Фосфордың тотығуы мен тотықсыздануы

Балқыма фосфоры тотығады[4]:

1)газ фазасындағы оттегімен
4/5[Р]+О_2г =2/5 (Р₂О₅); ∆G°=619180+175T; (2.61)
2)металл фазасында еріген оттегімен
4/5[Р]+2[О]=2/5 (Р₂О₅); ∆G°= 385220+170T; (2.62)
3)қож фазасының оттегісімен

4/5[Р]+2(FeO)=2/5 (Р₂О₅)+2Fe_c; ∆G°= 143050+66T (2.63)

Үрдіс қожы қышқылды болғанда (бессемерлік үрдіс), фосфаттардың түзілуі шектеулі болып, фосфорсыздану үрдісі орын алмайды деп есептелінеді.

Негізді қожды үрдістің бас кезінде, төмендеу температурада, темір фосфаты негізінен мына реакция бойынша түзіледі

(Р₂О₅)+3(FeO)=(3FeO· Р₂О₅) (2.64)

Әк – темірлі қождың металл фазасымен әрекетінен мына реакция орын алады

1)қождың немесе металдың тотықтырғыштық қабілеті;

2)қождың негізділігі;

3)температура және т.б.

Қождың берілген тотығу дәрежесінде, неғұрлым қож негізділігі жоғары болса, соғұрлым металдан қожға фосфор көп өтеді. Қождың берілген негізділігінде, неғұрлым (FeO) мөлшері көп болса, соғұрлым фосфорсыздану үрдісі жақсы өтеді.

ЛД үрдісі балқымасының жоғары фосфорсыздануын қамтамасыз ететін қождың оңтайлы негізділігі 3,03,5.

Балқыманың фосфорсыздану үрдісінің жылдамдылығына қождың оңтайлы құрамының түзілу қарқындылығы үлкен әсерін тигізеді. Неғұрлым аққыштығы жоғары әк–темірлі қож ертерек түзілсе, соғұрлым фосфордың тотығуы тезірек басталады.

ЛД конвертерінде қож түзілу үрдісін тездету үшін, оттегілік фурманы жоғары деңгейде ұстап, балқыманы үрлегенде негізінен темір тотығып, активті әк–темірлі қождың түзілуі тездейді. Қож түзілу үрдісін жеделдетуде әктің балқу температурасын төмендетіп, қождың аққыштығын жоғарылататын қосымша материалдар қолданылады. Аққыштығы жоғары активті қож түзуде боксит пен балқытқыш шпат қолданыс тапты.

Балқыманың фосфорсыздану үрдісіне оң әсерін тигізетін қож компонентінің бірі MnO. Негізді оксид MnO қождағы О^2– анионының концентрациясын жоғарылатады әрі әктің ерігіштігін арттырады. Сондықтан шойында Mn мөлшері жоғары болса, металдың фосфорсыздануына оң ықпал етеді.

MgO негізді оксид болғанымен, қождың тұтқырлығы мен балқу температурасын жоғарылатып, металдың фосфорсыздануына кері әсер етеді. Хром оксидінің де әсері осындай.

Амфотерлі оксид Al₂O₃ O^2– анионының концентрациясын азайтып, қож негізділігін төмендеткенмен, оның аққыштығын жақсартып, әктің еруін тездетеді. Сондықтан қож құрамында аздаған Al₂O₃ болуы, фосфорсыздану үрдісіне оң ықпал етеді.

Сонымен балқыманың фосфорсыздану үрдісінің негізгі шарттары:

1)тотықтырғыш атмосфера мен тотықтырғыш қождың болуы, қождағы FeO оксидінің жоғары активтілігі;

2)қождың негізділігі мен қождағы СаО активтілігінің жоғары болуы;

3)әк–темірлі қождың тез түзілуі;

4)салыстырмалы төмен температура;

5)қождағы фосфор активтілігінің төмен болуы.

Балқыманы оттегісіздендіру, қосындылау, шөмішке ағызу және құймақалыпқа құю кезінде, болатта фосфор мөлшері жоғарылайды. Фосфор балқымаға ферроқорытпалардан енеді және қождан металл фазасына өтеді.

Күкірт болаттың механикалық беріктігін және пісірілгіштігін төмендетеді, коррозияға төзімділігі мен электртехникалық қасиетін және т.б. нашарлатады. Сондықтан болат қорыту үрдісінде зиянды элемент – күкірт мөлшерін төмендету шаралары жүргізіледі.

