекты изобретения

Настоящее изобретение позволяет определить подаваемую плотность тока в соответствии с параметрами шлака и заданной концентрацией серы S. Таким образом, равновесная концентрация серы S может быть снижена без подачи чрезмерного тока. Кроме того, может быть достигнут эффект повышения общего коэффициента массообмена, так что по сравнению с обычными технологиями при том же объёме шлака настоящее изобретение позволяет эффективно выполнять процесс десульфурации расплавленного металла до более низкой концентрации за более короткое время.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1(а) представляет схематический вид, показывающий один пример устройств, подходящих для способа по настоящему изобретению, и фиг. 1(b) представляет схематический вид, показывающий другой пример устройств, подходящих для способа по настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет график, показывающий влияние равновесной концентрации S [S]_e0 перед приложением разности потенциалов на зависимость между подаваемой плотностью тока J_a и равновесной концентрацией серы [S]_еа.

Фиг. 3 представляет график, показывающий взаимосвязь между общим коэффициентом k массообмена S между шлаком и жидким чугуном и подаваемой плотностью тока J_a. Осуществление изобретения

Осуществление настоящего изобретения будет конкретно описано ниже. Чертежи являются схематичными и могут отличаться от реальности. Последующий вариант осуществления изобретения иллюстрирует устройство и способ реализации технической идеи настоящего изобретения и не предназначен для ограничения изобретения этой конфигурацией. То есть в техническую идею настоящего изобретения могут быть внесены различные изменения в рамках технического объёма, раскрытого в формуле изобретения.

Фиг. 1(а) представляет схематический вид, показывающий один пример устройств, подходящих для использования в способе десульфурации расплавленного металла в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Аналогично, фиг. 1(b) представляет схематический вид, показывающий другой пример устройств, подходящих для способа десульфурации расплавленного металла. Примеры расплавленного металла включают жидкий чугун и медный сплав. В частности, в качестве расплавленного металла предпочтительно используют жидкий чугун. Здесь термин «жидкий чугун» относится к расплавленному металлу, состоящему в основном из Fe, и охватывает жидкий передельный чугун, расплавленное сырье, содержащее холодное железо, и жидкую сталь. Далее будет описано осуществление настоящего изобретения с использованием в качестве примера жидкого чугуна.

В устройстве по фиг. 1 (а), жидкий чугун 3 загружен в ёмкость 1, например, ковш, футерованную изолирующим огнеупором 2, и к жидкому чугуну 3 добавлен шлак 4. Электропроводящие материалы 5 расположены со стороны шлака 4 и со стороны жидкого чугуна 3 (в примере на фиг. 1 (а) на поде печи), и они подключены к стабилизированному источнику постоянного тока 7 электропроводами 6. Здесь электропровод 6, соединенный с электропроводящим материалом 5, расположенным на стороне шлака 4, соединён с плюсом (положительным электродом) стабилизированного источника питания постоянного тока 7. Электропровод 6, соединённый с электропроводящим материалом 5, расположенным со стороны расплавленного чугуна 3 соединён с минусом (отрицательным электродом) стабилизированного источника питания постоянного тока 7. Хотя электропроводящий материал 5 со стороны жидкого чугуна 3 расположен на поде печи в примере на фиг. 1(а), вместо этого электропроводящий материал 5 может быть расположен на стенке печи.

Как показано на фиг. 1(b), электропроводящий материал 5, расположенный со стороны жидкого чугуна 3, может частично контактировать со шлаком 4. В этом случае необходимо располагать этот электропроводящий материал 5 так, чтобы кратчайшее расстояние L₁ от переднего конца электропроводящего материала 5, погружённого со стороны шлака 4, до границы раздела шлак-жидкий чугун, было меньше кратчайшего расстояния L₂ между поверхностями электропроводящего материала 5 в шлаке 4.

В конфигурации устройства, подобной показанной на фиг. 1(а) или (b), приложение разности потенциалов от внешнего источника питания 7 может вызвать прохождение тока между шлаком и расплавленным чугуном.

В металлургии в качестве изолирующего огнеупора 2 часто используют кирпичи или огнеупоры на основе Al₂O₃ неопределённой формы. Их можно заменить другим огнеупором, не обладающим электропроводностью.

