Сера, являющаяся, как известно, вредной примесью для литейных сплавов на основе железа, имеет неограниченную растворимость в жидком железе. Удаление серы из расплава железа затруднено тем, что ее сродство к кислороду меньше, чем у основного металла — железа. Кроме того, концентрация серы в металле значительно меньше, чем основного металла. Поэтому при вводе кислорода в расплав окисляется не сера, а железо. Таким образом, термодинамические предпосылки для удаления серы из расплавов железа путем окислительного рафинирования отсутствуют.
Для десулъфурации железоуглеродистых сплавов необходимо получить соединения серы, прочные и нерастворимые в железе, переходящие в шлак. Этого можно добиться двумя путями:
1) диффузионным способом
2) осаждением.
В первом случае, при диффузионном способе процесс десульфурации протекает на границе металл—шлак. В качестве реагента, обеспечивающего получение прочного соединения серы, нерастворимого в металле, используется оксид кальция — СаО, дешевый и недефицитный материал (известь).
Учитывая, что активности веществ пропорциональны их концентрациям, анализ уравнения позволяет сформулировать два важнейших условия успешного развития процесса десульфурации в простейшем для понимания и практического использования виде:
1) высокая концентрация СаО в шлаке, или в металлургических терминах — высокая основность шлака;
2) низкая концентрация FeO в металле и шлаке.
Однако полнота протекания процесса десульфурации зависит не только от термодинамических факторов. В значительной мере она определяется кинетикой взаимодействия веществ, поскольку эти процессы далеки от равновесных. Исследования, подтвержденные практикой, показали, что процесс десульфурации в большинстве случаев лимитируется диффузией в шлаке исходных веществ и продуктов реакции. Скорость диффузионных процессов в шлаке возрастает со снижением вязкости шлака, с повышением его температуры.
Напомним, чтобы различать фазы при рассмотрении металлургических процессов, вещества, находящиеся в жидком металле, заключаются в прямоугольные скобки, а вещества, находящиеся в шлаке, — в круглые скобки и вещества, принадлежащие газовой фазе, — в фигурные скобки.
Из этого следует третье важнейшее условие успешного протекания процесса десульфурации: 3) высокая температура шлака.