Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Как известно, получение в доменной печи чистых по сере чугунов затруднительно и требует значительных затрат, что связано с необходимостью иметь доменные шлаки повышенной основности и большей массы (соответственно с увеличенным расходом добавочных материалов) и более высокий расход чистого по сере кокса. Это объясняет появление многочисленных работ, связанных с разработкой методов внедоменнои десульфурации чугуна. В настоящее время возможности, достигаемые при организации внедоменнои десульфурации чугуна, рассматриваются не только с учетом снижения затрат непосредственно в доменном цехе (т.е. при получении чугуна), но и с учетом снижения затрат в сталеплавильном цехе (в результате изменений технологии организации внепечной обработки стали).

Обработка чугуна магнием. Магний — элемент II группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Чистый магний - блестящий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе вследствие образования на поверхности оксидной пленки. Атомный радиус 0,160 нм, плотность (при 20 °С) 1,739 г/см3, температура плавления 651°С; температура кипения 1107 °С; удельная теплоемкость при 20°С 1,04-103 Дж/(кг-К). Нагревание до 300-350 °С не приводит к значительному окислению компактного магния, так как поверхность его защищена оксидной пленкой, но при 600-650 °С магний воспламеняется и ярко горит с образованием  MgO и Na3N2.

В промышленности наибольшее количество магния получают электролизом безводного хлорида MgCl2 или обезвоженного карналлита KCI-MgCl2-6 Н2О. Используют и другие способы получения магния: металлотермический и углеродотермичес-кий. По первому брикеты из прокаленного до полного разложения доломита и восстановителя (ферросилиция или силико-алюминия) нагревают до 1280-1300 °С в вакууме. Пары магния конденсируют при 400-500 °С. По углеродотермическому способу брикеты из смеси угля с оксидом магния MgO нагревают «-электропечах выше 2100 °С, пары магния отгоняют и конденсируют.

Ферросплавные заводы производят магний в виде кремнистых сплавов. Разработан и освоен силикотермический способ восстановления магния из его оксида кремнием ферросилиция. Шихту составляют из магнезита, извести, доломита, ферросилиция ФС75 и плавикового шпата.

В соответствии с разработанными ЧЭМК  техническими  условиями содержание магния в сплаве составляет 6-12 % [5]. Давление пара чистого магния зависит от температуры (1.2). Из 1.2 видно, что магний остается в жидком состоянии при 1200 °С при давлении 0,2 МПа, при 1300 °С при 0,6 МПа, а при 1400 °С уже при 0,8 МПа. При переходе из жидкого в газообразное состояние объем магния резко увеличивается. На 1.3. показано расчетное изменение объема 1 г магния при давлении ОД МПа в зависимости от температуры. Видно, что при 1400 °С объем паров 1г магния (l/.rMs) составляет ~ 5,5 л, следовательно, при указанной температуре удельный объем магния почти в 40000 раз превышает удельный объем чугуна [4]. Из сказанного видно, что использование чистого магния (так же, как и кальция) имеет свои особенности, связанные, во-первых, > тем, что магний (и кальций) при нагреве до температуры расплавленного металла испаряется, их объем возрастает в тысячи раз и, во-вторых, энергия взаимодействия паров магния (и кальция) с примесями жидкого металла и с окружающим воздухом настолько велика, что наблюдается пироэф-фект' в виде яркой вспышки. Работа с магнием требует особого внимания к технике безопасности.