В качестве электропроводящего материала 5 можно использовать графитовый стержень или огнеупор на основе MgO-C. В качестве заменителя могут быть использованы любые другие материалы, обладающие электропроводностью и не плавящиеся в диапазоне температур жидкого чугуна (1300-1700°С).

К устройству может быть добавлена фурма или пористая пробка с донной продувкой, и через них в жидкий чугун 3 можно вдувать газ для перемешивания расплавленного металла.

Далее будет описан способ определения плотности подаваемого тока согласно данному варианту осуществления изобретения.

Во-первых, получают равновесную концентрацию S [S]_e0 (ч./млн масс.) до приложения разности потенциалов в реакции десульфурации между шлаком 4 и расплавленным чугуном 3. Эта концентрация может быть определена на основе сульфидной ёмкости шлака 4, используемого, как описано выше, активности кислорода в расплавленном чугуне, температуры, а также количества используемого шлака 4. Способ вычисления не будет подробно описан здесь, так как он уже широко известен из статей и т.д., и любой специалист в данной области может легко выполнить вычисление. Например, концентрацию можно рассчитать, используя теоретическую оптическую основность оксидов, представленную в непатентной литературе 3, для теоретической оптической основности шлака в формуле сульфидной ёмкости, предложенной в непатентной литературе 2.

Помимо вышеупомянутого метода расчёта с использованием сульфидной ёмкости, можно сослаться на расчёт в прошлой работе в аналогичных условиях или на фактически измеренный коэффициент распределения серы Ls = (S% масс.)/[S% масс.], и равновесная концентрация S [S]_e0 (ч./млн масс.) перед приложением разности потенциалов может быть получена из этих данных и количества шлака. Здесь (S% масс.) и [S% масс.] представляют концентрацию S в шлаке и концентрацию S в расплавленном чугуне соответственно. «Аналогичные условия» могут быть выбраны по составу шлака, элементному составу жидкого чугуна, температуре обработки и т.д.

Во-первых, в качестве стадии 1 при определении подаваемой плотности тока J_a (А/м²) применительно к значению равновесной концентрации S [S]_e0 (ч./млн масс.) перед приложением разности потенциалов, полученной с помощью описанной выше методики, конкретизируются коэффициенты в следующих обобщенных формулах (1) и (2) в соответствии с приведённой ниже классификацией случаев. Затем определяется формула для определения значения А и значения В. Символ J_a в формулах обозначает подаваемую плотность тока (А/м²), при этом верно J_a>0.

A = A0 + A1 ⋅ J_a - A2⋅J_a² + A3⋅J_a³ … (1)

-B = B0 + B1⋅J_a - B2⋅J_a² + B3⋅J_a³ … (2)

(1) Случай, когда [S]_e0> 10 ч./млн масс.

A = 6,4408 × 10^-2 + 3,6497 × 10^-4 ⋅ J_a - 3,8200 × 10^-7 ⋅ J_a² + 1,8218 × 10^-10 ⋅ J_a³

-B = 1,1981 × 10^-1 + 2_.,3088 × 10^-4 ⋅ J_a - 1,4831 × 10^-7 ⋅ J_a² + 5,2189 × 10^-11 ⋅ J_a³

(2) Случай, когда 10 ч./млн масс. [S]_e0 > 6 ч./млн масс.

A = 7,4338 × 10^-2 + 3,1714 × 10^-4 ⋅ J_a - 2,9497 × 10^-7 ⋅ J_a² + 1,3469 × 10^-10 ⋅ J_a³

-B = 1,2493 × 10^-1 + 2,1868 × 10^-4 ⋅ J_a - 1,3061 × 10^-7 ⋅ J_a² + 4,3146 × 10^-11 ⋅ J_a³

(3) Случай, когда 6 ч./млн масс. ≥ [S]_e0 > 5 ч./млн масс

A = 8,1965 × 10^-2 + 2,8943 × 10^-4 ⋅ J_a - 2,4923 × 10^-7 ⋅ J_a² + 1,1083 × 10^-10 ⋅ J_a³

-B = 1,2833 × 10^-1 + 2,2380 × 10^-4 ⋅ J_a - 1,5197 × 10^-7 ⋅ J_a² + 5,8263 × 10^-11 ⋅ J_a³

(4) Случай, когда 5 ч./млн масс. ≥ [S]_e0 > 4 ч./млн масс.

