Внепечное рафинирование чугуна и стали
  4.2 Десульфурация чугуна магнием в крупных заливочных ковшах сталеплавильных цехов

В связи с высокой стоимостью магния в последние годы металлургические предприятия отказываются от десульфурации металла в чугуновозных ковшах и выполняют эту операцию в крупных заливочных ковшах сталеплавильных цехов.

Среди главных причин, которые позволяют существенно сократить расход магния при обработке чугуна в крупных заливочных ковшах, можно выделить следующие:

  • переход к десульфурации чугуна в крупных заливочных ковшах позволяет увеличить глубину ввода магния в металл до 4 м и более, в то время, как при обработке в 140-т чугуновозных ковшах она обычно не превышает 2,0 – 2,3 м;
  • в заливочных ковшах десульфурация чугуна проводится при минимально возможной температуре и, следовательно, низкой окисленности обрабатываемого металла;
  • при обработке чугуна в заливочных ковшах появляется возможность регулирования необходимой глубины десульфурации металла для каждой плавки.

Переходу к десульфурации металла в заливочных ковшах во многом способствовало и то, что для доставки чугуна из доменного цеха металлургические предприятия начали использовать ковши миксерного типа. При обработке чугуна в ковшах миксерного типа возможная глубина ввода магния в металл меньше, чем в чугуновозных ковшах обычной конструкции. Кроме того, значительные трудности возникают при удалении сернистого шлака из миксерных ковшей после обработки.

Организацию работ по десульфурации чугуна в крупных заливочных ковшах можно рассмотреть на примере кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) ОАО «Алчевский металлургический комбинат». Это предприятие первым из металлургических заводов Украины освоило технологию десульфурации чугуна продувкой смесью гранулированного магния и порошкообразной флюидизированной извести в 300-т заливочных ковшах ККЦ с использованием оборудования, изготовленного по лицензии фирмы «Polysius AG» (Германия).

В основном здании ККЦ ОАО «Алчевский металлургический комбинат» установлены два 300-т конвертера комбинированного дутья. Вблизи конвертеров расположены два отделения десульфурации («Северное» и «Южное») производительностью 3 млн. т в год каждое. В состав каждого из отделений десульфурации входят две камеры десульфурации и скачивания шлака и собственное отделение перелива чугуна. Организация работ по десульфурации чугуна в ККЦ поясняется схемой на рис. 4.7.

Схема организации работ по десульфурации чугуна в ККЦ ОАО Алчевский металлургический комбинат

Рис. 4.7. Схема организации работ по десульфурации чугуна в ККЦ ОАО «Алчевский металлургический комбинат»: 1 – миксерный чугуновозный ковш; 2 – самоходный чугуновоз; 3 – заливочный ковш; 4 – транспортировка ковша краном в камеру десульфурации; 5 – шлаковая чаша на стенде; 6 – кантовательный стенд заливочного ковша; 7 – машина скачивания шлака; 8 – платформа-крышка камеры десульфурации с патрубком для отвода отходящих газов; 9 – фурма-зонд; 10 – фурма для вдувания реагентов в чугун; 11 – трубопровод подачи азота для донной продувки; 12 – камера десульфрации; 13 – пневмокамерный насос для вдувания десульфураторов в чугун; 14 – суточный бункер запаса десульфураторов; 15 – промежуточный пневмокамерный насос-транспортер; 16 – бункер запаса десульфураторов; 17 – автоцистерна

Гранулированный магний и порошкообразную известь в специальных автоцистернах доставляют на разгрузочную станцию расположенного в отдельном здании отделения хранения материалов и пневмотранспортом перегружают в бункеры запаса емкостью 100 м3, один из которых предназначен для хранения магния, а два других – извести. В качестве транспортирующего газа при перегрузке и инжектировании реагентов в металл используется азот под давлением не менее 10 бар (1 МПа). В аварийных ситуациях предусмотрена возможность использования в качестве транспортирующего газа аргона.

Бункеры запаса оборудованы датчиками уровня материалов и весовым табло для контроля массы материалов в бункере. Во избежание подсосов воздуха в бункерах запаса постоянно поддерживают избыточное давление 2 – 5 мбар (200 – 500 Па). Бункер запаса гранулированного магния дополнительно оборудован датчиком для определения содержания кислорода в атмосфере и термопарой. При увеличении содержания кислорода в атмосфере бункера запаса магния до 1,0% и температуры до 150оС проводится очистительная продувка бункера азотом.

Из бункеров запаса материалы самотеком поступают в три промежуточных пневмокамерных насоса-транспортера емкостью 1 м3, каждый из которых соединен с одним из бункеров запаса и предназначен для передачи реагентов в один из суточных бункеров запаса «Северного» и «Южного» отделений десульфурации.

