13.9.4. Дефосфорация и обескремнивание чугуна

В настоящее время продолжают разрабатываться методы и способы дефосфорации и обескремнивания чугуна вне доменной печи. В кислородно-конвертерной и мартеновской плавке кремний в чугуне является нежелательной примесью. Получение же низкокремнистого чугуна в доменных печах металлургических предприятий Украины возможно лишь при снижении нагрева горна, но это всегда сопровождается увеличением содержания серы и понижением температуры чугуна, что также не выгодно сталеплавильщикам. Избыточный кремний чугуна можно удалять путем окисления его вне доменной печи твердыми окислителями (железная руда, окалина), техническим кислородом или воздухом. Для предварительной обработки чугуна кислородом могут быть использованы способы: 1) дуплекс-процесс, в котором чугун сначала продувается кислородом в конвертере, а затем направляется в мартеновскую или электрическую печь; 2) обработка чугуна в миксере; 3) обработка чугуна во вращающихся печах; 4) продувка чугуна в ковшах.

Д ля осуществления пред­варительной обработки чугуна продувкой кислородом «Гипросталью» разработан проект ус­тановки для одновременной об­работки 5 ковшей (рис. 13.16). Пропускная способность уста­новки составляет 120 ковшей в сутки

Хорошие результаты по внедоменному обескремниванию чугуна получили на Челя­бинском металлургическом за­воде при продувке чугуна в ков­шах парокислородной смесью. Исходное содержание кремния в чугуне составляло 1,19-0,93% до продувки, после нее снижалось до 0,48-0,36%, а темпера­тура чугуна возрастала соответ­ственно на 90-120 °С. При этом расходы по переделу чугуна в сталь уменьшались на 18-22%,а приплата доменному цеху за по­вышение качества чугуна более чем в два раза превысила затраты на обескремнивание.

Фосфор - вредная примесь в металле; понижающая ударную вязкость стали, особенно при низ­ких температурах. В доменной печи фосфор полностью восстанав­ливается и переходит в чугун. Его можно удалить из металла в кисло­родно-конвертерном или основном мартеновском процессах, однако это весьма осложняет процесс, увеличивает продолжительность плавки (в мартеновской печи) и снижает техни­ко-экономические показатели.

Понизить содержание фосфора в исходном чугуне можно либо выплав­кой чугуна из материалов с низким его содержанием, либо путем внедоменной дефосфорации. В качестве окислителя применяют железную руду, но задача состоит не только в окислении фосфора, но и в переводе и удержании его в шлаке, содержащем высокий процент СаО.

Из всех видов внедоменной обработки чугуна процесс дефосфорации еще не доведен до использования в промышленных условиях. Предполагается такое протекание реакций:

2Fe₃P + 2Fe₂O₃ = FeO + Р₂О₅ + 9Fe - Q .

Закись железа также может участвовать в окислении фосфора: 2Fe₃P + 5FeO = Р₂О₅ + 11Fe-Q.

Для удержания Р₂О₅ в шлаке его необходимо перевести в прочные соединения (СаО)₃ Р₂О₅ и (Na₂O)₃ P₂O₅.

Реакции взаимодействия оснований с оксидами фосфора протекают с выделением тепла. Обычно при обесфосфоривании чугуна протекает и про­цесс его обессеривания.

Хорошие результаты были получены при дефосфорации чугуна в условиях сильноосновных щелочных шлаков. В качестве окислителя использова­ли богатую криворожскую руду состава: 95-96% Fe₂O₃; 1,4-2,0% SiO₂; 1,2-2,8% А1₂О₃; 0,015-0,080% Р₂О₅ и 0,01-0,02% S. В ковш емкостью 20 т приса­живали руду и соду в одинаковом соотношении, причем 2/3 соды загружали на дно ковша перед наливом, а остальную соду давали на струю чугуна в желобе. После расплавления соды в ковше начинали присаживать железную руду. При среднем содержании фосфора в исходном чугуне 0,043% и серы 0,052% после обработки чугуна в ковше приведенной выше смесью содержание фосфора составило в среднем 0,019%, и серы - 0,007%, т. е. содержание фосфора умень­шилось на 55,8%, а содержание серы - на 86,5%.

Проведены опыты⁸ по обработке чугуна содо-поташной смесью состава 6,7-11,6% К₂СО₃; 86,45-90,35% Na₂CO₃; 1,50-2,75% K₂SO₄ и богатой желез­ной рудой с содержанием кремнезема не более 3,5%. В чугуновозный ковш загружали содо-поташную смесь в количестве от 2,0 до 2,2% от массы чугуна, железную руду подавали в ковш в процессе его наполнения в количестве 1,5-3,0%. При этом фосфор удалялся на 35-40% (иногда достигая 60-70%), сера -на 63,3-66% и кремний на - 53,8-54,8%.

Еще более успешные результаты дефосфорации чугуна получены на за­воде в Зальцгиттере (Германия), где снижение содержания фосфора в чугуне после обработки содо-поташной смесью и окалиной во вращающемся бараба­не с подогревом достигло 92,1 % Такая высокая степень дефосфорации объяс­няется не только более совершенным способом обработки, но и высоким со­держанием фосфора в исходном чугуне, полученным при проплавке высоко­фосфористой руды Лотарингского месторождения.

В настоящее время проблемы внедоменной обработки чугуна приобретают важное значение в стремлении обеспечить конкурентоспособность металлур­гической продукции на мировом рынке. Успех в решении этой задачи опреде­ляется как снижением себестоимости производимой продукции, так и повы­шением ее качества.