A = 1,0012 × 10^-1 + 2,4337 × 10^-4 ⋅ J_a - 1,8788 × 10^-7 ⋅ J_a² + 8,3450 × 10^-10 ⋅ J_a³

-B = 1,4139 × 10^-1 + 2,0718 × 10^-4 ⋅ J_a - 1,4623 × 10^-7 ⋅ J_a² + 6,2218 × 10^-11 ⋅ J_a³

(5) Случай, когда 4 ч./млн масс. ≥[S]_e0

А = 1,4236 × 10^-1 + 1,6594 × 10^-4 ⋅ J_a - 9,1710 × 10^-8 ⋅ J_a² + 4,0404 × 10^-10 ⋅ J_a³

-B = 1,7774 × 10^-1 + 1,4833 × 10^-4 ⋅ J_a - 7,9567 × 10^-8 ⋅ J_a² + 3,4848 × 10^-11 ⋅ J_a³

Затем на стадии 2, используя значение А и значение В, определённые на стадии 1, равновесную концентрацию S [S]_ea (ч./млн масс.) при приложении разности потенциалов рассчитывают по приведённой ниже формуле (3). На фиг. 2 показана плотность подаваемого тока J_a (А/м²) по оси абсцисс и равновесная концентрация S [S]_ea (ч./млн масс.) по оси ординат, как показано в соответствии с вышеописанной классификацией случаев. Из фиг. 2, можно получить подаваемую плотность тока J_a и соответствующую равновесную концентрацию S [S]_ea.

[S]_ea == e x p (-B / A) … (3)

Используя фиг. 2, можно получить для равновесной концентрации S [S]_e0 перед приложением разности потенциалов информацию о минимальной плотности подаваемого тока J_a, необходимой для создания равновесной концентрации S [S]_ea, когда приложена разность потенциалов, равной или меньшей, чем целевая концентрация S [S]_ft после завершения процесса десульфурации. Предпочтительно, чтобы равновесная концентрация S [S]_ea при приложении разности потенциалов была ниже, чем целевая концентрация S [S]_ft после завершения процесса десульфурации.

Например, в случае, когда равновесная концентрация S [S]_e0 перед приложением разности потенциалов составляет 8 ч./млн масс., а целевая концентрация S [S]_ft после завершения процесса должна составлять 5 ч./млн масс., по результату расчёта по формуле определения (2) плотность прилагаемого тока J_a можно оценить равной около 20 А/м² или выше

Поскольку скорость десульфурации определяется как -d[S]/dt = k⋅(A/V)⋅([S] - [S]_e), как описано выше, кроме снижения равновесной концентрации S [S]_e, увеличение общего коэффициента k массопереноса также может увеличить скорость десульфурации.

При сравнении общего коэффициента массопереноса k_a (м/с) при приложении разности потенциалов и общего коэффициента массопереноса k₀ (м/с) до приложения разности потенциалов было обнаружено, что отношение k_a/k₀ (-) между этими общими коэффициентами массообмена зависит от подаваемой плотности тока J_a, как показано на фиг. 3.

Из фиг. 3, наклон степени увеличения общего коэффициента массообмена невелик при плотности подаваемого тока J_a, превышающей 1000 А/м². Таким образом, нельзя ожидать, что при превышении 1000 А/м² увеличение подаваемой плотности тока J_a будет иметь возрастающее влияние на общий коэффициент массопереноса. Поэтому предпочтительно, чтобы подаваемая плотность тока J_a была установлена равной 1000 А/м² или ниже.