Из приведенных данных видно, что в процессе окисления магния (во всем диапазоне температур) выделяется очень большое количество тепла, при этом образуется очень прочный оксид MgO (температура плавления 2800 °С). При температурах > 600 °С легко образуется также сульфид магния MgS (температура плавления > 2000 °С). Химическое сродство магния к сере быстро снижается с повышением температуры и при 1600 °С приближается к химическому сродству марганца к сере [4], поэтому магний используют именно для десульфурации чугуна (а не стали). Расход магния зависит от содержания серы в чугуне. Учитывая особенности работы с магнием, используют такие приемы, как покрытие кусков магния специальными изоляционными обмазками (включающими глину, жидкое стекло, оксиды и т.п.), помещение этих кусков в колпак-испаритель со щелями для выхода паров магния и ввод испарителя на глубину в металл. Чем больше глубина погружения, тем выше давление выделения паров магния и спокойнее идет процесс обработки. Советскими металлургами (А.Б. Гловацким, Н.А. Гуровым и др.) разработан способ пассивирования магния, заключающийся в заливке жидким магнием межкусковых пустот нейтрального наполнителя; при этом достигается увеличение теплового сопротивления получающегося блока и замедляется процесс его испарения в чугуне до приемлемых величин. Таким образом можно ликвидировать пироэффект, эффект вскипания чугуна в ковше, выбросы и т.п. [6]. В СССР на ряде , . заводов созданы механизированные установки десульфурации чугуна (УДЧ), которые включают отделение заряжения испарителей магнием, отделение обработки чугуна (где в ковш с чугуном сверху на штанге вводится колпак-испаритель с магнием), склад магния и т.п. УДЧ в СССР построены в основном на заводах Украины, использующих кокс с высоким содержанием серы. Накопленный опыт показал, что при расходе   магния   0,34 кг/т   содержание   серы   в   чугуне   снижается (в среднем) с 0,054 до 0,027 %; степень использования магния составила в среднем 62,7 %. Отделения десульфура-ции чугуна магнием имеются на многих заводах СССР.

Применение воздуха в качестве газа-носителя для инжектирования магния, особенно через фурму с испарительной камерой, имеет существенный недостаток: компоненты воздуха - кислород и азот не являются нейтральными по отношению к магнию. При инжектировании магния сжатым воздухом с соотношением газ: твердое - 0,1 м3/кг имеются термодинамические условия для связывания в испарительной камере в оксиды 4 % вводимого магния и в нитриды 24 % вводимого магния.

Н.А. Вороновой с соавторами была экспериментально проверена эффективность замены воздуха, используемого в качестве газа-носителя, азотом в лабораторных условиях' и при обработке чугуна магнием в чугуновозных ковшах. Преимуществ в отношении показателей десульфурации (степени усвоения магния) не было найдено. Поиск дешевых и доступных газов-носителей, нейтральных к магнию, привлек внимание к природному газу (метану), широко применяемому на металлургических заводах. Природный газ состоит в основном из метана СН4. При температуре > 1000 °С метан разлагается СН4 —* 2 Н2 + С,.р, эта реакция идет с поглощением тепла. Предполагалось, что замена воздуха метаном приведет к некоторому снижению температуры в испарительной камере. Сгорание отходящего из зоны реакции водорода в ковше также должно было играть положительную роль, поскольку препятствует охлаждению всплесков металла; тепло, затрачиваемое на диссоциацию метана в чугуне, компенсируется снижением потерь тепла с поверхности расплава. Полученная в результате проведенных экспериментов зависимость расхода магния на единицу удаленной серы (1.6) показала, что при снижении содержания серы в чугуне до SKOH *  0,01 %   при   SHa4 =   0,025*0,045 %   расход   реагента   на   единицу  удаленной  серы  при  использовании   природного  газа  в| среднем ниже на 25 %.

При разработке технологического процесса инжектирования гранулированного . магния в струе природного газа особое внимание было уделено условиям работы фурмы, ее канала, подколокольного пространства и параметрам устойчивого вдувания магния в расплав. Отсутствие кислорода и азота в газе-носителе исключает протекание экзотермических реакций в испарительной камере фурмы, а диссоциация метана в ней дополнительно забирает тепло. Проведенные измерения показали, что замена воздуха природным газом приводит к снижению температуры в испарительной камере фурмы примерно на 200 °С. Это вызывает охлаждение металла под испарительной камерой, что способствует растворению магния в металле, поскольку растворимость магния в чугуне повышается со снижением температуры жидкого чугуна.

Проведенные исследования показали, что надежность работы фурмы повышается при работе на природном газе, а требуемое количество транспортирующего газа снижается. Это можно объяснить тем, что образующийся в испарительной камере при диссоциации метана сажистый углерод экранирует канал фурмы, уменьшает нагрев транспортируемых частиц магния и позволяет снижать скорость истечения реагента на срезе канала фурмы. Замена воздуха природным газом позволила уменьшить на 20 % расход газа-носителя или при том же расходе газа-носителя увеличить минутный расход магния. Соответственно уменьшается отношение газ:твердое. Процесс обработки чугуна магнием в струе природного газа протекает спокойно, количество выплесков из ковша не превышает 0,05 % (от массы металла).

