Sulful este bine solubil în fier și este o sursă de incluziuni de sulfură în oțel. La un conținut scăzut de mangan în metal, se formează în principal sulfura de fier ReB, al cărei punct de topire este de 1193 °C; temperatura eutecticului (30,9% S și 69,1% Fe) este de 985 °C.
La solidificarea lingourilor și a pieselor turnate, sulful se lichidează mai puternic decât alte elemente, provocând o eterogenitate chimică semnificativă. Sursele de contaminare a metalelor cu sulf în timpul fabricării oțelului în cuptoare electrice sunt materialele de încărcare și de formare a zgurii: deșeuri, fontă brută, cocs, var, fluor, feroaliaje și altele.
Creșterea conținutului de sulf în oțel duce la formarea unor pelicule subțiri de sulfură eutectică în jurul cristalelor primare în timpul solidificării lingourilor și a biletelor. În timpul încălzirii, laminării la cald și forjării acestora, legătura dintre cristale este ruptă și se formează fisuri pe suprafața metalului. Acest defect al oțelului se numește rupere roșie. Uneori, sulful este introdus special în metal pentru a crește productivitatea mașinilor de tăiat metale și precizia prelucrării produselor din oțel. Cu toate acestea, conținutul admisibil de sulf în oțelul electric din majoritatea claselor nu depășește 0,025%.
Tehnologia de producție a oțelului în cuptoarele electrice de bază și în instalațiile de retopire cu zgură electrolitică (ESMP) garantează că oțelul nu conține mai mult de 0,005% S.
Carbonul, siliciul și fosforul reduc solubilitatea sulfului în metal, ceea ce se explică prin afinitatea ridicată a acestor elemente față de fier și capacitatea lor de a reduce numărul de atomi de fier care rețin sulful în soluție. Influența manganului asupra reducerii solubilității sulfului în fier se explică prin interacțiunea manganului dizolvat în fier prin reacția de
Creșterea conținutului de mangan crește cantitatea de MnS formată cu o scădere corespunzătoare a cantității de FeS din oțel. În același timp, solubilitatea MnS în oțel este de multe ori mai mică decât solubilitatea FeS. Sulfura de fier se dizolvă atât în metal, cât și în zgură. În conformitate cu legea de distribuție
L = (FeS)/[FeS], lg ((FeS)/[FeS]) = lg ((S)/[ S]) = (2390/T) — 1,76.
Pentru 1600 °C, L = 0,32. Această valoare a coeficientului de distribuție a sulfurii de fier între zgură și fier nu asigură purificarea necesară a metalului de sulf.
În practică, sulful din metal în zgură este transferat prin reacții de formare a sulfurii de calciu, bine solubilă în zgură și insolubilă în metal:
[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO),
(MnS) + (CaO) = (CaS) + (MnO).
Constanta de echilibru a primei reacții este:
K= (FeO) * (CaS)/[FeS] * (CaO) și lg K= — (6042/T) + 1,79.
Pe măsură ce temperatura crește, constanta de echilibru crește
(K15oo°c = 0,024, K1600°c = 0,037, K1700°c = 0,053) și cursul reacției este stimulat în direcția eliminării sulfului din metal. La temperatură constantă în expresia constantei de echilibru, reprezentată prin doi coeficienți:
O creștere a acestuia din urmă implică o scădere a celui dintâi.
Desulfurarea oțelului în cuptoarele electrice de bază este mai reușită atunci când conținutul de FeO scade, iar conținutul de CaO din zgură crește. Dacă în perioada de oxidare coeficientul de distribuție a sulfului este de 3,3 cu 51,4% CaO și 9,24% FeO în zgură, atunci în perioada de reducere (perioada de finisare) acesta ajunge la 32 cu 50,3% CaO și 0,79% FeO în zgură. La dezoxidarea zgurii cu cocs și ferrosiliciu reacțiile de desulfurare a oțelului au forma:
[FeS] + (CaO) + [C] = [Fe] + (CaS) + CO,
[FeS] + (CaO) + 1/2[Si] ⇔ [Fe] + (CaS) + 1/2(Si02).
Creșterea conținutului de CaO în zgură determină creșterea vâscozității și, în acest caz, pentru procesul de desulfurare a metalelor, temperatura topiturii de zgură este crescută și se utilizează aditivi corespunzători. Pe parcursul reacției de eliminare a sulfului este influențată de valoarea saturației de CaS din zgură și de cantitatea de zgură. Pentru desulfurare, cantitatea optimă de zgură bazică este de 3,5-5% din greutatea metalului în cuptoare înainte de topire.
