книги из ГПНТБ / Внедоменная десульфурация чугуна

слитками магния в чугуне. Обработка ковша тремячетырьмя слитками магния выполняется с одного по­ гружения испарителя в ковш. Расход газа, подавае­ мого в испаритель в процессе десульфурации, должен быть таким, чтобы пары магния не проникали в полую

20—60 м3/ч. Возможна замена его компрессорным воздухом с расходом 40 — 80 м3/ч, при этом опреде­ ленная часть магния соединяется с кислородом воз­ духа, а остающийся азот (соединения азота с магнием разлагаются уже при температуре 1150° С) выпол­ няет те же функции, что и аргон — препятствует проникновению паров магния в полость штанги. Ко­ личество магния, сгорающего в кислороде воздуха при указанном расходе последнего, составляет 0,007—0,014 кг/с, что при испарении одного слитка массой 18 кг за 1 мин (скорость испарения магния — 0,133 кг/с) составляет 5—10% от массы вводимого магния. Результаты десульфурации чугуна при раз­ личных расходах магния приведены в табл. 10.

На основе указанной технологии была разработана установка десульфурации чугуна, первая очередь ко­ торой пущена в эксплуатацию в 1973 г. на Донецком металлургическом заводе [26; 27]. Установка (рис. 20) обеспечивает одновременную обработку четырех чугуновозных ковшей и имеет расчетную производитель­ ность до 1 млн. т чугуна в год. Она состоит из двух блоков, каждый из которых имеет небольшую эстака­ ду по которой перемещается тележка с установленными на ней двумя испарителями и крышками для накрыва­ ния ковшей. Испарители расположены по поперечной оси тележки на консолях, их расстояние друг от друга равно шагу чугуновозных ковшей, т. е. испарителями одной тележки можно производить одновременную обработку двух чугуновозных ковшей. Такое

91

Рис. 20. Установка для десульфурации чугуна, работающая на Донецком металлургическом заводе:

І — тележка; 2 — эстакада; 3 — электроталь; 4 — турникет для испа­ рителей; 5 — печь для сушки испарителей; 6 — передаточная тележка; 7 — вспомогательное отделение; S — тележка для смены испарителей,

размещение установки позволяет уменьшить массу металлоконструкций, упростить управление и об­ легчить обслуживание. Стоимость такой установки составляет 135 тыс. руб.

За период освоения первого блока установки с сен­ тября до конца 1973 г. на ней было обработано 65 000 т

92

чугуна, средний расход магния — 0,395 кг/т чугуна, начальное содержание серы в чугуне — 0,058%, конечное — 0,028%, степень усвоения магния по се­ ре—58%, средняя скорость испарения магния —

0,094 кг/с.

Установка оснащена системой автоматического управления процессом, состоящей из трех блоков: 1) автоматической подачи магния в соответствии с задан­ ной программой и контроля за местоположением слит­

процесса, ввода коррективов в заданную программу [38]. В качестве основного управляющего сигнала ис­ пользуется сигнал датчика давления, установленного на испарителе.

Было установлено, что давление' в испарительной камере является пульсирующим, цричем амплитуда колебаний давления изменяется в зависимости от рас­ хода газа (скорости испарения магния). Как только скорость испарения магния станет выше заданной, ам­ плитуда колебаний давления также превысит допуска­ емую величину, что служит сигналом для прекращения или уменьшения подачи магния до тех пор, пока ам­ плитуда не уменьшится. Схема автоматического управ­ ления остается неизменной при работе устройств для ввода как слиткового, так и гранулированного маг­ ния.

Исследования процесса десульфурации с регули­ руемым вводом слиткового магния в чугун были про­ ведены и на установке Макеевского металлургического завода. В отличие от устройства, работающего на До­ нецком заводе, где подача магния в процессе десуль­ фурации обеспечивается периодическим включением электродвигателя дозатора и является ступенчатой, вызывая в отдельных случаях неравномерность испаре­ ния магния, в устройствах, работающих на Макеевском

93

заводе, подача осуществляется непрерывным вра­ щением вала электродвигателя, что позволило улуч­ шить равномерность испарения магния. По данным об­ работки 9500 т чугуна при среднем расходе магния 0,31 кг/т чугуна и среднем содержании серы в чугуне до обработки 0,043%, среднее содержание серы в чу­ гуне после обработки составило 0,019% при средней скорости испарения магния 0,11 кг/с и наполнении чугуновозных ковшей до 85—90% от номинального.

