Effect of physical properties of slag on sulphur removal mechanism during ESR process

Abstract

In this study, the effect of slag's physical properties on the desulphurization process in electroslag remelting (ESR) was investigated. Three different steel grades were used as consumable electrodes in ESR. Each steel was remelted under three slag compositions with different physical and chemical properties. The results obtained showed the efficiency of ESR in removal of up to 68 % of the sulphur contained in the metal. This pronounced effect of ESR on desulphurization is a result of slag/metal and gas/slag reactions. Although the greatest portion of sulphur is removed by gas/slag reaction which is enhanced by using a low viscosity slag, the metal/slag reaction represents the rate controlling step over all the desulphurization process. Slag/metal reaction occurring at the metal droplets/slag interface is the most effective and enhancing by relatively high slag viscosity and high CaO content in the slag. Slag composition (mass contents in %) of 70 CaF2, 15 CaO and 15 Al2O3 has a good combination of chemical reactivity and physical properties for attaining the highest degree of desulphurization among the three investigated slags. Die vorliegende Arbeit behandelt die Wirkung der physikalischen Schlackeneigenschaften auf den Entschwefelungsprozeß beim Elektroschlackeumschmelzen (ESU). Drei Stahlsorten fungierten als ESU-Abbrandelektroden. Jede Sorte wurde unter drei verschiedenen Schlacken mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, physikalischen als auch chemischen Eigenschaften umgeschmolzen. Die Ergebnisse zeigen, daß im ESU-Verfahren bis zu 68% des im Metal vorhandenen Schwefels entfernt werden können. Dieser deutliche Entschwefelungseffekt des ESU-Verfahrens resultiert aus den Grenzflächenreaktionen Schlacke/Metall und Gas/Schlacke. Obwohl der größte Schwefelanteil durch die Gas/Schlacke-Reaktion, die von einer geringen Schlackenviskosität profitiert, entfernt wird, bildet die Metall/Schlacke-Reaktion den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt für den gesamten Entschwefelungsprozeß. Die Schlacke/Metall-Reaktion, die an der Grenzflaäche zwischen Metalltröpfchen und Schlacke abläuft, ist dann besonders effektiv und förderlich, wenn die Schlacke eine relativ hohe Viskosität und hohe CaO-Gehalte aufweist. Eine Schlacke mit Massngehalten von 70% CaF2, 15% CaO und 15% Al2O3 biete eine gute Kombination aus chemischer Reaktionsfreudigkeit und physikalischen Eigenschaften, um den höchsten Entschwefelungsgrad innerhalb der untersuchten Schlacken zu erreichen.