41.Как влияют свойства шлака и его количество на газопроницаемость столба шихтовых материалов?

Тугоплавкий и вязкий шлак, заполняя промежутки между кусками материалов, главным образом кокса, затрудняет движение газов и нарушает их распределение по сечению печи. Количество газов, проходящих через столб шихтовых материалов в единицу времени, в этом случае должно быть уменьшено. Равномерное опускание шихты при наличии таких шлаков может нарушатся, а интенсивность хода печи – понизится.

Легкоплавкий и подвижный шлак, легко протекая по каналам между кусками шихты, облегчает движение газов. В этом случае газопроницаемость слоя шихты будет выше, распределение газов по сечению печи равномерное, количество газов в единицу времени будет увеличено, а ход печи будет ровнее и форсированнее.

Таким образом, первичный шлак, содержащий оптимальное количество оксида железа, обеспечивает высокую газопроницаемость в зоне шлакообразования и успевает нагреться до поступления в горн.

Вред вязких шлаков проявляется тем в большей степени, чем больше их количество. Сравнительно небольшое количество вязкого шлака заполняет не все промежутки между кусками, поэтому для движения газа остаются свобоными некоторые каналы. Проходы для движения газа при большом количестве шлака остаются, лишь когда он весьма подвижный. Большое количество вязкого шлака вызывает нарушение хода печи.

42.Как распределяется поступающая в печь сера между газом, шлаком и чугуном? Чем определяется серопоглотительная способность шлака? Дайте определение коэффициента распределения серы. Опишите химическими реакциями процесс десульфурации чугуна в доменной печи.

Сера в доменную печь вносится шихтовыми материалами. В руде и флюсе она находится в виде пирита FeS2 и сульфатов BaSО4 и CaSО4, в офлюсованном агломерате – в виде CaS, в коксе – в виде органических и минеральных соединений. Поступающая в печь сера распределяется между чугуном, газом и шлаком. Сера, содержащаяся в агломерате и коксе, по-разному ведет себя в процессе движения шихты от колошника к горну. В офлюсованном агломерате сера прочно связана в сульфиды кальция и может переходить только в шлак при плавлении офлюсованной пустой породы. Сера агломерата не может перейти в газовую фазу даже в самых незначительных количествах Количество серы, переходящей в газ, зависит от условий плавки и вида выплавляемого чугуна и может изменяться от 2 до 50%.Сера в шлаке находится в соединениях CaS, MgS, MnS и FeS. В чугуне сера устойчиво может находиться только в виде FeS. Сульфиды кальция и магния в чугуне нерастворимы, а сульфид марганца растворяется незначительно. Так как оставшаяся в печи сера распределяется между чугуном и шлаком, то для понижения содержания ее в чугуне необходимо создать условия, при которых возможно большее количество серы было бы связано с кальцием и магнием, сульфиды которых растворяются только в шлаке. Реакции десульфурации протекают за счет извести и магнезии CaO + FeS → CaS + FeO.Реакции наиболее интенсивно протекает при прохождении капель чугуна через слой шлака. Для успешного хода реакции (83) необходимо увеличение основности шлака, понижение в шлаке содержания закиси железа путем восстановления ее углеродом и высокий нагрев горна, обеспечивающий высокую, подвижность шлака и расход тепла на восстановление закиси железа – продукта реакции десульфурации. Суммарная реакция десульфурации с учетом восстановления закиси железа имеет вид CaO+FeS+C→CaS+Fe+CO - 33730 ккал. Содержание серы в чугуне возрастает при увеличении количества серы, остающейся в печи, и уменьшении относительного количества шлака (количество шлака на единицу чугуна).В связи с тем, что в печи при выплавке передельного чугуна остается 95 – 98% серы, уменьшить ее количество можно только снижением расхода кокса – основного поставщика серы. При неизменном коэффициенте распределения серы уменьшение количества шлака ухудшает условия десульфурации. Важнейшим условием получения малосернистого металла является длительность контакта чугуна и шлака. Установлено, что основная часть серы удаляется из чугуна, когда он в виде капель стекает в горн через слой шлака. Чем толще слой шлака над слоем чугуна, тем длиннее путь капелек чугуна в слое шлака и тем лучше обессеривание чугуна. Содержание серы в чугуне можно понизить внедоменной десульфурацией. В качестве обессеривающих присадок применяют кальцинированную соду NaСО3, известь СаО и металлический магний.

Серопоглотительная (сероулавливающая) способность шлака зависит его основности, температуры в горне печи и характеризуется коэффициентом распределения серы между шлаком и чугуном

коэффициента распределения серы (L_s) = (S)/[S] – отношение содержйния серы в шлаке и металле. Зависит от основности шлака, содержания в нем FeO, температуры и свойств шлака.При повышении основности шлака в нем увеличивается относительное количество CaO, образующего с серой наиболее прочное соединение CaS, и таким образом повышается коэффициент распределения серы.

Реакции; FeS+CaO→FeO+CaS+2.956МДж

FeS+Mn→MnS+Fe+110.741МДж

43.Охарактеризуйте способы внедоменной десульфурации чугуна и обоснуйте ее целесообразность.

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 необхо-димость 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.