На установке Макеевского металлургического за­ вода имеется также и устройство для ввода гранули­ рованного магния, работающее по такому же способу, как и для ввода слитков.

В отличие от схемы ввода гранулированного маг­ ния, разработанной Институтом черной металлургии и предусматривающей подачу магния к фурме с помо­ щью пневмотранспорта, при указанной схеме ввода расходный бункер устанавливается непосредственно на штанге испарителя, а дозирование магния произ­ водится механическим (шнековым) дозатором. В ходе процесса десульфурации магний дозатором подается непосредственно в испаритель независимо от подачи воздуха. Воздух (азот), подаваемый при этом в испа­ ритель (рис. 21), служит для предотвращения попа­ дания паров магния внутрь канала испарителя и рас­ ход его меньше, чем для пневмотранспортирования магния. Кроме того, достигается высокая степень рав­ номерности подачи магния в испарительную камеру независимо от размеров и формы гранул, обеспечи­ вается точное и гибкое регулирование скорости ввода магния.

Исследования, проведенные при скорости подачи магния 0,09—0,22 кг/с, подтвердили работоспособ­ ность устройства. Процесс происходит спокойно, без выбросов, хорошо регулируется. Расход воздуха мо­ жет быть снижен до 20 м3/ч. Дозатор работает устойчи­

94

во, обеспечивая высокую равномерность подачи маг­ ния (75 г магния на 1 оборот шнека). Вместе с тем сле­ дует иметь в виду, что опыт работы с таким устрой­ ством еще мал и делать окончательные выводы пока преждевременно.

Что касается опыта работы устройств для регули­ руемого ввода слиткового магния, то он находит все более широкое распространение. По типу установки Донецкого завода со­ оружается установка на Коммунарском

со слитками, обмазанными огнеупорным составом. Однако применение его не решает вопросов, связан­ ных с механизацией и автоматизацией процесса. При­ готовление пассивированного магния в условиях ме­

95

подаче магния в чугун, обеспечения высокой степени равномерности подачи. Вместе с тем гранулированный

в гранулах размером 2 мм больше в 65 раз, чем у слит­ кового), при хранении гранулированный магний слеживается. Стоимость его все еще выше слиткового и хотя по прогнозам магниевых заводов цены могут сравняться к 1990 г., не следует забывать, что прогно­ зы выполнены по существующим ценам на слитковый магний, в то время как степень чистоты слиткового магния составляет 99,8%, а гранулированного — 90%. Если же слитки отливать из «чернового» магния, то стоимость его будет значительно ниже и разница между стоимостью гранулированного и слиткового магния может сохраняться еще длительное время. Кроме того, переход на отливку слитков из «чернового» магния позволяет увеличить объем его производства при сравнительно небольших капитальных затратах, в то время как перестройка магниевой промышленности на выпуск гранулированного магниятребуетзначительных затрат времени и средств. Все это говорит о том, что в ближайшие годы вопрос о преимущественном приме­ нении того или иного вида магния не будет решен одно­ значно. Выбор реагента для каждого металлургическо­ го завода будет, по-видимому, решаться с учетом мест­ ных факторов, таких, как масштабы десульфурации, условия поставки магния и возможность хранения его, организация работ на установке, экономическая эффективность и т. п.

