The Role of an Interfacial Product Layer in Magnesium Desulphurization of Molten Iron

Abstract

The desulphurization kinetics of molten iron by magnesium vapour were studied using 60 kg heats of carbon-saturated iron at 1523K. Magnesium dissolution and desulphurization rates, as well as magnesium bubble size, were monitored over sulphur contents ranging from 0.0002 to 0.2% S. The magnesium dissolution mass transfer coefficient (0.046 ± 0.034mm s−1 for 30-mm dia bubbles) was independent of sulphur content and also lower than expected from potential flow theory. Thus the dominant magnesium activity probably held surfactant activity and inhibiting effects at constant levels. Moreover, it was concluded that continuous hydrodynamic shear on the magnesium sulphide coating prevented blockage of the bubble interface. Therefore, magnesium was free to dissolve in the melt in large quantities.Further analysis indicated that most of the desulphurization took place by precipitation on magnesium sulphide inclusions present in the bath: there was good agreement between the experimental rate constant and that predicted for diffusion to the number ofinc1usions observed chemically and metallographically. The “seed” magnesium sulphide inclusions were probably portions of the interfacial product layer stripped from the ascending magnesium bubbles. These particles were quickly eliminated from the melt by bubble and induction stirring, resulting in a steady-state number ofinc1usions. This allowed a pseudo-steady-state model to be developed. Résumé La cinétique de la desulfurisation du fer fondu par de la vapeur de magnésium a été étudiée en utilisant une charge de 60 kg de fer sature en carbone à 1523K. Les taux de dissolution du magnésium et de désulfurisation, ainsi que la taille des bulles de magnésium, ont été suivis pour des teneurs en souffre allant de 0.0002 à 0.2% S. Le coefficient de transfert de masse (0.046 ± 0.034mm s−1 pour la taille des bulles de 30 mm), par la dissolution du magnésium s'est montré indépendant de la teneur en soufre et plus faible que le permettait de prévoir la théorie du flux potentiel. Ainsi, l'activité dominante du magnésium avait probablement maintenue l'activité de surface et les effets inhibiteurs à des niveaux constants. De plus, il fut conclue que le cisaillement hydrodynamique continu sur l'enveloppe du sulfure de magnésium empêche le blocage de l'interface de la bulle. Par conséquent, le magnésium était libre de se dissoudre en grande quantité dans le bain fondu.Une analyse plus poussée a indiqué que la plus grande partie de la désulfurisation avait lieu par précipitation sur les inclusions de sulfure de magnesium présentes dans le bain. La concordance entre les constantes experimentales des taux et celles prevues pour la diffusion en raison du nombre d'inclusions observées chimiquement et par métallographie, était bonne. Les germes des inclusions de sulfure de magnésium étaient probablement des portions du produit de la couche interfaciale qui était enlevée lors de l'ascension des bulles. Ces particules furent rapidement éliminées du bain par les bulles et l'agitation magnétique, pour donner un numbre stationnaire d'inc1usions. Ceci permet de développer un modèle pseudo-stationnaire.