Внепечное рафинирование чугуна и стали
  4.3 Комплексное рафинирование чугуна окислительными шлакообразующими смесями

Основные требования к организации процессов комплексного рафинирования чугуна окислительными шлакообразующими смесями рассмотрены в главе 2.

Промышленные процессы комплексного рафинирования чугуна можно разделить на две группы. К первой из них относятся процессы непрерывного рафинирования, в которых все операции внепечной обработки чугуна выполняются в реакционных желобах на литейных дворах доменных печей. Ко второй группе относятся процессы, в которых все операции рафинирования выполняются в чугуновозных ковшах. К этой же группе большинство авторов относит технологические процессы, которые включают предварительное обескремнивание чугуна в реакционных желобах, после чего в чугуновозных ковшах проводят дополнительное обескремнивание, дефосфорацию и десульфурацию металла.

В качестве примера рассмотрим технологии комплексного рафинирования чугуна, которые применяются на металлургических предприятиях фирмы «Сумитомо киндзоку когё» (Япония). Примером процессов первой группы может служить технология внепечной обработки чугуна на одной из доменных печей завода в г. Касима, схема которой показана на рис. 4.9.

Схема комплексного рафинирования чугуна на литейном дворе доменной печи

Рис. 4.9. Схема комплексного рафинирования чугуна на литейном дворе доменной печи: 1 – доменная печь; 2 – главный желоб; 3 – шлакоотделитель; 4 – желоб для слива доменного шлака; 5 – фурмы подачи реагентов для обескремнивания чугуна; 6 – желоб для слива шлака после обескремнивания; 7 – фурмы подачи реагентов для дефосфорации и десульфурации чугуна; 8 – желоб для слива шлака после рафинирования; 9 – стопор; 10 – чугуновозный ковш

Из доменной печи 1 чугун поступает в главный желоб 2, где при помощи шлакоотделителя 3 доменный шлак отсекают от металла и по желобу 4 удаляют в шлаковые чаши. За шлакоотделителем расположены фурмы 5, предназначенные для вдувания в расплав реагентов для обескремнивания чугуна. Образовавшийся при обескремнивании шлак отделяют от металла с помощью шлакоотделителя и направляют в шлаковые чаши по желобу 6. Реагенты для дефосфорации и десульфурации чугуна вдувают в расплав через расположенные за шлакоотделителем фурмы 7. Образовавшийся при рафинировании шлак также отделяют от чугуна при помощи шлакоотделителя и по желобу 8 направляют в шлаковые чаши, после чего металл поступает в чугуновозный ковш 10.

Для обескремнивания чугуна используют смесь 80% материалов, содержащих оксиды железа (железорудный концентрат, агломерационная пыль, прокатная окалина и др.), и 20% извести. Ввод извести в состав смеси для обескремнивания металла позволяет повысить активность оксидов железа и уменьшить активность кремнезема в образующемся шлаке. При расходе смеси до 40 кг/т содержание кремния в чугуне понижается с 0,5 – 0,3 до 0,2 – 0,1%.

Наиболее высокие показатели десульфурации и дефосфорации чугуна достигнуты при использовании смеси, содержащей 40 – 50% материалов, содержащих оксиды железа, 40 – 50% извести и 10% плавикового шпата, в количестве 60 – 75 кг/т. В качестве транспортирующего газа при вдувании порошкообразных реагентов в металл используется кислород, расход которого составляет около 5 м3/т чугуна.

Температура металла при использовании описанной выше технологии понижается в среднем на 70оС.

Примером процессов второй группы может служить технология рафинирования чугуна в 150-т ковшах миксерного типа на заводе в г. Вакаяма.

Доменные печи этого предприятия выплавляют чугун, содержащий в среднем 0,35% Si , 0,10% P и 0,020% S . Предварительное обескремнивание чугуна до содержания кремния менее 0,15% проводят на желобе доменной печи смесью порошков материалов, содержащих оксиды железа, и известняка. Образовавшийся при этом шлак вместе с металлом поступает в чугуновозный ковш.

По окончанию выпуска ковш транспортируют в отделение дефосфорации, где с помощью вакуумного насоса производительностью 300 кг/мин из ковша удаляют шлак с высоким содержанием кремнезема. Для последующего рафинирования чугун продувают смесью из 20 – 40% извести, 5 – 25% известняка, 47% материалов, содержащих оксиды железа, и 8% плавикового шпата, после чего повторно удаляют ковшевой шлак. Сообщается, что после такой обработки чугун содержит 0,025% P и не более 0,010% S. При этом температура чугуна составляет 1280 – 1350оС.

Опыт освоения непрерывной комплексной обработки чугуна на желобе доменной печи показал, что при ее использовании, в сравнении с традиционными методами обработки металла в чугуновозных ковшах, существенно снижаются капитальные затраты, а температура чугуна после непрерывного рафинирования выше в среднем на 100оС.

Главным недостатком описанных выше технологий обработки чугуна окислительными шлаками на основе оксида кальция, общим для процессов первой и второй группы, являются необходимость использования рафинирующих смесей сложного состава и высокие их расходы, которые в зависимости от исходного содержания кремния и фосфора в металле могут достигать 100 кг/т чугуна и более.

В ходе поиска шлаков, обладающих более высокими значениями сульфидной и фосфатной емкости, была показана целесообразность использования для обработки чугуна кальцинированной соды.

Примером процесса, основанного на комплексном рафинировании чугуна с использованием кальцинированной соды, может служить технология обработки металла в 400-т ковшах миксерного типа на металлургическом предприятии в г. Касима.

Предварительное обескремнивание чугуна ведут на желобе доменной печи при помощи окислительных смесей на основе оксидов железа и марганца. Образовавшийся при этом шлак вместе с металлом поступает в чугуновозный ковш.

После наполнения ковш транспортируют в отделение дефосфорации, где проводят окончательное обескремнивание чугуна. С этой целью используют дробленый конвертерный шлак, который вдувают в металл в потоке азота с расходом 400 кг/мин. Образовавшийся при обескремнивании чугуна шлак удаляют из ковша при помощи вакуумного насоса производительностью 600 кг/мин. Дальнейшее рафинирование ведут путем вдувания в чугун карбоната натрия в потоке азота, после чего образовавшийся шлак также удаляют из ковша. Сведения об изменении химического состава чугуна на различных этапах рафинирования представлены в табл. 4.3.

Сообщается, что при расходе кальцинированной соды до 20 кг/т степень дефосфорации и десульфурации чугуна достигает 90%. Температура чугуна по окончанию комплексного рафинирования составляет 1210 – 1220оС.

Табл. 4.3. Сведения об изменении состава чугуна при комплексном рафинировании

Сведения об изменении состава чугуна при комплексном рафинировании

Главным недостатком описанной выше технологии является то, что шлаки с высоким содержанием оксида натрия требуют специальных способов переработки. Технология переработки таких шлаков обычно включает следующие основные операции: измельчение шлака; выщелачивание его промывочной жидкостью при температуре 55 – 75оС и величине pH 9 – 12; продувку полученной суспензии углекислым газом и разделение осадка и фильтрата, из которого выпариванием осаждают карбонат натрия.

  4.3 Комплексное рафинирование чугуна окислительными шлакообразующими смесями
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