книги из ГПНТБ / Внедоменная десульфурация чугуна

В СССР в эти же годы также проводились опыты по десульфурации чугуна в литейных и доменном цехах завода им. Петровского. Опыты по десульфурации проводил А. Д. Готлиб. Сода забрасывалась в ковш или на конец желоба. Чтобы облегчить удаление шла­ ка, в ковш добавляли тонко измолотый известняк. В результате такой обработки удалялось 20—60% содержащейся в чугуне серы. Первые опыты внедоменной десульфурации чугуна проводились с целью улучшения его качества, без всякой связи с доменным

Магний является одним из наиболее эффективных десульфураторов. По десульфурирующей способности он уступает лишь карбиду кальция и окиси натрия.

По этой причине вопросу применения магния для де­ сульфурации уделяется много внимания в отечествен­ ной и зарубежной металлургии.

Особенность обработки жидкого чугуна магнием состоит в том, что магний характеризуется низкой

и кипения магния чрезвычайно низки с точки зрения

20

гретого пара. Это обстоятельство, с одной стороны, способствует лучшему контакту десульфуратора с ме­ таллом, а с другой — обусловливает возможность вы­ бросов металла и сгорания паров магния за предела­ ми ковша. Спокойное протекание процесса десульфу­ рации жидкого чугуна магнием возможно лишь при условии создания специальных защитных приспособ­ лений или принятия других мер, обеспечивающих воз­ можность растянуть процесс испарения магния во вре­ мени.

Десульфурация чугуна магнием имеет ряд преиму­ ществ перед методами обработки чугуна другими реа­ гентами. Не последнее место среди этих преимуществ занимает совершенно незначительное количество шла­ ка, образующегося в результате десульфурации на поверхности металла. Образующийся сульфид магния является очень прочным соединением: температура его плавления — 2000° С, он не восстанавливается ни водородом, ни кремнием, ни окисью углерода и бла­ годаря низкой плотности (2820 кг/м3) легко всплы­ вает в шлак. Реакция десульфурации чугуна магнием сопровождается выделением тепла, поэтому потери тепла в процессе обессеривания незначительны. При обработке чугуна магнием не выделяются вредные для здоровья человека газы и пары, поэтому такой про­ цесс не требует сооружения специального оборудова­ ния для очистки атмосферы.

При температуре выше 1107° С магний находится в парообразном состоянии. Зависимость упругости паров магния от температуры описывается выраже­

равно 0,808 МПа, что обусловливает необходимость

21

принятия специальных мер, тормозящих его испарение в жидком металле.

На заводе им. Дзержинского И. Г. Половченко [5; 60; 611 испытал более 20 способов присадки маг­ ния в чугун. При десульфурации чугуна в 60-тонных ковшах жидким магнием и расходе магния 0,05% удалялось 45—50% S; повышение расхода магния до 0,1—0,12% позволяло достичь степени десульфу­ рации 90%. Спокойное протекание реакции десульфу­ рации и наиболее эффективное использование обес­ серивающей способности жидкого магния отмечены при расходе его 0,15—0,20 кг/с. При вводе магния более 0,3 кг/с процесс протекал бурно, сопровожда­ ясь выбросами чугуна.

Из данных, приведенных И. Г. Половченко, сле­ дует, что температура кипения, равновесное давление и объем паров магния при различных температурах зависят от глубины погружения магния в чугун. Так, при погружении магния в чугун на глубину 6—8 м температура кипения магния повышается до 1350° С, так как равновесное давление паров магния при этой температуре (0,48 МПа) уравновешивается массой столба чугуна. При этом образуется 0,957 м3 паров магния на 1 кг металлического магния. Однако погру­ жение магния на такую глубину в жидкий чугун на практике затруднено. Создание избыточного давления над поверхностью чугуна осуществимо в малых мас­ штабах в условиях литейных цехов, но весьма сложно в условиях обработки больших масс металла [33]. Несмотря на удовлетворительные результаты обработ­ ки чугуна жидким магнием, в связи с трудностью, ввода его в металл и низкой стойкостью магниепроводов этот способ десульфурации не нашел промышлен­ ного использования.

