книги из ГПНТБ / Внедоменная десульфурация чугуна

В миксере благодаря большему количеству шлака на поверхности создаются благоприятные условия для обратного перехода. В течение трех дней один из миксеров Макеевского металлургического завода ис­ пользовали только для заливки обессеренного чугуна. Содержание серы в чугуне (в ковшах) за этот период изменялось от 0,015 до 0,028%. Пробы отбирали спе­ циальными изложницами, погружаемыми в чугун на глубину до 0,5 м. По данным анализа заводских проб среднее содержание серы в чугуне, сливаемом из миксера за этот же период, было на 0,007% выше.

На Донецком металлургическом заводе миксер N° 2 в течение двух недель наполняли только чугуном, прошедшим внедоменную десульфурацию. Среднее содержание серы в чугуне, заливаемом в миксер в этот период — 0,019%, сливаемом из миксера — 0,029%.

В. И.Мачикиным и Е. И. Складановским был про­ веден сопоставительный анализ условий для обратного перехода серы в миксере при различных количествах обессеренного чугуна в миксере (табл. 14).

Таблица 14

Без внедоменной десульфу­

101

На заводе им. Ильича один из миксеров завода был полностью переведен на обессеренный чугун [21]. При этом производилось обязательное скачивание шлака из ковшей. Содержание серы в миксере резко снизи­ лось (до 0,004—0,01594), составив в среднем за неделю 0,009%.

Таким образом, при скачивании шлака можно под­ держивать в миксере весьма низкое содержание серы в чугуне и не допустить обратного перехода ее из шла­ ка в чугун. Если же шлак не удаляется, эффективность десульфурации чугуна после пребывания его в миксе­ ре резко снижается. Поэтому одновременно с решением вопроса о строительстве установки для десульфурации должен решаться вопрос и о скачивании шлака.

Весьма важным является и вопрос конструктивного оформления установок для десульфурации. Если для обеспечения десульфурации сравнительно небольшого количества чугуна (до 1 млн. т в год) в южных районах страны вполне приемлемыми являются установки, рас­ положенные на открытом воздухе (Макеевский, Донец­ кий заводы), то дальнейшее увеличение мощности уста­ новок, особенно в северных и восточных районах, тре­

чугуна. При этом должны использоваться те наилуч­ шие решения, которые хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации: управление десульфурацией несколь­ ких ковшей с одного пульта управления, обеспечиваю­ щее хорошую видимость всех ковшей (Донецкий завод), установка испарителей (фурм) на тележках и наличие вспомогательного пролета для ремонта испарителей (Макеевский и Донецкий заводы), механизация пода­ чи магния к испарителям (завод им. Ильича) и улуч­ шение условий их ремонта и замены (Донецкий завод), автоматизация управления процессом (Донецкий за­ вод). Кроме того, отделение должно быть оборудовано

102

газоочисткой (нет ни на одной из существующих установок) и мостовым краном для облегчения работ по ре­ монту установки и уборке чугуновозных путей.

Располагаться отделение должно, как показывает практика, по пути движения чугуновозных ковшей от доменного цеха к сталеплавильному, отдельно от основных металлургических агрегатов. Изложенным требованиям в значительной мере удовлетворяет уста­ новка Новолипецкого металлургического завода, проектируемая липецким филиалом Гипромеза сов­ местно с Институтом черной металлургии с учетом рекомендаций Донецкого политехнического института.

Конструктивное оформление оборудования для десульфурации оказывает значительное влияние и на эффективность использования магния. В первую очередь это относится к конструкции устройств для ввода магния — испарителей (фурм с расширенными наконечниками).

Основное требование, которому должен удовлетво­ рять испаритель,— это обеспечение полного испаре­ ния магния внутри испарительной камеры и исключе­ ние возможности попадания неиспарившегося магния в чугун. При этом испаритель должен также обеспечи­ вать равномерное распределение паров магния в чу­ гуне, огнеупорная обмазка испарителя должна вы­ держивать достаточную длительность разового по­ гружения в чугун и обладать высокой устойчивостью к теплосменам, зарастание испарителя шлаком и чу­ гуном должно быть минимальным, испаритель дол­ жен быть прост в изготовлении и т. п. Донецким по­ литехническим институтом проведены исследования ра­ боты испарителей различных конструкций (рис. 22).

