Azufre

Número atómico 16

Densidad, 20 ° C (68 ° F) 2,05 g / cm 3

Peso atómico 32,066

Punto de fusión 119 ° C (300 ° F)

Punto de ebullición 444,6 ° C (832,3 ° F)

GENERAL

El azufre es a menudo considerada como una impureza en el acero, que se

reduce a los límites de viabilidad. Sin embargo, los aceros que se van a

mecanizar requieren un cierto contenido mínimo de azufre para la formación de

viruta apropiada. Cuando mecanizado constituye una fracción importante del

costo de los productos finales, muchos tipos de acero (carbono, aleación, y con

menos frecuencia inoxidable) están intencionalmente resulfurado precisamente

por esta razón.

DESULFURACIÓN

Salvo en los casos en los que se agrega para la maquinabilidad, o donde

residuales contenidos de azufre de aproximadamente 0,040% máx. son

tolerables, el objetivo habitual de hierro y acero es para reducir el azufre a

niveles bajos, consistente con los requisitos de propiedades mecánicas. Para la

placa de alta resistencia y adicionales productos de barras de calidad, esto

puede significar la eliminación de azufre a menos de 0,005%. Hay varios

medios comerciales ahora disponibles y son ampliamente utilizados para lograr

este grado de limpieza, como se describirá. En primer lugar, hay que señalar

que la eliminación eficaz de azufre a partir de acero líquido o hierro depende

específicos metalúrgica, es decir, termodinámicos, condiciones. Aunque las

condiciones varían con el tipo de sistema de eliminación de azufre, la mayoría

requieren que bajo condiciones reductoras (presencia FeO) se mantenga.

También, es importante que la escoria, y por lo tanto refractario, condiciones

ser básicos (alta V o V ^ relación I) y que la temperatura preferiblemente ser de

alta, el último debido al hecho de que la eliminación de azufre es generalmente

endotérmico. Mientras que el azufre puede ser eliminado en cualquier lugar

entre el alto horno y la cuchara de colada, ahora se acepta generalmente que

los mayores beneficios de costo se obtienen cuando se lleva a cabo a

principios de desulfuración, en la fase de metal caliente.

La necesidad insaciable del BOF o BOP-Q para el metal caliente fomentado el

uso de menos de piedra en el BF, lo que aumenta la capacidad, sino también

aumentar el contenido en azufre de metal caliente en consecuencia. La

eliminación de este exceso de azufre en el BOF / BOP-Q fue mucho tiempo,

requiriendo a menudo una afterblow que no era muy fiable. Por supuesto, el EF

puede quitar fácilmente de azufre al atraparlo en una escoria desmontable,

pero pocos FAs tomar metal caliente en la carga. LMFs han ayudado a resolver

ese problema. En cualquier caso, las condiciones termodinámicas y

económicas junto dio el visto bueno para el desarrollo (en realidad

reurbanización, ya que los principios y las prácticas de algunos eran bien

conocidos ya en la década de 1950) de las técnicas de desulfuración de metal

calientes ahora empleados en todas las acerías más importantes.

Todos estos procesos se basan en el contacto entre el azufre en el hierro y un

agente de desulfuración capaz de formar un sulfuro no soluble, que podría

elevarse a la escoria. De todos los agentes de desulfuración en uso, la mayoría

contienen uno o más de los metales alcalinos, por lo general de calcio o

magnesio. Son relativamente barato, ampliamente disponible, y altamente

reactivo. En realidad, a menudo son demasiado reactivos y debe ser diluido o

disperso a fin de evitar la ebullición violenta en el recipiente. En todos los

casos, es importante que el desulfurador de permanecer en contacto íntimo con

el metal caliente durante tanto tiempo como sea posible, y que todo el metal en

contacto durante el proceso. Para lograr esto, se emplea la inyección

neumática.

