azufre
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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).