При расчёте величины тока I_a (А) = Ja × A, который должен быть пропущен по цепи, исходя из плотности подаваемого тока J_a (А/м²), полученной, как описано выше, предпочтительно, чтобы площадь контакта (м²) между шлаком и жидким чугуном, загруженными в ёмкость, можно использовать в качестве площади А. В действительности, однако, точная площадь контакта часто неизвестна из-за перемешивания жидкого чугуна и т.д. Поэтому также допустимо использовать для расчёта площадь внутреннего поперечного сечения (м²) устройства в месте границы раздела шлак-жидкий чугун с учётом изолирующего огнеупора 2, облицовывающего ёмкость 1. Это связано с тем, что сам шлак 4 выступает как положительный электрод (анод), а жидкий чугун 3 выступает как отрицательный электрод (катод) через электропроводящие материалы. Автор настоящего изобретения подтвердил, что изменение соотношения между площадями поперечных сечений передних концевых частей соответствующих электропроводящих материалов 5 на стороне шлака 4 и на стороне жидкого чугуна 3 не повлияло на достигнутую концентрацию S или скорость десульфурации.

Примеры

Далее будут подробно описаны примеры настоящего изобретения. Используя устройство, имеющее конфигурацию, показанную на фиг. 1 (а), бинарный шлак CaO-Al₂O₃, тройной шлак CaO-Al₂O₃-MgO или четверной шлак CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO добавляют к жидкому чугуну при температуре 1400 - 1650°C. В шлаке подводящий электропровод соединён с плюсовым электродом (положительным электродом) внешнего источника питания через графитовый стержень, а в жидком чугуне подводящий электропровод подключён к минусовому электроду (отрицательному электроду) внешнего источника питания через блок MgO-C, и в цепи пропускают постоянный ток с использованием стабилизированного источника питания постоянного тока.

Состав шлака, активность кислорода в жидком чугуне, температуру и количество подаваемого шлака регулируют таким образом, чтобы равновесная концентрация S [S]_e0 перед приложением разности потенциалов принимала следующие пять уровней: 11,0, 8,0, 5,5, 4,5 и 3,8 ч./млн масс.

Для подаваемой плотности тока J_a (А/м²) значение A и значение B получают из вышеописанных формул определения (1) - (5), и подаваемую плотность тока J_min (A/м²), при которой равновесная концентрация S [S]_ea при приложении разности потенциалов соответствует целевой концентрации S [S]_ft по завершении процесса, была получена с помощью описанных выше стадий 1 и 2. Источником тока служит стабилизированный источник питания постоянного тока с плотностью подаваемого тока J_a, установленной по следующим трём характеристикам: а) ниже полученного значения J_min; б) не ниже полученного значения J_min и не выше 1000 А/м²; и (c) более 1000 А/м².

Для подаваемого тока значение, полученное как произведение площади поперечного сечения A (м²) устройства на верхнем конце части, в которую загружен жидкий чугун, и подаваемой плотности тока J_a (A/м²) используют в качестве заданного значения тока I_a (А) стабилизированного источника питания постоянного тока, и этот ток поддерживают в течение времени процесса десульфурации ta (мин).

Испытания проводили в диапазоне 0,018 - 18 м² площади поперечного сечения А устройства на верхнем конце части, куда загружен жидкий чугун, и в диапазоне от 6,8 кг до 280 т количества жидкого чугуна. В таблице 2 показаны условия испытаний и результаты. В столбце «Оценка» кружками отмечены те испытания, в которых достигнутая концентрация S [S]_fa не превышала целевую концентрацию S [S]_ft, а крестиками отмечены те испытания, в которых достигнута концентрация S выше [S]_ft. В таблице 2 также приведены равновесная концентрация S [S]_ea при приложении разности потенциалов, отношение k_a/k₀ (-) между общими коэффициентами массообмена при десульфурации, время процесса ta и скорость десульфурации -d[S]/dt (ч./млн масс./мин). Здесь для времени процесса ta равновесная концентрация S [S]_ea при приложении разности потенциалов и общий коэффициент массообмена k_a заменены значениями в линейной формуле (приведённой выше) изменений во времени концентрации S [S] относительно реакции десульфурации, чтобы тем самым предсказать изменения концентрации S [S] с течением времени. Было предсказано время, в течение которого достигаемая концентрация S [S]_fa становилась ниже значения, полученного путём добавления 0,5 ч./млн масс. к равновесной концентрации S [S]_ea, и это время использовали в качестве времени процесса ta.