Наиболее простым в изготовлении является испа­ ритель, показанный на рис. 22, а. Однако такой ис­ паритель требует весьма точной установки на штанге механизма подъема. Даже самые незначительные

103

перекосы приводят к тому, что пары магния начинают выходить с одной стороны (о чем свидетельствуют раз­ мывы огнеупорной обмазки), унося с собой неиспарившиися магнии. —Процесс с таким испарителем идет бурно, плохо управляете:i, возможны выбросы чугу­

на из ковша, степень ис­ пользования магния при этом резко снижается.

Испаритель с «зубчика­ ми» (рис. 22, б) дает доста­ точно равномерное распре­ деление паров магния в чу­

предыдущего.

Наилучшие результаты десульфурации получены при работе испарителя с отверстиями в испарительной камере (рис. 22, в). При правильно выбранных раз­ мерах такой испаритель достаточно надежно обеспе­ чивает полное испарение магния внутри испаритель­ ной камеры и хорошо распределяет пары магния по объему ковша. Наиболее сильное влияние на процесс оказывает сечение отверстий и расстояние от от­ верстий до нижней кромки испарительной камеры. Объясняется это тем, что давление внутри испари­ теля является пульсирующим это вызывает рас­ качивание поверхности чугуна внутри испаритель-

104

, ной камеры и при определенных условиях возможен Чвыход неиспарившегося магния в чугун под нижней k' кромкой испарителя. Для предотвращения этого на

,практике изготавливают обычно испарители с 6—8 отверстиями диаметром 0,04—0,07 м, расположенными от нижней кромки на расстоянии не менее 0,15 м. Такая конструкция испарителей успешно эксплуати­ руется на Макеевском и Донецком заводах при исполь­ зовании слиткового магния, а также на заводе «Запорожсталь» и рекомендована ИЧМ для Новолипецкого завода при использовании гранулированного магния.

Значительное влияние на степень использования магния оказывает и скорость ввода магния в чугун. Степень использования магния повышается с умень­ шением скорости испарения магния [5]. Предполага­ ется, что зависимость эта носит экстремальный харак­

тер, предполагаемая точка экстремума — 0,15 кг/с. Поданным Н. А. Вороновой [69], эта точка находится в интервале 0,2—0,25 кг/с. Исследования, проведен­ ные Донецким политехническим институтом [3], по­ казали, что усвоение магния улучшается и при сни­ жении скорости испарения ниже указанных значе­

ний.

В настоящее время почти на всех установках, где применяют регулируемый ввод магния, скорость испарения магния поддерживают в интервале 0,1— 0,2 кг/с. Дальнейшее снижение скорости испарения хотя и приводит к повышению степени использования магния вряд ли целесообразно, так как заметно увели­ чивается время обработки ковша, а, главное, время

'пребывания испарителя в чугуне, что отрицательно сказывается на его стойкости. Скорости ниже 0,1 кг/с применяют лишь в случаях обработки переполненных чугуновозных ковшей.

В. И. Мачикиным и Е. И. Складановским были про­ ведены исследования влияния на степень использования

магния концентрации серы в чугуне. Степень ис­ пользования магния уменьшается по мере снижения концентрации серы в чугуне по закону, близкому к экспоненциальному, причем в реальных условиях' десульфурации степень использования магния, близ­ кая к 100%, может иметь место лишь при концентра­ циях серы в чугуне более 0,12%. При наиболее часто встречающихся концентрациях серы — 0,02—0,08% — максимально возможная степень усвоения магния 30—70%. Объясняется это тем, что мощность переме­ шивания от всплывания паров магния в ковше не мо­ жет обеспечить подвод серы в количестве, достаточ­ ном для полного усвоения магния. На основании этого высказано предложение вводить магний в чугун вместе с нейтральным газом в соотношении, при ко­ тором обеспечивается мощность перемешивания, до­ статочная для полного усвоения магния, при этом по мере уменьшения концентрации серы в чугуне вели­ чина соотношения газ — магний должна изменяться в сторону увеличения количества газа. Уменьшение концентрации паров магния в газе на скорости реак­ ции заметно не сказывается, так как скорость диффузи­ онных процессов в газах значительно (примерно в ІО5 раз [37]) выше, чем в жидкости, а скорость удале­ ния серы, как и прежде, будет лимитироваться под­ водом серы. Определенный эффект повышения степени усвоения магния получается и при введении маг­ ния вместе с воздухом (до 10% в пределах концентра­ ций серы 0,02—0,06%), несмотря на то, что определен­ ная часть магния сгорает в кислороде подводимого воз­ духа. По-видимому, предложенный способ может стать одним из наиболее эффективных.

