Реакция обессеривания в свете ионной теории шлака

Ионная теория более правильно отражает структуру шлака (хотя нем и имеются группировки типа молекул) и механизм реакций, кроме того, всю совокупность молекулярных реакций (переход FeS из металла в шлак и образование в последнем CaS, MgS и MnS) можно выразить одной ионной реакцией

[Fe] + [S] = (Fe2+) + (S2–),

(11.19)
константа равновесия которой
0499
(11.20)

По данным А. М. Самарина, Л. А. Шварцмана и М. И. Темкина,

0500
(11.21)

В пределах температур сталеплавильной ванны KS почти не зависит от температуры и равна 0,05—0,06. Так как

0501
то
0502
(11.22)

Коэффициент распределения серы между металлом и шлаком

0503
(11.23)
где
?(n+) = n(CaO) + n(MgО) + n(MnО) + n(FeO);
?(n–) = ?(n+) — n(SiO2) — n(P2O5) — n(Al2O3) + n(Fe2O3) + n(S).

Согласно уравнению (11.23) повышению коэффициента распределения серы способствуют: увеличение основности шлака, обеспечивающее рост активности анионов кислорода, ?(n+) и ?(n–); увеличение коэффициента активности серы в металле f[S] посредством повышения в нем концентрации углерода и кремния; уменьшение активности закиси железа и коэффициента активности анионов серы ?(S2-) в результате повышения избытка основных окислов в шлаке.

На основе ионной теории получено выражение для расчета ?S, которое намного проще, чем уравнения, основанные на молекулярной теории, и включает лишь два коэффициента активаности. Если шлак содержит MnO и MgO не более 10% (каждого), то без значительной погрешности можно рассчитать по уравнению Гранта и Чипмена (см. (11.11) и рис. 74) или по выражению (11.23), основанному на ионной теории и учитывающему ?(Fe2+) и ?(S2-).

Используя производственные данные, И. И. Борнацкий определил значение коэффициента активности ?(S) (точнее ?(Fe2+)?(S2-) в зависимости от избытка окиси кальция в шлаке nCaO.изб = n(CаО) — n(SiO2) (рис. 77). Расчетные значения близки к равновесным в конце плавки при наличии гомогенного шлака.