Одной из  особенностей  процесса  обработки  чугуна  магнием в струе природного газа является образование восстановительной атмосферы над металлом и шлаком в ковше, что влияет на химический состав шлака. Проведенные исследования показали, что при обработке чугуна магнием, инжектируемым в струе сжатого воздуха, количество оксидов железа в шлаке увеличивается (суммарное количество кислорода, связанного с железом, в 1,3—3,0 раза), а при обработке чугуна магнием, инжектируемым в струе природного газа, оно практически не изменяется. Как и предполагалось, сгорание отходящего из металла водорода в ковше играет также положительную роль, поскольку препятствует охлаждению всплесков металла и шлака. При этом содержание водорода в чугуне возросло с 3,6-10~4 (при работе со сжатым воздухом) до 6-10~4% (при работе с природным газом).

На ряде других заводов при совершенствовании технологии предварительной обработки чугуна идут другими путями. Так, в конвертерном цехе завода "Nuova Italsider. Taranto" (Италия) [8] для вне доменной десульфурации при получении высококачественных трубных сталей используют метод вдувания гранулированного магния в 270-т ковши (перед заливкой в конвертер); температура чугуна 1310-1400 °С, расход магния 0,13-1,0 кг/т, продолжительность вдувания 5-20 мин, интенсивность подачи магния 0,025-0,063 кг/(мин-т), содержание серы до продувки 0,018-0,044%, после продувки- 0,006-0,030%. Используют магний в гранулах размером 0,3-1,00 мм. Пассивированная поверхность гранул магния позволяет легко их хранить и транспортировать. В промышленных условиях применяют два типа смесей: 50 % Mg + 50 % доломита и 50 % Mg + 50 % шлака после обработки магнием (возвратного шлака). Газом-носителем служит азот (1.7). Стойкость фурмы 15—28 плавок.

Каждое отделение рассчитано на обработку 6000-7000 т чУуна  в  сутки.  Специфика  организации работы  конвертерного цеха требует, чтобы цикл обработки чугуна в ковше не превышал 40 мин. Каждая установка оборудована двумя пнев-монагнетателями, несущими газ — азот. Самоходный ковш при подходе к станции взвешивается и движется на позицию для обработки чугуна. Информация о химическом анализе чугуна, его температуре и т.д. вводится в компьютер, который рассчитывает количество реагента, необходимое для получения заданного уровня серы. После окончания обработки отбирают пробу металла и отсылают пневмопочтой в лабораторию. По получении анализа ковш движется в сталеплавильный цех. Для обработки чугуна вначале использовали смесь при соотношении известь: магний, равном 10:1. Такая смесь обеспечивала достаточно удовлетворительный уровень десульфурации (содержание серы снижалось до 0,008 %) при сравнительно низких затратах на изготовление реагента, однако в процессе эксплуатации выявился существенный недостаток метода - зарастание ковша шлаком, вследствие чего при проектной вместимости ковшей (типа "Торпедо") 200 т фактическая их вместимость уменьшалась до 150 т и даже менее. Для устранения этого недостатка пошли по пути уменьшения доли извести в смеси и к 1981 г. отношение массы извести к магнию изменилось с 10:1 до 3,5:1.

Дальнейшей стадией явилась разработка во второй половине    1981 г.    новой   технологии,    предусматривающей    замену продувки смесью известь- магний продувкой порошком магния, покрытого слоем, состоящим из хлоридов натрия, калия, магния, кальция. Способ был назван SCMG (Salt coated magnesium). Новая технология обеспечила получение чугуна с очень низким содержанием серы (обычно < 0,008 %). Получение чугуна с гарантированно низким содержанием серы сделало возможным допускать выпуск из доменных печей более сернистого чугуна, что позволило снизить в нем содержание кремния, облегчив тем самым работу конвертерного цеха.

На 1.9 представлены введенные на заводе расчетные нормы расхода порошка в зависимости от содержания серы в чугуне, обеспечивающие получение после обработки не более 0,008% S. Внедрение новой технологии позволило существенно увеличить выпуск стали, содержащей < 0,010 % S, при этом   доля   стали,   содержащей   < 0,016 % S   минимальна   (выплавляется главным образом низкоуглеродистая кипящая, а также среднеуглеродистая полуспокойная сталь). Считается, что при введении гранул магния процесс десульфурации обеспечивается реакцией [Mg] + |S] = (MgS), солевые покрытия обеспечивают безопасность при хранении, транспорти-. ровке и подаче магния в металл. Покрытие состоит из хлоридов калия, натрия, магния, кальция. Содержание магния в частицах (гранулах) составляет 90±2 %. Размер гранул колеблется от 0,3 до 3,3 мм. Такой порошок обеспечивает высокую реакционную способность, негигроскопичен и соответствует требованиям транспортирующей пневмосистемы.