Эффективность применения внедоменной десульфу­ рации в настоящее время выражается в повышении качества чугуна и тем самым в качестве стали, выпла­ вляемой из этого чугуна. В результате применения

106

внедоменной десульфурации на заводах «Азовсталь» и им. Ильича освоено производство высококачествен­ ных сортов стали и особо чистых по сере сортов литей­ ного чугуна. Приплаты, которые получали заводы за высокое качество металла, составляют весьма за­ метную величину — 3 руб/т, в то время как затраты

1,5 руб/т (в зависимости от вида магния — слитковый или гранулированный — и степени десульфурации).

На заводе им. Ильича были проведены конвертер­ ные плавки с содержанием серы в чугуне 0,001— 0,002% [69]. При использовании малосернистого чугуна для производства низкоуглеродистой кипя­ щей конструкционной стали в кислородном конвертере улучшаются показатели плавки: длительность цикла снижается на 5—7%, выход годной стали повышается на 1—2%, головная обрезь на слябинге уменьшается на 0,1—0,5%. Содержание серы в стали (не выше 0,02%) отвечает требованиям мировых стандартов

[21].

На Макеевском металлургическом заводе прове­ дены плавки в мартеновских печах с применением чугуна, подвергнутого внедоменной десульфурации. Результаты их приведены в табл. 15. Удалось полу­ чить сталь с содержанием серы 0,012—0,013%, что в обычных условиях сделать не удается. В ряде слу­ чаев применение внедоменной десульфурации дает не только экономические выгоды, но становится необ­ ходимым условием дальнейшего технического прогрес­ са. Так, например, в доменном производстве дальней­ шее глубокое обогащение криворожских руд не может быть осуществлено без применения внедоменной де­ сульфурации, поскольку уменьшение выхода шлака ниже 300 кг/т неизбежно вызовет чрезмерное повыше­ ние содержания серы в чугуне в условиях работы

Таблица 15

Результаты мартеновских плавок с применением десульфурированного чугуна

доменных печей на сернистом донецком коксе. В стале плавильном производстве применение внедоменной де­ сульфурации необходимо для нормальной работы уста­ новок непрерывной разливки стали радиального типа.

Внедоменная десульфурация, помимо повышения качества металла, может дать большие выгоды в до­ менном производстве за счет снижения основности шлака. Пока такая задача в большом масштабе не ставится ввиду недостаточного развития установок для внедоменной десульфурации, тем не менее, переход на работу со шлаками пониженной основности уже имеет место. Так, на заводе в Рустави была опробова­ на работа одной из доменных печей на пониженной основности — 1,19 вместо 1,3. Содержание серы при этом возросло до 0,088%, и весь чугун подвергали вне­ доменной десульфурации. Снижение основности шлака позволило уменьшить расход кокса на 46,3 кг/т чугуна

108

На Макеевском заводе доменщики, пользуясь наличием установки для внедоменкой десульфурации, испробовали работу доменной печи на шлаках пони­ женной основности. По их расчетам в условиях за­ вода для удаления 0,01 % S из чугуна в доменной пе­ чи требуется повышение основности шлака на 0,19, что приводит к увеличению расхода кокса на 16,7 кг и снижению производительности печи на 2,97%. В де­ нежном выражении затраты составляют 0,91 руб/т чугуна. Удаление каждой 0,01% S на установке внедоменной десульфурации требует 0,19 руб/т чугуна, что значительно ниже, чем в доменной печи.

Доменщики завода им. Ильича опробовали рабо­ ту на шлаке, в котором отношение СаО : SiO2 было снижено с 1,17 до 1,11, а отношение RO : SiO2 —

с1,32 до 1,17. Опыт работы на таких шлаках показал, что в этом случае обеспечивается форсировка и ровный ход печей, улучшаются технико-экономические пока­ затели плавки. По расчетным данным выход шлака при работе на таком шлаковом режиме понижается

с484 до 442 кг/т чугуна. Среднее содержание серы

вчугуне, выплавленном на таких шлаках, составляет 0,077%, а после десульфурации — не выше 0,005%.

Указанное изменение шлакового режима приводит в условиях завода им. Ильича к снижению расхода

и увеличения прочности агломерата), увеличению ко­ личества утилизированного шлака на 84,7 кг/т чугу­ на. Производство чугуна возрастает на 1,24%.

Как видно из приведенных примеров, снижение основности доменного шлака дает заметное улучшение как в смысле роста производительности, так и в отноше­ нии снижения удельного расхода кокса. Однако устано­ вить количественно размер роста производительности

109