El carburo de calcio y alguna forma de magnesio con frecuencia se inyecta. Es

importante que el carburo de ser finamente dividido, ya que no es volátil y la

reacción con azufre se produce sólo en las superficies de las partículas. Por lo

tanto, los tamaños finos maximizar el área de reacción. El magnesio, por otro

lado, se volatiliza bastante violenta, tanto es así que puede conducir a riesgos

de derrames y seguridad. Por consiguiente, se diluyó con cal, dolomita, o

aleado con aluminio. Mezclas típicas, por diversos procesos, ejecute 10 a 20%

de magnesio en polvo, la cal equilibrio. Estas mezclas se inyecta en el vaso

(cuchara de colada caliente de transferencia de metal, mezclador, cuchara

submarino, etc) por medio de una lanza refractaria, utilizando argón o nitrógeno

como gas portador. El gas, además de actuar como propelente, da una acción

adicional de agitación para dispersar la sustancia reaccionante. Hay recogida

poco nitrógeno, incluso cuando puro N 2 se utiliza como un portador. La

elección de usar magnesio o carburo de calcio por lo general se basa en que

es más barato o más disponibles en el momento, aunque el magnesio es

termodinámicamente el agente más activo. Muchos procesos están diseñados

de modo que puede tomar uno o ambos reactivos.

Cabe señalar que desulfurizers también se prestan a la inyección en los

procesos de fabricación de acero neumáticos, el BOF y Q BOP-. Dolomita o cal

quemada se usa de esta manera. El último tiene la ventaja adicional de

proteger a los forros de magnesia (normalmente 100%) del recipiente de Q-

BOP.

Metal tratado en caliente contendrá menos de - a veces mucho menor que -

0,010% S después de la desulfuración. Con la inyección de cal dolomita o

quemada en los hornos de fabricación de acero básicos de oxígeno, esto se

puede reducir aún más. En el horno eléctrico, el azufre puede entrar a través

de la chatarra (que debe ser cuidadosamente separados si un calor bajo

contenido de azufre se debe hacer). Desulfuración Cucharón, un control más

adecuada de azufre, es otro proceso que haya estado en uso generalizado. De

nuevo, puede tomar la forma de la simple adición de material ensacado a la

cuchara de colada por inyección o neumático. Los compuestos de calcio, 2

normalmente ya sea CaC o aleaciones de silicio en calcio se inyecta utilizando

argón como gas portador. El nitrógeno también se puede utilizar, pero sólo si

las cantidades residuales que permanecen pueden tolerarse en el producto

final, o si fijadoras de nitrógeno elementos tales como aluminio o titanio están

presentes en cantidad suficiente. Para una discusión de la inyección de

cuchara de colada, ver calcio. Prácticas sintéticos escoria, incluyendo adiciones

de escoria de alúmina relativamente alta de los productores ferrovanadio, por

ejemplo, ayudan también como modernas prácticas de fabricación de acero del

horno de cuchara se han desarrollado empleando escorias sintéticas para la

eliminación de azufre eficaz antes de la colada.

La función de estas adiciones es ya sea para eliminar el azufre en exceso a la

especificada o para controlar la forma de las inclusiones de sulfuro restantes,

en lugar de eliminar completamente. Es simplemente una cuestión de

practicidad y economía: es más barato y más fácil (además de aumentar la

capacidad de BF, como se explicó anteriormente) para eliminar el azufre en la

fase de metal caliente. Sin embargo, una cantidad considerable de azufre

puede ser eliminado en la cuchara de colada.

FORMAS DISPONIBLES

Alambre relleno, flores de azufre palo de azufre y sulfuro de hierro (o pirita,

FeS) son los agentes más comunes resulfurizing. Sulfuro de manganeso (MnS)

y sulfuro de sodio (Na 2 S) o sulfato (Na 2 SO 4) también se utilizan, pero mucho

menos frecuentemente.

Todos los productos mencionados anteriormente son relativamente libre de

impurezas y puede ser utilizado sin peligro de contaminación de acero de otra

manera limpia.

ADEMÁS DE LA PRÁCTICA

Resulfurization se realiza normalmente en la cuchara de colada. Si se añade al

horno, azufre tiende a suprimir la evolución de CO ya que también es un

desoxidante bastante fuerte. Esta propiedad termodinámica puede ser

beneficioso, ya que el MnS que contienen aceros no requerirá de aluminio tanto

para la desoxidación, (silicio que contienen adiciones de aleación se evitan en

el mecanizado de aceros libres desde inclusiones de silicato son perjudiciales

para la maquinabilidad), reduciendo así el coste.