В каждом из отделений десульфурации имеются три суточных бункера запаса емкостью 10 м3, один из которых предназначен для гранулированного магния, а два других – для порошкообразной извести. Так же как и бункеры запаса отделения хранения материалов суточные бункеры запаса отделений десульфурации оборудованы датчиками уровня материалов и весовым табло для контроля массы материалов в бункере. Заполнение их производится в автоматическом режиме при снижении уровня материалов в бункерах ниже максимального. Суточный бункер запаса магния дополнительно оборудован средствами контроля содержания кислорода в атмосфере и температуры. Сброс давления и удаление запыленного азота из суточных бункеров запаса проводится через тканевые фильтры и предохранительный клапан для поддержания постоянного избыточного давления 2 – 5 мбар (200 – 500 Па).

Из суточных бункеров запаса десульфураторы самотеком поступают в пневмокамерный насос для вдувания в чугун гранулированного магния емкостью 1 м3 и два пневмокамерных насоса для вдувания порошкообразной извести емкостью 2 м3. Емкость насосов достаточна для обработки одного ковша с чугуном без промежуточной дозагрузки. Из этих насосов гранулированный магний и порошкообразная флюидизированная известь поступают в пневмотрассу, где происходит их смешивание, после чего реагенты вдуваются в металл в массовом соотношении 1:3.

Для вдувания десульфураторов в чугун применяются футерованные жаропрочным бетоном двухсопловые фурмы длиной 6500 мм.

Сопла диаметром 12 мм расположены под углом 90о к продольной оси фурмы в одной плоскости. Расстояние от оси сопел до нижнего торца фурмы составляет 150 мм.

Для доставки чугуна из доменного цеха используются 350-т чугуновозные ковши миксерного типа, которые поступают в отделения перелива чугуна ККЦ по двум железнодорожным путям, проложенным по обе стороны от ямы перелива на отметке ±0 мм. В яме перелива на отметке –9000 мм проложен рельсовый путь, соединяющий отделение перелива чугуна с загрузочным пролетом цеха. По этому пути перемещается самоходный чугуновоз, предназначенный для транспортирования 300-т заливочного ковша, в днище которого вблизи стенки диаметрально противоположной сливному носку установлены две пористые пробки для продувки металла азотом. Чугуновоз оборудован тензодатчиками для взвешивания чугуна в процессе перелива. При переливе металла из чугуновозного ковша в заливочный уровень свободного борта ковша должен составлять не менее 500 мм.

После перелива чугуна в заливочный ковш чугуновоз перемещается в загрузочный пролет. При помощи мостового крана грузоподъемностью 470+100/20 т ковш снимается с чугуновоза и устанавливается на кантовальном стенде в камере десульфурации. В процессе установки ковша на стенд автоматически выполняется подключение продувочных устройств к трубопроводу подачи азота.

При наличии в ковше большого количества шлака перед обработкой может проводиться скачивание шлака из заливочного ковша.

Для этого стенд с ковшом при помощи гидроцилиндра наклоняют в сторону сливного носка ковша, под которым установлена шлаковая чаша. При появлении шлака на сливном носке дальнейший наклон ковша прекращают и проводят частичное скачивание шлака при помощи машины скребкового типа. Во время скачивания шлак отдувается в сторону сливного носка ковша путем продувки металла азотом через пористые пробки в днище с расходом 60 нм3/ч на каждое из продувочных устройств.

Расходы десульфураторов на обработку ковша определяются АСУ технологическим процессом на основании результатов химического анализа проб металла, отобранных из миксерного ковша в доменном цехе после последнего налива чугуна. При этом соотношение между удельными расходами магния и извести на обработку может задаваться в пределах 1:(5 – 7).

Перед началом обработки над камерой десульфурации устанавливают самоходное перекрытие, на котором смонтированы фурмазонд для отбора проб и замера температуры чугуна, а также защитная крышка ковша с патрубком для отвода отходящих газов. После этого крышку ковша опускают, включают систему газоочистки в рабочем режиме, при использовании которого производительность дымососа составляет 300 тыс. нм3/ч, и начинают опускать продувочную фурму.

В первом промежуточном положении (1000 мм от верха ковша) происходит автоматическая остановка фурмы и начинается подача азота.

Затем фурму опускают во второе промежуточное положение (300 мм от верха ковша), при этом вновь происходит автоматическая остановка и начинается подача извести. После этого фурму погружают в обрабатываемый металл. При высоте фурмы над днищем ковша равной 300 мм происходит автоматическая остановка и после выдачи 50 – 70 кг извести начинается подача магния. Обычно скорости подачи магния и извести составляют соответственно 12 и 36 кг/мин, расход транспортирующего газа – 50 – 60 нм3/ч. После выдачи расчетного количества магния в металл вдувают оставшееся количество извести.

При этом продолжительность десульфурации 250 – 280 т чугуна составляет 10 – 20 минут в зависимости от исходной концентрации серы в металле и необходимого содержания ее по окончанию обработки.

После ввода в металл расчетного количества десульфураторов фурму поднимают во второе промежуточное положение, где отключают подачу извести. Затем фурму поднимают в первое промежуточное положение и 2 – 3 раза в течение 2 – 3 секунд подают через фурму азот под давлением 10 бар (1 МПа) для очистки сопел фурмы. После этого фурму поднимают в исходное положение, не прекращая подачу азота до полного подъема фурмы.