При продувке магнием, покрытым слоем соли, в виде гранул определенная опасность может заключаться в выбросах за счет очень бурной реакции. Для устранения этого недостатка была разработана технология продувки с погружением фурмы под углом 15-25° к вертикали. Это позволяет вести продувку с расходом до 15 кг/мин при заполнении ковша до 95 %. Затраты на обработку чугуна по технологии SCMG оказались примерно такими же, что и при использовании для вдувания порошка извести и магния в соотношении извести и магния, равном 3,5:1.

Переход на работу меюдом SCMG привел в начальный период освоения новой технологии к некоторому снижению стойкости верхней (купольной) части ковша (типа "Торпедо") вследствие повышения интенсивности перемешивания на границе шлак- металл во время вдувания смеси. Решением проблемы явилось повышение до 85 % содержания А12О3 В связующем растворе для кладки верхней части миксеров (для кладки использован кирпич, содержащий 70% 22 д[ о3). По данным за 1982 г. расход огнеупоров составил в среднем'за год 0,56 кг/т чугуна (в 1980 г. при продувке чугуна смесью известь - магний расход огнеупоров при использовании     такого     же     кирпича     составлял     0,64 кг/т чугуна).

В последние годы известное распространение получил способ обработки чугуна введением в него проволоки, содержащей в порошкообразном виде магний и другие компоненты (например, РЭМ). Проволока обычно состоит из стальной оболочки, которая тесно охватывает смесь вводимых материалов. Данный метод чаще используют в литейных цехах, однако может быть использован и просто для его десульфурации. Так, по данным [9] при обработке проволокой, содержащей магний, концентрация серы в чугуне уменьшалась с 0,015 до 0,007 % при остаточном содержании магния 0,03 % и с 0,018 до 0,012% при остаточном содержании магния 0,018%. Для обработки чугуна в ковше проволока может подаваться или в ковш или непосредственно в струю, стекающую с носка. Для обработки чугуна используют выпускаемую промышленностью (в Западной Европе) проволоку диаметром 5,0 мм, масса 1 м длины 77-78 г, содержание магния 8-9 r/м. В некоторых сортах проволоки содержится также мишметалл (1,8 или 2,3 r/м). Отмечается, что данный способ имеет ряд преимуществ: прост в исполнении, не загрязняет окружающую среду, дает хорошие результаты при небольших расходах материалов.

В работе [10] отмечаются достоинства как метода введения магния совместно с коксом, так и метода одновременного вдувания реагентов, содержащих смесь магния с карбидом кальция или с алюминием и глиноземом. Стойкость фурм при этом составляет ~ 300 мин. Способ обеспечивает снижение содержания серы в чугуне до уровня 0,001 %. Сообщается, что таким способом в 1985 г. только в Западной Европе было обработано 10 млн.т чугуна, при этом израсходовано ~ 19 тыс.т чистого магния [ю]. Как известно, для вдувания реагентов в порошкообразном виде широкое распространение (как для обработки чугуна, так и стали) получили Фурмы 1-образной формы, имеются и другие успешно работающие конструкции. На 1.10 показана конструкция фурмы, успешно   работающей   на   заводе   "Usinor   Dunkirk"   (Франция).

Применяемый на заводе процесс предусматривает использование в качестве десульфуратора смесь гранул магния с гранулированным основным шлаком. Несущим газом является аргон. В процессе использован метод двойного потока газа, предложенный IRSID: 30 % вдуваемого газа подают по внутренней трубе фурмы вместе с порошком при малой скорости, 70% газа вводят через дозатор между центральной и наружной трубой (он служит тепловой зашитой для фурмы). Скорость подачи газа составляет 100-200 м/с. Такая технология позволяет вдувать порошок фракций не более 2 мм. Смешение двух потоков происходит около обреза фурмы. Процесс позволяет получать в чугуне < 0,005 % S, что обеспечивает получение стали с содержанием серы < 0,007 % без ее дополнительной десульфурации [14]. Таким образом, можно считать, что магний в виде порошка, гранул, блоков, смесей и т.п. является одним из основных реагентов, используемых для внедоменной десульфурации чугуна.

