Металлургия стали
  8.1.1 Внедоменная десульфурация чугуна

На современных металлургических предприятиях обязательным является наличие отделений внедоменной десульфурации чугуна (ОДЧ), которые позволяют решать следующие задачи:

  • глубокая десульфурация чугуна для выплавки низкосернистых марок стали;
  • устранение периодического повышения содержания серы в чугуне (до 10 – 15% общего его объема), а также последствий нарушений хода доменных печей, промывок и др.;
  • десульфурация всего количества выплавленного чугуна при работе доменных печей на шлаках пониженной основности с целью снижения расхода кокса.

В промышленных масштабах для десульфурации чугуна в разное время широко использовали порошкообразную известь, кальцинированную соду, порошкообразный карбид кальция и магниевые реагенты.

Известь является наиболее дешевым реагентом, который доступен в практически неограниченных количествах.

Основными его недостатками при использовании в качестве десульфурации чугуна являются:

  • высокие расходы десульфуратора (до 10 – 15 кг/т чугуна);
  • большие потери чугуна со шлаком, который удаляется из ковша после обработки;
  • большие потери температуры чугуна.

Кальцинированная сода (Na2CO3) также является сравнительно дешевым реагентом. После обработки чугуна содой шлаки имеют малую вязкость, в результате чего потери чугуна с ковшевым шлаком практически полностью отсутствуют.

Основными недостатками применения кальцинированной соды в качестве десульфуратора чугуна являются:

  • ограниченная глубина десульфурации металла при подаче соды в ковш под струю чугуна;
  • ресульфурация чугуна после обработки вследствие понижения основности ковшевого шлака в результате разрушения футеровки чугуновозных ковшей в шлаковом поясе;
  • ухудшение санитарно-гигиенических условий в цехе;
  • большие потери температуры чугуна;
  • шлаки с высоким содержанием оксида натрия требуют специальных способов переработки.

Карбид кальция (CaC2) является эффективным десульфуратором чугуна, применение которого позволяет понижать концентрацию серы в металле до 0,005% и менее.

Главными причинами, которые препятствуют широкому использованию карбида кальция в качестве десульфуратора чугуна, являются следующие:

  • в странах СНГ порошкообразный карбид кальция в промышленных масштабах не производится;
  • дробление карбида кальция на металлургических заводах должно выполняться в инертной атмосфере с использованием оборудования во взрывобезопасном исполнении, чем обусловлена высокая его стоимость;
  • интенсивное образование настылей на стенках ковшей и большой объем работ по их очистке;
  • ковшевые шлаки после обработки чугуна карбидом кальция требуют специальных способов переработки.

Магний является наиболее дорогостоящим из применяемых промышленностью десульфураторов. Применение магния позволяет понижать содержание серы в чугуне до 0,002 – 0,005%. При этом расходы десульфуратора минимальны. Пыль и ковшевые шлаки не требуют специальных способов очистки и переработки.

Главным недостатком десульфурации чугуна магнием является необходимость значительного недолива подаваемых на обработку чугуновозных ковшей. В результате исследований, проведенных Институтом черной металлургии МЧМ СССР в 1980 – 1985 г.г., показано, что при учете сопутствующих затрат при глубокой десульфурации чугуна наименьшие затраты имеют место при использовании магния. При этом затраты, связанные с десульфурацией чугуна, увеличивается в следующей последовательности: магний > карбид кальция > кальцинированная сода > порошкообразная известь.

По этой причине в последние 10 – 15 лет в мире строятся, главным образом, отделения внедоменной десульфурации чугуна магнием или смесями Mg + CaO, Mg + CaC2, Mg + CaO + CaC2. На металлургических предприятиях Украины магний является единственным реагентом, который используется для десульфурации чугуна в промышленных масштабах.

Основные требования к организации процесса десульфурации чугуна магнием обусловлены особенностями физических свойств этого реагента, важнейшие из которых приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 – Физические свойства магния и железа

Физические свойства магния и железа

Из таблицы видно, что плотность магния значительно меньше плотности чугуна и шлака, в связи с чем необходимо принудительное погружение магния в обрабатываемый металл.

Температуры плавления и кипения магния значительно ниже температур внепечной десульфурации чугуна. Поэтому введенный в металл магний плавится и испаряется. При температурах внепечной обработки чугуна испарение 1 кг магния сопровождается образованием около 5,5 нм3 пара. По этой причине для безопасной обработки необходима рассредоточенная во времени подача диспергированного магния в металл. При обработке чугуна слитковым магнием необходимы мероприятия по ограничению скорости его испарения. При скорости ввода магния 6 – 8 кг/мин подаваемые под обработку 100 – 140-т чугуновозные ковши должны быть наполнены не более чем на 70 – 75% номинальной вместимости.