Таблица 2

На каждом из уровней, в испытаниях, в которых минимальная заданная плотность подаваемого тока J_min не соблюдалась (№ 2, 10, 16, 20 и 24), концентрация S [S]_fa, полученная за то же время процесса была меньше, чем в испытаниях, в которых ток не пропускался (№ 1, 9, 15, 19 и 23), но не удалось достичь целевой концентрации S [S]_ft. С другой стороны, в испытаниях, в которых пропускался ток с плотностью не ниже минимально необходимой подаваемой плотности тока J_min (№ 3 - 8, 11 - 14, 17, 18, 20, 21 и 25 - 27), достигнутая концентрация S [S]_fa была снижена до целевой концентрации S [S]_ft или ниже.

В испытаниях, в которых пропускали ток при плотности подаваемого тока выше 1000 А/м² (№ 8 и 14), как достигнутая концентрация S [S]_fa, так и время процесса ta были эквивалентны таковым в испытаниях. в котором пропускали ток с плотностью подаваемого тока 1000 А/м² (№ 7 и 13). Это свидетельствует о том, что пропускание тока с плотностью тока, превышающей 1000 А/м², не оказывает существенного влияния, по меньшей мере, на достигаемую концентрацию S и скорость реакции десульфурации.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение позволяет снизить концентрацию S, достигаемую за фиксированное время процесса, сохраняя при этом низкое энергопотребление, и может обеспечить снижение производственных затрат. Настоящее изобретение целесообразно применять не только для десульфурации расплавленного металла, но также и для рафинирования, при котором преобладает электрохимическая реакция на границе раздела. Список ссылочных позиций

1 Емкость

2 (Изолирующий) огнеупорный материал

3 Жидкий чугун

4 Шлак

5 Электропроводящий материал

6 Электропровод

7 Стабилизированный источник питания постоянного тока.

Изобретение относится к металлургии, в частности к десульфурации расплавленного металла. Осуществляют подачу разности потенциалов между расплавленным шлаком и расплавленным металлом посредством электродов с применением источника питания постоянного тока. Подаваемая плотность тока определяется в соответствии с равновесной концентрацией серы перед приложением разности потенциалов таким образом, чтобы равновесная концентрация серы при приложении разности потенциалов стала равной или ниже заданной концентрации серы. Изобретение позволяет проводить процесс десульфурации расплавленного металла за короткое время путем увеличения скорости десульфурации без пропускания избыточного тока путем переноса серы из расплавленного металла в жидкий шлак электрохимическим способом. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

1. Способ десульфурации расплавленного металла, включающий приложение, с помощью источника питания постоянного тока, разности потенциалов между расплавленным шлаком и расплавленным металлом посредством электродов, при этом один из электродов, контактирующий с расплавленным металлом, служит отрицательным электродом, а другой электрод, контактирующий только с расплавленным шлаком, служит положительным электродом,

отличающийся тем, что определяют подаваемую плотность тока J_a в соответствии с равновесной концентрацией [S]_e0 серы перед приложением разности потенциалов таким образом, чтобы равновесная концентрация [S]_ea серы при подаче разности потенциалов стала равной или ниже заданной концентрации [S]_ft серы S.

2. Способ десульфурации расплавленного металла по п. 1, отличающийся тем, что расплавленный металл представляет собой жидкий чугун, причем при определении подаваемой плотности тока J_a (А/м²) выполняют:

стадию 1, на которой с использованием приведённых ниже формул (1) и (2) определяют значение А и значение В на основе коэффициентов, перечисленных в таблице, которые получены исходя из равновесной концентрации серы [S]_e0 (ч./млн масс.) перед приложением разности потенциалов; и

стадию 2, на которой с использованием приведённой ниже формулы (3), на основе значения A и значения B, определённых на стадии 1, вычисляют равновесную концентрацию серы [S]_ea (ч./млн масс.) при приложении разности потенциалов и определяют подаваемую плотность тока J_a таким образом, чтобы расчётная равновесная концентрация серы [S]_ea стала равной или ниже заданной концентрации серы [S]_ft (ч./млн масс.):

3. Способ десульфурации расплавленного металла по п. 2, отличающийся тем, что подаваемую плотность тока J_a устанавливают равной 1000 А/м² или ниже.