3.Внедоменная дефосфорация чугуна

Внедоменная дефосфорация чугуна - для удаления из жидкого чугуна фосфора используют обычно или смеси прокатной окалины (или железной руды) с известью и плавиковым шпатом, или соду, или вдувание извести в потоке кислорода (рис. 1). При обработке чугуна смесями оксидов железа и извести идет реакция: 2Р + 3(СаО) + 5FeO = 3СаО • P2O5 + 5Fe; при обработке чугуна содой реакция: 4[P] + 5Na2CO3 = 5Na2O • 2P2O5 + 5C Опыт показал, что при наличии в чугуне кремния введение как оксидов железа, так и соды сопровождается энергичным его окислением: [Si] + 2(FeO) = SiO2 + 2Fe [Si] + Na2CO3 = Na2O • SiO2 + С 2[Si] + 2Na2CO3 = 2Na2O • SiO2 + 2CO. Процесс внедоменной дефосфорации чугуна начинается лишь после удаления кремния. Поэтому во всех случаях, когда проводится операция дефосфорации, ей предшествует проведение обескремнивания. Рисунок 1. Схема установки для внедоменной дефосфорации чугуна содой: 1 - ковш; 2 - крышка; 3 - конвертер (подача реагентов без вдувания); 4, 5, 6 - питатель и бункеры для соды и для окалины; 7 - пневмонагнетатель; 8 - бункер; 9 - отбор проб, измерение температуры; 10 - подъемные устройства; 11 - кислородная фурма; 12 - фурма для вдувания порошка; 13 - зонт для улавливания пыли; 14 - чугун; 15 - шлак

4.Совместная десульфурация и дефосфорация чугуна

Как известно, для проведения операций дефосфорации и десульфурации требуются различные условия. Для успешной дефосфорации желательно иметь высокий окислительный потенциал и невысокую температуру, для десульфурации - невысокий окислительный потенциал и повышенную температуру.

На рис. 1 представлен один из вариантов решения проблемы организации операций дефосфорации и десульфурации в одном агрегате. В зоне выхода из фурмы, подающей в глубь чугуна окислительную смесь, окисляется фосфор; на границе раздела чугун — высокоосновный малоокисленный шлак происходит удаление серы - десульфурация.

Возможен и другой вариант технологии. В предварительно обескремненный чугун вдувают порошок извести, а через верхнюю фурму обдувают поверхность чугуна кислородом и таким образом проводят дефосфорацию. Затем отключают кислородную фурму, а через первую для удаления серы вдувают соду. На использующем эту технологию металлургическом заводе Kobe Steel содержание фосфора снижают с 0,080 до 0,010 %, а серы с 0,050 до 0,010%.

Рисунок 1. Схема рафинирования чугуна от фосфора и серы: смесь А - известь, железная руда (окалина), плавиковый шпат, смесь Б - известь и плавиковый шпат

5.Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали

Появление новых технологий, способных обеспечить глубокое рафинирование чугуна и стали, позволяет по-новому организовать весь технологический процесс получения стали. Несколько примеров.

Первый пример. На металлургическом заводе Kobe Steel (Япония) предварительно обескремненный чугун заливается в ковш и поступает на установку, оборудованную двумя фурмами, одна из которых предназначена для подачи реагентов в глубь чугуна. После проведения дефосфорации и десульфурации скачивают шлак и чугун переливают в конвертер для продувки на сталь. Полученную сталь рафинируют на установке ковш—печь, вводят реагенты-десульфураторы и вакуумируют. Такая комплексная технология позволяет получать сталь, содержащую сумму ([Р] + [S]) менее 0,005 %.

Второй пример. В 1985 г. на металлургическом заводе Mizushima Works (Япония) пущен комплекс, состоящий из оборудования для обескремнивания чугуна на желобе доменной печи и обескремнивания, дефосфорации и десульфурации чугуна в ковше миксерного типа. Для обескремнивания используется смесь агломерационной пыли (75 %) и извести (25 %), для дефосфорации смесь состоит из агломерационной пыли (54 %), извести (38 %), плавикового шпата (4 %) и соды (4 %). Чугун после обработки содержит менее 0,03 % Si; 0,01-0,03 % Р; 0,003-0,020 % S. Все варианты процессов получения чистых по фосфору чугунов включают операции одно- или двухкратного скачивания шлака. Такие технологии позволяют получать после продувки в конвертере менее 0,0015 % Р в стали.

Третий пример. На металлургическом заводе "OxelBsund" (Швеция) в чугуновозных ковшах миксерного типа производят продувку чугуна смесью СаС₂—СаСО₃ в струе азота, при этом содержание серы снижается с 0,05-0,07 % примерно в десять раз. Для многих марок сталей после продувки такого чугуна в конвертере комбинированного дутья внепечной обработки с целью десульфурации не требовалось.

Четвертый пример. Институтами ЦНИИЧМ, ИЧМ, МИСиС совместно с металлургическим комбинатом "Азовсталь" разработана комплексная технология выплавки в 350-т конвертерах высококачественного металла для толстого стального листа (с очень низкими содержаниями серы, фосфора, азота и кислорода и практически без примесей цветных металлов). Технология включает обработку чугуна в заливочных ковшах магнием в потоке природного газа, обеспечивающую получение в чугуне до 0,002% Ы и высокую степень усвоения магния (75—90%), использование в качестве охладителей конвертерной плавки металлизованных окатышей, двухшлаковый процесс со сливом первичного шлака и — для предотвращения рефосфорации — слив основной массы конечного шлака при ожидании анализа, загущение оставшейся его части в конвертере и в ковше известью и надежную отсечку шлака в процессе выпуска плавки из конвертера.

Таким образом, развитие методов внепечной обработки чугуна и стали позволяет для каждой группы марок сталей определять содержание конкретной технологии комплексной обработки, включающей ту или иную операцию, или несколько операций одновременно (в зависимости от требуемой чистоты стали по фосфору, сере, содержанию газов, примесей цветных металлов, а также в зависимости от затрат на проведение отдельных операций в конкретных местных условиях).