Вместе с тем необходимо отметить, что, хотя выбор реагента оказывает влияние на конструкцию установ­ ки и условия ее работы (за исключением способа До­ нецкого политехнического института, который позво­ ляет осуществлять регулируемый процесс десульфура­ ции как слитковым, так и гранулированным магнием без

96

изменения конструкции установки), имеется целый ряд вопросов как конструктивных, так и технологических, являющихся общими для всех способов и играющих существенную роль в деле дальнейшего развития внедоменной десульфурации чугуна магнием. Значитель­ ная часть этих вопросов уже решена успешно при том или ином способе ввода магния и должна учитываться при сооружении новых установок. Рассмотрим более подробно основные из них:

1.Вопрос межфазных переходов серы в процессе десульфурации и возможность обратного перехода серы из шлака в чугун.

2.Вопрос общей планировки отделений для внедоменной десульфурации.

3.Методы дальнейшего повышения эффективности

использования магния в качестве десульфуратора. 4. Эффективность применения внедоменной десуль­

фурации.

Межфазные переходы серы при десульфурации чугуна исследовались В. И. Мачикиным и Е. И. Складановским на Донецком металлургическом заводе. Обычно считают, что образующийся твердый сульфид магния полностью переходит в шлак. Однако анализ проб шлака, отобранных из ковша до и после десуль­ фурации, показал, что увеличение серы в шлаке не­ значительно (табл. 11), и, как правило, в 2—3 раза ни­ же расчетного, полученного на основе приближенной оценки количества шлака, находящегося в ковше.

Балансовые плавки, проведенные на лабораторной установке, показали, что в шлак переходит 25—55% S от всей удаленной, остальная часть серы уносится с газообразными продуктами реакции в виде мелкой пыли (сернистые соединения H2S и SO2 в газе практи­ чески отсутствуют). Так, в пыли фракции до 1 мм со­ держание серы в отдельных случаях может доходить до 26%. В табл. 12 приведены данные о распределении

Таблица 11

Химический состав шлака до и после десульфурации чугуна магнием %,*

*В числителе — результаты анализа проб шлака до десульфурации чу­ гуна, в знаменателе — после.

Таблица 12

Распределение серы между фазами при десульфурации чугуна

98

Продолжение табл. 12

серы между фазами при десульфурации чугуна в про­ мышленных условиях.

Из приведенных данных видно, что и в реальных условиях десульфурации количество серы, уносимой с газами, может быть значительным. Объясняется это, в первую очередь, тем, что реакции десульфура­ ции чугуна магнием происходят на границе газ — жидкий металл в отличие от соды, извести, карбида кальция, где реакции идут на границе жидкость —

в жидкой фазе. При движении паров магния в чугуне образующиеся сульфиды магния находятся со сторо­ ны газовой фазы и, вследствие весьма малых размеров (как правило, меньше 1 мкм), распределяются по все­ му объему пузыря паров магния, образуя аэрозоль.

В случае, если пары магния усваиваются не пол­ ностью, и пузыри доходят до поверхности металла, то при их разрыве значительная часть сульфидов может быть вынесена из металла. На практике степень усвое­ ния магния обычно не удается получить выше 50—70% и вероятность выноса части сульфидов в виде дыма весьма высока, что и подтверждается приведенными

данными. Остальная часть серы, удаляемой из чугуна, растворяется в шлаке и остается в чугуновозном ковше; при определенных условиях это может при­ водить к обратному переходу серы из шлака в металл.

И. И. Шестопалов на основе проведенных им ис­ следований [71] пришел к выводу, что обратный пере­ ход серы в чугун из шлака, содержащего MgS, не про­ исходит. Он проводил свои исследования в условиях, когда коэффициент распределения серы между метал­ лом и шлаком достигал равновесного значения. Одна­ ко при глубокой десульфурации чугуна содержание серы в шкале может быть значительно выше равновес­ ного, что создает условия для обратного перехода серы.

Исследования показывают, что в чугуновозных ков­ шах в процессе транспортирования чугуна обратный переход серы практически отсутствует. Более того, содержание серы в чугуне снижается с течением вре­ мени за счет всплывания сульфидов. В табл. 13 приве­ дены данные по изменению содержания серы в обрабо­ танном чугуне в процессе транспортирования чугуновозного ковша. Эти данные хорошо согласуются с результатами, полученными ИЧМ.

100