В сталеплавильном производстве сера считается одной из самых вредных примесей. В то время как сера может растворяться в жидкой стали до бесконечности, её растворимость в твёрдом железе крайне мала, всего около 0,015–0,020%. При затвердевании расплавленной стали сера выделяется в виде FeS (сульфида железа), который, соединяясь с железом, образует легкоплавкую эвтектику Fe-FeS. Эти соединения распределяются по границам зёрен, образуя непрерывную или прерывистую сеть, что делает сталь склонной к образованию трещин при горячей обработке.
Если в расплавленной стали содержится большое количество FeO, FeS может соединяться с FeO, образуя ещё одно эвтектическое соединение с ещё более низкой температурой плавления – 940 °C, что повышает риск горячеломкости. Поскольку сера имеет тенденцию к сегрегации на конечной стадии кристаллизации, образование таких соединений становится более выраженным, что значительно снижает качество стали.
Вредное воздействие серы в стали
Сера может вызывать множество проблем в стальных изделиях, в том числе:
- Снижение механических свойств. Включения серы и сульфидов снижают поперечные механические характеристики стали, в частности, снижая ударную вязкость.
- Ускоренная коррозия. В атмосферостойкой и коррозионно-стойкой стали сульфиды являются основной причиной локальной точечной коррозии.
- Ухудшение магнитных свойств. В ферромагнитных материалах сера увеличивает потери железа и снижает магнитную проницаемость.
- Плохая свариваемость. Включения сульфида марганца могут вызывать горячие трещины в зоне термического влияния сварных швов, что снижает свариваемость стали.
При непрерывной разливке стали высокое содержание серы может также непосредственно приводить к появлению поперечных трещин в заготовках, создавая серьезные проблемы для стабильности производства.
Источники серы в стали
Сера попадает в сталь в основном через сырьевые материалы, в том числе:
- Чугун (чугун)
- Кокс
- Ферросплавы
- Шлаковые материалы
- Стальной лом
Поэтому эффективный контроль содержания серы в сырье имеет решающее значение для производства высококачественной стали.
Почему десульфурация невозможна без шлака?
При электросталеплавильном производстве и вторичной очистке стали большинство реакций десульфурации происходит при взаимодействии расплавленной стали со шлаком. Стальной шлак поглощает серу и реагирует с вводимыми десульфурирующими агентами, образуя капли, богатые сульфидами, которые отделяются от стали. Небольшая часть серы удаляется в виде газообразных сульфидов.
Это означает, что шлак играет незаменимую роль в процессе десульфурации. Без шлака было бы крайне сложно добиться эффективного удаления серы при выплавке стали.