Ввиду значительного различия атомных радиусов магния и железа растворимость магния в железе и чугуне очень мала. Пар магния практически не растворяется в металле и удаляется из расплава в виде пузырей, у поверхности которых протекают химические реакции между магнием и примесями чугуна. Поэтому эффективная обработка чугуна магнием возможна только при вводе его в расплав на максимально возможную глубину (300 – 400 мм от дна ковша).

Для предотвращения ресульфурации чугуна после обработки из ковша необходимо в кратчайшее время удалить высокосернистый шлак.

На металлургических предприятиях Украины в настоящее время используются следующие способы обработки чугуна магнием:

  • обработка слитками пассивированного магния в чугуновозных ковшах;
  • регулируемый ввод слиткового магния в чугуновозные ковши с независимой подачей газа в испарительную камеру;
  • вдувание гранулированного магния в чугуновозные ковши через погружаемые в металл фурмы с испарительной камерой;
  • обработка в чугуновозных ковшах порошковой проволокой со смесью гранулированного магния и пассивирующих добавок;
  • обработка в заливочных ковшах продувкой смесью из 20 – 30% гранулированного магния и порошкообразной извести через фурмы с постоянным сечением канала.

Использование продувки смесью гранулированного магния и порошко-образной извести предполагает организацию на предприятии производства высококачественной флюидизированной извести, помол которой ведут с добавлением силиконовых масел, в результате чего резко снижается скорость взаимодействия извести с атмосферной влагой. Требования к химическому и фракционному составу извести, предназначенной для вдувания в чугун вместе с магнием, в соответствии с материалами технического предложения фирмы «ESM» (США) на организацию отделения внедоменной десульфурации чугуна (ОДЧ) в кислородно-конвертерном цехе ОАО «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича» представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2 – Требования к химическому и фракционному составу извести

Требования к химическому и фракционному составу извести

Схема размещения основного технологического оборудования в ОДЧ при обработке металла гранулированным магнием в чугуновозных ковшах показана на рисунке 8.1.

На рисунке 8.2 показана схема размещения оборудования ОДЧ при обработке чугуна гранулированным магнием в заливочных ковшах. Как правило заливочные ковши оборудованы пористыми пробками для подачи в металл азота. При скачивании шлака из ковша по окончанию обработки этот прием позволяет оттеснить шлак от противоположной сливному носку стенки ковша и достичь более полного его удаления.

Схема ОДЧ при обработке чугуна гранулированным магнием в чугуновозных ковшах

Рисунок 8.1 – Схема ОДЧ при обработке чугуна гранулированным магнием в чугуновозных ковшах

В современных сталеплавильных цехах обработка чугуна магнием в крупных заливочных ковшах дает возможность проводить десульфурацию чугуна при минимально возможной температуре после удаления из ковша миксерного шлака. При этом глубина ввода магния в металл увеличивается до 3,5 – 4 м. Эти мероприятия способствуют значительному росту степени использования магния для десульфурации чугуна.

Схема ОДЧ при обработке чугуна гранулированным магнием в заливочных ковшах

Рисунок 8.2 – Схема ОДЧ при обработке чугуна гранулированным магнием в заливочных ковшах

В последние годы на металлургических предприятиях России, Украины, Китая по лицензиям фирм «ESM», «Polisius» и др. введены в эксплуатацию ОДЧ, в которых используется продувка смесью гранулированного магния и порошкообразной извести в чугуновозных и заливочных ковшах. Оборудование современных ОДЧ предусматривает хранение гранулированного магния, порошков извести и (или) карбида кальция в отдельных расходных бункерах, раздельное их дозирование с использованием аэрационных питателей и последующее смешивание в пневмотрассе.

Сотрудниками ДонНТУ проанализированы результаты десульфурации чугуна продувкой гранулированным магнием через фурмы с испарительными камерами в 140-т чугуновозных ковшах ОАО «Металлургический комбинат «Азовсталь» и продувкой смесью гранулированного магния и порошкообразной извести в 350-т заливочных ковшах кислородно-конвертерного цеха ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Показано, что способы десульфурации чугуна, основанные на инжектировании гранулированного магния в расплав в смеси с порошкообразной известью через фурму с постоянным сечением канала и без наполнителя через фурму с испарительной камерой, обеспечивают близкие значения степени использования магния для десульфурации металла. При продувке чугуна магнийизвестковой смесью флюидизированная известь не оказывает существенного влияния на эффективность обработки.

  8.1.1 Внедоменная десульфурация чугуна
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