Приходится учитывать, что в отличие от магния перечисленные выше реагенты могут быть охарактеризованы как практически неплавящиеся. Применение неплавящихся десульфураторов приводит к неудовлетворительному смешиванию их с чугуном во время его слива, поэтому при использовании СаО и СаС2 требуются специальные мероприятия для улучшения контакта десульфуратора и металла.

Методы организации контакта такого рода материалов с металлом, а также физические их характеристики (в кусках, в виде порошка, в жидком виде, в виде сплавов, химических соединений и т.п.) могут быть различны. На 1.11 представлена известная схема установки для десульфурации чугуна, располагающейся на пути жидкого чугуна от доменного к сталеплавильному цеху. Перемешивание металла с реагентом достигается вращением ротора-мешалки и пропусканием через ротор некоторого количества инертного газа (обычно азота), создающего эффект кипения. При использовании такого типа установки для обработки чугуна смесью из обожженной извести (90 %), Плавикового шпата (5 %) и нефтяного кокса (5 %) содержание серы в чугуне снижается с 0,030-0,035.% до  -0,003%.

Имеющиеся в настоящее время новые данные об использовании технологии вдувания в жидкий металл порошкообразных реагентов существенно дополняют накопленный ранее опыт. Так, в обзорном докладе на III Международной конференции по рафинированию чугуна и стали инжекцией порошков, состоявшейся в июне 1983 г., в г. Лулеа (Швеция), приводятся данные [11] об использовании для десульфурации жидкого чугуна смесей на основе кальция. По этим данным высокий расход электроэнергии и, следовательно, высокая стоимость производства не делает перспективным использование СаС2 яля десульфурации чугуна, поэтому СаС2 был заменен смесями на основе СаО, причем, первоначально в состав смесей входили также такие компоненты как СаСО3, CaF2 и углерод. Однако в результате дальнейших исследований показана возможность  продувки   чугуна  порошком  на  основе   СаСО3.  При этом уменьшается расход электроэнергии, затрачиваемой н; разложение известняка при его обжиге в известковообжигательных печах. Кроме того, термическая диссоциация частиц СаСО3 в месте внедрения в металл способствует образовании очень мелких активных частиц СаО по реакции: СаСО3 = СаС + СО2. Второй продукт диссоциации СО2 взаимодействует с углеродом чугуна: СО2 + С = 2СО, что значительно повышает турбулентность потока в реакционной зоне и циркуляцию в объеме металла. При атом потери тепла на диссоциацию компенсируются теплом, выделяющимся в процессе окисления кремния чугуна газом СО2: [Si] + СО2 = SiO2 + С + Q. Достигаемое при этом некоторое снижение концентрации кремния| в чугуне благоприятно для дальнейшего передела чугуна в, конвертере.

На 1.13 показано, что угар кремния при использовании известняка выше. Угар кремния положительно влияет на тепловой баланс операции, в результате уровень снижения температуры в процессе продувки оказывается примерно одинаковым (1.14). По данным [12] процесс десульфу-рации при вдувании флюсов на основе известняка при содержании > 0,013 % S лимитируется массопереносом в твердых частицах, при < 0,013 % S - массопереносом в жидкой фазе. Традиционным материалом, используемым для десульфурации чугуна, является карбид кальция СаС2. При обработке чугуна карбидом кальция: CaCj,,., + [S] = CaS + 2 Сгр в зоне реакции выделяется графит и создается восстановительная атмосфера, что способствует получению низких остаточных концентраций серы. По данным фирмы "Kawasaki Steel Corp." относительная стоимость операции десульфурации чугуна (от 0,035 до* 0,015% S) для смесей на основе СаС2, СаО и СаСО3 составляет, соответственно, 3,2:1,5:1,0 [13).

