Десульфурация чугуна

Введение

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

внедоменной десульфурации чугуна. В настоящее время возможности, достигаемые при организации внедоменной 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).

Магний

Магний является сильным десульфуратором. При расходе магния в количестве 0,2% от массы чугуна можно добиться снижения содержания серы в чугуне от 0,150 до 0,003%. В процессе обессеривания чугуна магнием определенную технологическую сложность представляет присадка магния к металлу. Магний плавится при температуре около 650 °С, а при температуре 1107 °С кипит.

Температура жидкого чугуна находится в пределах 1380-1440 °С. При такой температуре погруженный в чугун магний мгновенно испаряется, устремляясь в виде паров из слоя металла, часто образуя выбросы чугуна, а пары магния окисляются (сгорают) в кислороде воздуха.

В способе присадки магния в металл, разработанном на Днепровском металлургическом комбинате им. Дзержинского, исключается одновременное участие всей массы присаживаемого магния в реакциях обессеривания. Процесс растворения магния в металле саморегулируется давлением паров магния и высотой слоя чугуна, на которую погружен магний в ковш с жидким металлом.

В камере, выполняющей роль испарителя магния, помещается чушковый магний в количестве, необходимом для достижения заданной степени обессеривания чугуна. В нижней части камеры имеются остроугольные отверстия, расположенные углами вверх, а в верхней – круглые отверстия диаметром 12-15 мм. При наполнении ковша чугун стремится заполнить полость камеры, однако в результате плавления и испарения магния в камере возникает давление паров магния, которые, вырываясь через отверстие и оттесняя металл вниз, препятствуют доступу большого количества жидкого чугуна в камеру, чем и предотвращается немедленное испарение всей массы магния.

Если испарение магния идет очень интенсивно и для выхода из камеры паров магния отверстий недостаточно, уровень металла в камере давлением паров магния будет понижен до вершин острых углов, и пары магния устремятся через отверстие. При вытеснении чугуна испарение магния постепенно ослабевает, давление паров уменьшается, и полость камеры снова постепенно заполняется жидким чугуном, вызывая испарение магния, т е. осуществляется саморегулирование процесса испарения магния и обработки чугуна парами магния.

В случае бурного кипения магния через отверстие может выйти часть жидкого магния, что иногда приводило к выбросу чугуна из ковша. Поэтому для предотвращения попадания жидкого магния в чугун в камере установлены дополнительные перегородки. При обессеривании чугуна заряд магния составлял 45 кг на 60 т чугуна. Реакция обессеривания

FeS + Mg = Fe + MgS

протекала без выбросов чугуна с практически полным использованием магния. Как известно, сульфид магния MgS в чугуне нерастворим и всплывает на поверхность в виде шлака.

При внепечной десульфурации чугуна на металлургических предприятиях наибольшее распространение получил способ обработки чугуна в чугуновозных и заливочных ковшах реагентами, вводимыми в металл через погружные фурмы. Эффективность этого способа определяется стойкостью фурм, которые в процессе эксплуатации подвергаются резким тепловым ударам, эрозионному и химическому воздействию жидких чугуна и шлака в ковше, а также механическим нагрузкам при вибрации и толчках фурм во время обработки металла. При десульфурации чугуна порошкообразным или гранулированным магнием механические нагрузки на фурмы особенно велики в связи с бурно протекающим процессом испарения магния в чугуне. Поэтому для этих фурм разработана, в первую очередь, усиленная конструкция каркаса, состоящая из толстостенной несущей трубы с испарительной камерой и арматурой, обеспечивающей дополнительное увеличение жесткости каркаса и надежности удержания на нем огнеупорной футеровки.

Металлический корпус реактора обмазывается армированной огнеупорной массой слоем 45 мм, и после просушивания реактор погружается в чугун для ошлакования и металлизации футеровки. В процессе обессеривания чугуна глубина погружения реактора составляет 1,2-1,3 м.

Одним из преимуществ этого способа обессеривания (при наличии миксера) является то, что благодаря высокой степени обессеривания чугуна можно подвергать глубокому обессериванию лишь половину или часть производимого чугуна, смешивая его в миксере с необработанным чугуном и понижая в нем содержание серы.

В конвертерном цехе завода "Nuova Italsider. Taranto" (Италия) 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. Стойкость фурмы 15—28 плавок.

Каждое отделение рассчитано на обработку 6000 - 7000 т чуна в сутки. Специфика организации работы конвертерного цеха требует, чтобы цикл обработки чугуна в ковше не превышал 40 мин. Каждая установка оборудована двумя пневмонагнетателями, 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.

При разработке технологического процесса инжектирования гранулированного магния в струе природного газа особое внимание было уделено условиям работы фурмы. 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.

 Скачать реферат