После подъема фурмы в исходное положение при помощи фурмы-зонда измеряют температуру металла и отбирают пробу для определения содержания серы в чугуне, крышку ковша поднимают и наклоняют кантовальный стенд в сторону сливного носка ковша.

Продувая металл азотом через пористые пробки в днище, шлак отдувают от задней стенки к сливному носку ковша и скачивают его в шлаковую чашу. По окончанию скачивания шлака стенд возвращают в вертикальное положение.

Визуальное наблюдение за ходом десульфурации чугуна и скачивания шлака ведется с пульта управления с помощью видеокамеры.

Если согласно результатам химического анализа содержание серы в чугуне в результате обработки не понизилось до необходимого уровня, проводят повторную продувку.

По окончанию обработки самоходное перекрытие камеры десульфурации отводят в парковочное положение. Производительность дымососа системы газоочистки уменьшают до 100 тыс. нм3/ч. При помощи заливочного крана, оборудованного тензодатчиками для определения фактической массы заливаемого в конвертер чугуна, ковш снимают со стенда и транспортируют в загрузочный пролет ККЦ.

На рис. 4.8 представлены результаты промышленных исследований эффективности использования магния для десульфурации чугуна в 300-т заливочных ковшах ККЦ ОАО «Алчевский металлургический комбинат», выполненных в первом и втором полугодиях 2009 г.

В первом полугодии 2009 г. были проконтролированы результаты обработки 944 ковшей, масса чугуна в которых изменялась в пределах 228 – 304 т, в среднем составляя 262 т. Температура обрабатываемого чугуна изменялась в пределах 1259 – 1453оС. Концентрация серы в чугуне до обработки находилась в пределах 0,009 – 0,155%, после десульфурации – 0,001 – 0,043%. При этом удельный расход магния составлял 0,054 – 1,44 кг/т чугуна.

Во втором полугодии 2009 г. проконтролированы результаты обработки 940 ковшей, масса чугуна в которых изменялась в пределах 242 – 299 т, в среднем составляя 275 т. Температура обрабатываемого чугуна изменялась в пределах 1350 – 1430оС. Концентрация серы в чугуне до обработки находилась в пределах 0,010 – 0,106%, после десульфурации – 0,002 – 0,047%. Удельный расход магния составлял 0,19 – 0,81 кг/т чугуна.

Полученные при этом результаты представлены на рис. 4.8 в виде зависимости между средними за время обработки значениями степени использования магния на десульфурацию чугуна () и концентрации серы в металле ([]), численные значения которых рассчитывали по уравнениям (2.24) и (2.25). При обработке экспериментальных данных также предполагали, что все количество удаленной из чугуна серы вступало в реакцию с магнием.

Результаты промышленных исследований десульфурации чугуна в 300-т заливочных ковшах

Рис. 4.8. Результаты промышленных исследований десульфурации чугуна в 300-т заливочных ковшах: а – первое полугодие 2009 г.; б – второе полугодие 2009 г.

Статистическая обработка данных на рис. 4.8а показала, что зависимость степени использования магния для десульфурации чугуна от концентрации серы в металле может быть описана уравнением

При найденных значениях коэффициентов в корреляционном уравнении (4.1) величина коэффициента корреляции R=0,729.

Обработка данных на рис. 4.8б показала, что они могут быть описаны аналогичным уравнением вида

Результаты вычислений по уравнениям (4.1) и (4.2) существенно различаются в области значений [] менее 0,010%, что обусловлено малым количеством плавок в этом диапазоне значений [] в массиве экспериментальных данных, приведенном на рис. 4.8б. При более высоких значениях [] результаты расчетов по уравнениям (4.1) и (4.2) с достаточной для практических целей точностью совпадают. Это позволяет считать установленные зависимости достоверными и использовать их для оценки удельного расхода магния на десульфурацию чугуна.

ОДЧ ККЦ ОАО «Алчевский металлургический комбинат» было спроектировано для десульфурации чугуна от исходного содержания серы 0,020 – 0,030% до конечного – 0,005%, что соответствует значениям [] = 0,011 – 0,014%. Сравнение данных на рис. 4.2 с результатами расчетов по уравнению (4.2) показывает, что в результате перехода к обработке металла в 300-т заливочном ковше степень использования магния на десульфурацию чугуна в указанном диапазоне значений [] увеличивается в 1,3 – 1,4 раза.

В табл. 4.2 приведены сведения о нормах расхода гранулированного магния на десульфурацию металла, рекомендованных технологической инструкцией по десульфурации чугуна в ОДЧ ККЦ ОАО «Алчевский металлургический комбинат».

Табл. 4.2. Нормы расхода гранулированного магния на десульфурацию чугуна в 300-т заливочном ковше

Нормы расхода гранулированного магния на десульфурацию чугуна в 300-т заливочном ковше

  4.2 Десульфурация чугуна магнием в крупных заливочных ковшах сталеплавильных цехов
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