Марганці жоғарылау шойынды домна цехынан конвертер цехына жеткізу кезінде күкіртсіздену орын алады.

Оттегі үрлемесінің әсерінен балқыма күкіртінің 6–8%–ы негізінен SO₂ түрінде газ фазасына шығады, ал жалпы балқыманы күкіртсіздендіру негізінен күкіртті металл фазасынан қож фазасына шығару арқылы іске асырылады.

Ең арзан да қолайлы күкіртсіздендіргіш материал – әк. Қож түзілуден бастап, бөліну заңы бойынша L_s=(S)/[S], күкірт металдан қожға өтеді
[FeS]→(FeS) (2.68)
Қож фазасында еріген СаО қож және металл фазасының күкіртімен әрекеттеседі:
(FeS)+(CaO)=(CaS)+(FeO); (2.69)
[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO) (2.70)
Соңғы реакцияның (2.70) тепе–теңдік константасы
K_s=a_(CaS)a_(FeO)/a_[FeS]a_(CaO) (2.71)

осыдан

Қождың күкіртсіңірімділік қабілетін сыйпаттау үшін күкірттің фаза аралық бөліну коэффициентін L_s=(S)/[S] пайдаланады. L_s коэффициентіне әсер ететін негізгі факторлар:

1)температура;

2)қож құрамы;

3)металл құрамы және т.б.

Температура жоғарылаған сайын СаО қожда жақсы еріп, қождың негізділігі артып, күкіртсіздену үрдісі жақсарады.

Күкірттің фаза аралық бөліну коэффициентіне қож құрамының әсері үлкен. Қышқылды қождың (бессемерлік үрдіс) күкіртсіңірімділік қабілеті өте төмен. Сондықтан қышқылды үрдісте металл фазасы күкірттен тазармайды деп есептелінеді.

Негізді қождың күкіртсіңірімділік қабілеті жақсы. Қождың негізділігі жоғары, гомогенді активті және аққыштығы жоғары болса, металл фазасының күкірттен тазаруы жақсарады. FeO мен MnO оксидтері әктің еру үрдісін тездетеді. Қожда SiO₂ мөлшерінің төмен болғаны қолайлы.

Күкірт – беттік активті элемент және күкіртсіздену реакциясы (2.70) металл –қож шекарасында өтетіндіктен, екі фазаның жанасу беті неғұрлым үлкен болса, соғұрлым күкіртсіздену үрдісі жақсы орын алады.

Қазіргі кезде күкіртсіздендіру үрдісі агрегаттан тыс балқыманы шөміште жасанды сұйық қожбен өңдеу арқылы жүргізіледі[11].

А.С.Точинскийдің (Россия) тәсілі бойынша 1938 жылы Р.Перрен (Франция) Южин зауытында электрдоғалы пеш балқымасын шөміште әк – глиноземді қожбен (53–55% СаО; 43–45% Al₂O₃; 3% SiO₂) өңдеу арқылы, оның күкіртін (0,006–0,010%) және металл емес кірінділерін төмендетіп, болат сапасын арттыруға болатынын дәлелдеді.

1953–жылдан бастап С.Г.Воиновтың басшылығымен И.П.Бардин атындағы Қара металлургия орталық ғылыми – зерттеу институтының (Москва қаласы) қызметкерлері металлургиялық зауыттарда болатты шөміште жасанды қожбен өңдеу ғылыми –зерттеу жұмыстарын жүргізе бастап, әк – глиноземді қождың құрамын және болат өңдеу технологиясын жетілдіріп, болат қорыту агрегатының түріне қарамай, конструкциялық, құрал–саймандық және арнайы болаттардың сапасын арттыруды 1963жылы өндірістік жолға қойды. Глиноземнің қымбаттылығынан әк – глиноземді қождың екі варианты ұсынылды: №1 қож өте жоғары қасиетті жоғары сапалы болат алу үшін, №2 қож жоғары сапалы болат үшін (2.1 – кесте).

Қож вариан ты	Қож құрамы, %
	CaO	Al2O3	SiO2	FeO	MgO	Cr2O3	TiO2	C
№1	52–55	38–42	≤3,0	≤1,0	≤3,0	≤2,0	≤0,8	≤0,05
№2	53–57	28–32	8–12	≤1,0	4–6	≤2,0	≤2,0	≤0,05