Фцрпа 6

Однако карбид кальция для десульфурации чугуна используют достаточно широко (часто в смеси с СаСО3). При этом эффективность использования десульфурирующих смесей зависит от многих факторов, в том числе от конструкции фурмы для введения смеси. На 1.15 представлены данные [б], показывающие, что для достижения одинаковых результатов десульфурации при использовании 1-образной фурмы расходуется меньшее количество реагента (примерно на 0,032 кг/т на каждые 0,001 % удаленной серы). Из 1.15 видно, что чем выше начальное (до обработки) содержание серы, тем ниже расход реагента, необходимый для удаления 0,001 % S. Влияние состава реагента на получаемые результаты может быть существенным. В табл. 1.1 представлены опытные данные, полученные при обработке чугуна перед заливкой в 80-т конвертер завода в Бракенридже (США). Смесь вдувают через вертикальную фурму с расходом 49-90 кг/мин,   продолжительность   10-20 мин.   В   качестве   газа-носителя используют аргон или азот (при использовании азота содержание его в металле возрастает с 0,01 до 0,0125 %). Для улучшения условий перемешивания при использовании метода вдувания порошка в составе смеси постепенно увеличивали долю СаСО3. Однако улучшения условий протекания процесса при увеличении расхода СаСО-, не наб- . людалось, происходило значительное разбрызгивание металла и шлака. Расход порошка составлял 24-34 кг/мин (чистого СаС2) при относительно невысоком расходе газа-носителя (87,5 кг/м3). Для получения сравнительных данных о стоимости используемых смесей дополнительно была проверена смесь CaO-Mg. В целом оказалось, что если стоимость обработки смесью СаС2-СаСО3 с соотношением компонентов 60:40 принять равной 100 %, то стоимость обработки смесями с соотношением компонентов 70:30, 80:20, 85:15 и 90:10 составляет соответственно 106,  111, 115 и 231 %.

Наиболее низкую стоимость имеет обработка первой смесью, однако по количеству удаленной серы эта смесь (СаСг:£аСОз = 60:40) наименее эффективна. Обработка смесью CaO-Mg имеет более высокую стоимость, но обеспечивает высокую степень десульфурации чугуна (например, с 0,07 до 0,02 % S), поэтому использование смеси CaO-Mg экономически оправдано. Таким образом, сравнивая стоимость обработки различными -смесями, необходимо учитывать также эффективность их  использования.

Результаты, полученные при проведении десульфурации в ковше на различных заводах, могут также существенно различаться. Они зависят от ряда факторов: конструкции ковша (открытый или миксерного типа), качества извести, количества попавшего в ковш доменного шлака, температуры чугуна, содержания в нем кремния и т.д. Как показывают результаты исследований в институте IRSID (Франция) [161, при обработке металла в 6-т опытном ковше наиболее высокая степень десульфурации достигалась при введении в металл, кроме извести, также и алюминия (1.16). При разработке технологии исходили из того, что при введении извести в чугун, содержащий заметное количество кремния, реакция десульфурации может быть представлена в виде: 2 СаО + 2[S] + (Si] = 2 CaS + SiO2.

При наличии "остаточного" доменного шлака в ковше ' >]0кг/т получить в металле < 0,01 % S затруднительно. Данные 1.18 показывают, что степень десульфурации при использовании извести худшего качества снижается почти в два раза (количество доменного шлака в ковше составляло ~ 4 кг/т). Существенно также влияние температуры чугуна (1.19). Полученные в исследовании [17] результаты были использованы для организации на заводе SOLMER (Франция) предварительной обработки чугуна в 450-т ковшах миксерного типа. Достигнутая при этом существенная экономия определялась более низкой стоимостью извести по сравнению с карбидом кальция, который использовался для обработки чугуна ранее.

Наилучшие результаты получены при вдувании извести после введения в жидкий чугун алюминия (см. 1.16). Алюминий (0,4 кг/т) вводили в ковш во время выпуска. На 1.17 показано изменение концентрации серы в металле в процессе вдувания порошка извести в случае, когда в металл предварительно введено необходимое количество алюминия. Если для предотвращения вторичного окисления под действием атмосферы ковш закрыт крышкой, то процесс десульфурации в этих условиях характеризуется уравнением: 3 СаО + 3[S] + 2[А1] = 3 CaS + + Alp.,.

Большое значение имеет при этом качество извести и количество доменного шлака, оставшегося в ковше с чугуном (в шлаке может быть большое количество SiO;).

При этом использовали очень чистую известь (~ 0,3 % SiO2, ~ 0,02 % S) с размером кусков 0-2 мм (в среднем ~ 0,3 мм). Для исключения возможности разбрызги вания в процессе продувки продувочную фурму вводили в ме талл под углом 30° к вертикали. Расход азота при вдувании извести составлял ~ 7,2 мУмин, при этом отмечено некото рое повышение содержания  азота в чугуне (1.20).

