Фосфор попадает в ваграночный чугун из металлической шихты, в компонентах которой он содержится в виде Fe2P. При плавке в кислой вагранке фосфор вначале легко окисляется с образованием (FeO) по реакции. Однако в зонах вагранки, где температура превышает 1320 °С, он полностью восстанавливается и возвращается в металл. Таким образом, при плавке в кислой вагранке угар фосфора равен нулю.
Изменение содержания серы при плавке в кислой вагранке. Помимо серы, содержащейся в шихте, в жидкий чугун переходит около половины серы, входящей в состав кокса. Растворение серы начинается уже в зоне нагрева шихты в результате контакта поверхности кусков с S02, образовавшимся при сгорании серы кокса.
Этот процесс имеет практическое значение только при плавке на мелкой шихте, так как за время схода колош он проникает в поверхностные слои шихты на глубину до 0,25 мм. При плавке на обычной кусковой шихте растворение серы протекает наиболее интенсивно при стекании капель чугуна по кускам кокса. В начале плавки наблюдается повышенное содержание серы в металле. Затем, по мере смывания каплями металла углерода и серы с поверхности кокса, последняя пассивируется зольными пятнами, в результате чего содержание серы в металле снижается, а затем стабилизируется.
В соответствии с законом распределения часть серы, растворенной в жидком чугуне, может диффундировать в шлак и состояние равновесия будет определяться константой ее распределения.
В ваграночном процессе состояние равновесия не достигается, поэтому о десульфурирующей способности шлака судят по величине коэффициента распределения серы.
Значение коэффициента а тем ближе к единице, чем меньше вязкость шлака и металла, лучше условия их контакта и перемешивания.
Таким образом, в результате диффузии серы из металла в кислый шлак первоначальное содержание серы в металле уменьшится не более чем в 1,12 раза и поэтому десульфурирующую способность кислого шлака следует оценить как низкую.
По практическим данным содержание серы в чугуне при кислой ваграночной плавке зависит, главным образом, от качества кокса и его расхода, и составляет 0,1... 0,14 %. Это количество серы допустимо лишь для обычных серых чугунов.
Увеличение десульфурирующей способности кислого шлака на 10...20 % достигается при замене части извести жженой магнезией и увеличении содержания в шлаке МпО. Для этого в печь вводят доломит, пиролюзит или основной мартеновский шлак, содержащий 40... 50 % СаО, 5... 7 % MgO и 8... 12% МпО.