Adiciones de azufre son normalmente en la forma de alambre con núcleo, que

se añaden típicamente a la horno de cuchara. También se puede añadir a la

corriente de tapping. Todos los agentes de adición tienen una baja densidad y

flotarán en la interfase escoria / metal, por lo adición se debe hacer con el

mezclado adecuado en la cuchara de colada para asegurar la disolución

rápida. Sulfuro de manganeso se usa en el mecanizado de aceros inoxidables

libres porque da recuperaciones más consistentes que azufre puro y mejor

morfología y la distribución a los sulfuros. Pure reduce azufre muy por debajo

de las temperaturas de fabricación de acero. También oxida fácilmente en el

aire. Escorias básicas reaccionar con el azufre, que tiende a eliminar de la

solución; escorias por lo tanto debe ser retenida o decantó en un calor que se

resulfurado. A pesar de la posibilidad de pérdida, la recuperación de azufre

normalmente será bastante alta, 85-90%. Se debe recordar que el azufre es

una adición relativamente bajo costo, sino que es sin duda el más barato

agente libre Además de mecanizado.

MATERIAL / FORJA

En ausencia de manganeso, el azufre se combina fácilmente con el hierro para

formar bajo punto de fusión sulfuro de hierro, una fase de límite de grano que

causa fragilidad en caliente severa durante la laminación o forja (ver

manganeso). En los aceros normales, incluso aquellos que han sido contenidos

resulfurado, manganeso son suficientemente altas (Mn / S = 8/1 min.) Para

evitar este problema. Por lo tanto, el azufre aparece en la microestructura como

inclusiones de MnS: si el acero ha sido trabajado en caliente, las inclusiones se

deformará en consecuencia. Su forma y la orientación, junto con la de otras

inclusiones no metálicas, confiere al acero una textura característica, que se

refleja en la ductilidad direccional y propiedades de impacto. En alta resistencia

Productos laminados planos, donde isotropía direccional es importante, esta

textura es definitivamente perjudicial. Evitando que ha sido la base para el

desarrollo de aceros modernos, azufre extremadamente bajas y la tecnología

de control de inclusión forma.

TRATAMIENTO TERMICO

El azufre es sólo escasamente soluble en acero (aproximadamente 0,003%) y

no toma parte en calor normal de tratamiento de las reacciones.

APLICACIONES

Acero que debe ser mecanizado puede contener azufre para romper las virutas

y reducir el desgaste de la herramienta. Las excepciones son los aceros de

calidad aeronáutica que, a pesar de maquinabilidad reducido, se han reducido

contenido de azufre en aras de la mejora de las propiedades mecánicas.

Aceros de aleación comunes contendrá no más de 0,04% de S. libres de

mecanizado de aceros resulfurado de carbono en la serie AISI / SAE 11XX

contienen 0.08-0.13% S, pero el AISI / SAE 12XX serie lleva hasta S 0.24-

0.33% (y-0.04 0,09% de P). Resulfurado aceros inoxidables, tales como los

tipos 303 y 416, contienen hasta un 0,35% S.

Las propiedades direccionales de ductilidad y de impacto de los aceros de

placas se reduce por la presencia de sulfuros de manganeso alargados y otras

inclusiones. Por esta razón, el azufre se puede mantener tan bajo como

0,005% o menos en estos productos, en particular cuando se utilizan para

aplicaciones críticas tales como tubería de línea de grado ártico y la placa de

barco. Cabe mencionar, sin embargo, de lo que se ha denominado la "paradoja

de azufre" en aceros HSLA. El aumento del contenido de azufre de un nominal,

por ejemplo 0,008% a 0,060% disminuye el nivel de Charpy estante superior,

elevando así la temperatura de transición fijada por una energía de impacto

dada. Sin embargo, cuando la energía de transición se define en, por ejemplo,

zona de cizalladura 85% en un Ensayo de desgarro Battelle Drop-Peso

(BDWTT), la tendencia es exactamente lo contrario. El contenido de azufre

especificado para un acero dado tanto, debe basarse en los parámetros de

diseño establecidos.

Otras consideraciones son también importantes, sin embargo. Alto contenido

de azufre son conocidos por aumentar las tasas de corrosión en ciertos

ambientes. Promueven la corrosión bajo tensión y el agrietamiento inducido por

hidrógeno, posiblemente, a través de electroquímica o "envenenamiento"

efectos (véase el hidrógeno).