Использование соды. Кроме магния, карбида кальция, из вести и известняка для внедоменной обработки чугуна используют соду (Na2CO3), которая также является десульфури-рующим реагентом. Взаимодействие с жидким чугуном происходит по реакции:

Na2CO3 + [С] = Na2O +.2  СО Na2O + [S] + [С] = Na2S + CO

 + 3 СО.

(1.1)

Na2CO3 + 2[С]  + [S] =

При обработке содой в атмосферу выделяется большое количество летучих веществ (включая испаряющийся Na2O), этот метод требует обязательного наличия стендов, оборудованных хорошо действующими газоулавливающими устройствами.

Выбор состава десульфурирующих смесей. На выбор рационального состава смесей для обработки одновременно влияют ряд факторов: стоимость и дефицитность материала (смеси материалов); способ введения и стоимость оборудования; эффективность  и  простота  метода  и  т.д.   Поскольку  пока отсутствует теоретическая разработка    решения   этой   проблемы, обычно  основываются  на  результатах  уже  проведенных  исследований.  Выше  были приведены  результаты сравнения эффективности   использования   флюсов   на  основе   извести   и   известняка,   проведенного   компанией   "Kawasaki   Steel   Corp."   Подробное   исследование   в  заводских  условиях  проведено  в  конвертерном   цехе   №   2   завода   "LTV   Steel"   (Кливленд,   США). Технология   конвертерной   плавки   основана   на   использовании чугуна,   содержание   серы   в   котором   в   результате   внедоменной  обработки   не   превышает  0,008%.   Жидкий   чугун   обраба-ч тывают   в   240-т   чугуновозных   ковшах,   управление   работой устройств,   подающих   в  расплав   материалы  (расход,   продолжительность    подачи,    глубина    погружения),    осуществляется по   команде   компьютера   на   станции   обработки.   В   бункере объемом   7,4 м3   хранится   порошкообразная   известь,   в   бункере   объемом  2,3 м3  порошок   гранул   магния,   покрытых   солью. Обычная практика заключалась в подаче  из первого бункера (через    первый    инжектор)    извести,    из   второго -    покрытого солью    магния   в   соотношении   3,5:1-4,0:1    (в   среднем   3,7:1). Для  получения  сравнимых  результатов  были  опробованы   следующие   варианты  обработки:  1) через первый инжектор  подавали СаО,  а  через  второй -  магний,  покрытый  солью в  соотношении    3,7:1;    2) только    через    первый    инжектор    давали смесь  (7j%   СаО-   25%   Mg);   3) через   первый   инжектор   давали   СаС2   (74-78 %   СаС2),   а   через   второй -   магний  в   оболочке   из   соли  в  соотношении   3,2:1.   Остановились   на   обработке при помощи СаО2 и магния. Чтобы улучшить результаты обработки,   опробовали  также   различные   варианты   реагентов смесей:    1) через    первый    инжектор    подавали    моносиликат кальция   (44 %  SiO2;   42 %   СаО;   14 %   Al2Oj),   а   через   второй магний;   2) через   первый   инжектор   давали   смесь  62 %  СаО + сплав  (30%  Mg +  8%  А1);  3)через  первый  инжектор  вводили СаС2, а через второй смесь 10 % СаО + сплав (72 % Mg + 18%  AI)  в   соотношении  4:1,   4)  через  первый  инжектор   вводили   СаС2,   а   через   второй   смесь   10 %   СаО +   сплав   (72 % Mg+ 18% А1)  в  соотношении  4:1.  Эти эксперименты показали,  что устойчивые  и надежные  результаты можно  получить, используя   различные  реагенты,  однако  наиболее   экономично проводить    процессы    десульфурации,    используя    совместное вдувание СаС2 и магния в оболочке из соли.

Такая   технология   оказалась   наиболее   экономичной   (ра четы в долларах США выполнены в 1985 г.) [17]:

Расход магния на 200-т ковш   кг 80,3

68,1 79,45

Реагент

Стоимость реаген-долл/т чугуна 2.15

2,30 2,68

СаС2 покрытый солью магний СаС2 и смесь 72 % Mg + + 18 % А] + известь СаС2 и смесь 72 % Mg + + 18 % AI + 10 % MgO

Заслуживающие внимания результаты получены [18] на зг воде   "Arbed  Saarstahl  GmbH"  (Фольклинден,  ФРГ).  Десульф)1 рацию   чугуна   ведут  продувкой  материалов   в   150-т  и   280-: чугунозаливочных   ковшах   миксерного   типа.   На   трех   проду вочных   стендах   имеются   два   пневмонагнетателя   для   смесе на основе карбида кальция и два меньших пневмонагнетагели для смесей с магнием. Пневмонагнетатели расположены таким] образом,   что  можно  осуществлять  совместную  комбинированную  продувку  материалами  с  карбидом  кальция  и  магнием. При   этом   смешение   материалов   происходит   в   трубопроводе после   малого   пневмонагненателя.   Первоначально   десульфура-иию осуществляли вдуванием карбида кальция. Однако вследствие  больших  потерь чугуна  со  шлаком,  большого  пламеоб-разования  и  пылевыделения  при  скачивании  шлака  от  этого метода  отказались  и  перешли   на  десульфурацию   50 %-ными смесями  магния.   Вследствие   низкой   скорости   вдувания   последней  смеси   при  содержании   > O,0S % S  цикл  продувки   не вписывается в цикл плавки, поэтому перешли на комбинированную   продувку   чугуна   смесями  на   80 %   технического   карбида кальция +20 % химически образованного СаСО3 (диамид-ная   известь)  с  добавкой  графита   (обозначение   смеси   СаО = =   80/20)   и   50%   Mg+   13%   AI+   33%   А12О3 +   4%   остаток или  50%  Mg +   50%   шлака   состава   55%   СаО +   25%  SiOs + 15 %    AljO, +   5 %    MgO.   Десульфурируюшее    действие   о'беих смесей' с   магнием   равноценно.   Расход   смеси   зависит   от   начальной концентрации  серы и  составляет  2-10 кг/т для  смеси      CaD =      80/20,      0,2-1,25 кг/т      магниевых      смесей      и 0,5-4 кг/т  комбинированной смеси  из CaD =  80/20+  50%  Mg (в   зависимости   от   колебаний   содержания   серы   в   чугуне)-При   использовании   комбинированной   продувки   сохраняются все   преимущества   десульфурации   чугуна   смесями   на   основе магния в отношении потерь металла со шлаком, физических свойств шлака и условий его скачивания. Потери чугуна составляют в среднем 0,4 % при скачивании шлака и 0,1 % при обработке без скачивания шлака. Во время скачивания чугун продувают через две пористые пробки. Это позволяет лучше удалять шлак и получить на 10-15% более низкие концентрации серы в пробе,- металла из конвертера. Десульфурация чугуна смесями CaD = 80/20 и 50 % Mg протекает практически изотермически, при комбинированной продувке имеет место даже выделение тепла. Смеси на основе магния вдувают через фурму с одним боковым отверстием, остальные смеси — через фурму с вертикальным выходом. При удалении серы с 0,075   до   0,015 %   расходы   на   обработку   составляют   ~ 9,25 марок   ФРГ/т,   при   удалении   серы   с   0,035   до   0,015%—   4 марок/т.

Подробное     исследование     эффективности     использовани .   различных   смесей   проводили   на   заводе   компании   "Svenslj Stal   AB"   в   г. Лулеа   (Швеция)   [19].   Схема   установки   показана    на       1.21.    Продолжительность    обработки    ковша 35 мин,    температура    чугуна   перед   продувкой    1275-1375 °С Фурма   представляет   собой   трубу   из   монолитного   глинозем; длиной 5,8 м, с внешним диаметром 200 мм и сроком службь Юч.     Опробованы     следующие     варианты     десульфураторов l)CaD    (75%    СаС2+    25%    СаСО3);     2) известь;     3) магни (гранулированный);    4)80%    CaD+    20%    Al;    5)80%    CaD 20%    Mg;     6)80%    извести +    20%    Al;     7)80%    извести 20% Al (без  вдувания); 8)80% извести + 20% Mg.

Установили, что наиболее эффективными десульфураторами являлись CaD (при расходе 5,7 кг/т) и смесь CaD + Mg (при расходе CaD 2,5 кг/т и магния 0,4 кг/т). В качестве газа-, носителя для вдувания CaD можно использовать воздух, для магнийсодержащих смесей - азот. Продувка чугуна позволила стабильно уменьшить содержание серы с 0,050 — 0,058 до 0,015 % [19].