Затраты тепла на плавление, испарение и перегрев магния до температуры жидкого чугуна составляют

22

7416 ГДж на 1 кг магния. При расходе магния до 2 кг на 1 т чугуна с учетом этих затрат тепла температура чугуна снижается не более, чем на 17—18° С. В связи с этим предварительное плавление и испарение магнии представляется нецелесообразным. Магний успешж плавится и испаряется за счет физического тепла чу­ гуна.

Представляет интерес рассмотреть некоторые пред­ ложения по десульфурации чугуна, пока не получив­ шие признания. К их числу прежде всего относится применение для десульфурации редкоземельных эле­ ментов. Активным десульфуратором является церий. Из результатов исследований Н. А. Вороновой [9] сле­ дует, что церий, вводимый в чугун, образует с серой тугоплавкие сульфиды CeS и Ce2S, температура плав­ ления которых выше 2000° С, а плотность — соответ­ ственно 5900 и 5200 кг/м3.

Церий является активным десульфуратором, хотя и менее эффективным, чем магний [9; 48; 72]. Остаточ­ ное содержание серы в чугуне, обработанном церием, всегда выше, чем в магниевом. При наличии в исход­ ном чугуне менее 0,01 % S дальнейшего обессеривания при вводе в чугун ферроцерия не наблюдается. При исходном содержании серы 0,02—0,04% ее удаляется около 50%. В ваграночном чугуне при расходе 0,95% ферроцерия содержание серы снижается с 0,1 до 0,06%. Таким образом, десульфурация чугуна це­ рием проходит менее активно, чем магнием. Стоимость цериевого десульфуратора превышает в 4 раза стои­ мость магния [12]. Очистка чугуна от серы церием в больших массах явно нерациональна, но может оправдать себя при обработке небольших количеств чугуна в мелкосерийном производстве.

І4з других редкоземельных элементов наибольше­ го внимания с точки зрения пригодности для десуль­ фурации заслуживают лантан и неодим. Определенный

23

интерес представляют некоторые способы десуль­ фурации чугуна различными смесями на основе соды, извести, известняка и др. В поисках новых активных смесей для десульфурации проводились обширные опыты со смесями, в состав которых входили поварен­ ная соль, плавиковый шпат, манганокальцит (кар­ бонатная марганцевая руда) [13; 17]. Особенно хо­ рошие результаты получены при десульфурации чу­ гуна смесями следующего состава: 25% соды, 25% плавикового шпата и 50% известняка; 20% соды, 15% поваренной соли и 65% известняка; 50% поварен­ ной соли и 50% известняка; 50% поваренной соли и 50% манганокальцита; 25% соды, 25% плавикового шпата и 50% манганокальцита. Во всех перечисленных случаях достигнут высокий процент удаления серы.

С целью уменьшения расхода серы на десульфу­ рацию были проведены опыты с применением смеси соды с манганокальцитом, взятых в отношении 1:1. Подача этой смеси производилась как непосредствен­ но в ковш, так и в струю чугуна. Процент присадки соды к чугуну колебался в пределах от 0,47 до 1,75% по массе. Наивысшая степень десульфурации в этих опытах составляла 65,6%, наименьшая — 11,7% [131.

В работе [17] описана десульфурация чугуна сме­ сью манганокальцита с поваренной солью в заводских условиях. Измельченный манганокальцит смешивался с поваренной солью, и смесь присаживалась на дно ковша и на струю, а также вдувалась воздухом. При расходе 0,95% смеси на 44,1 т чугуна удалялось 30%

серы (с 0,040 до 0,028%), а при расходе 1,05% смеси на 53 т чугуна степень десульфурации составляла

55% (с 0,060 до 0,027%).

Ввиду летучести поваренной соли при десульфу­ рации из ковша выделялись пары соли и хлора в виде белого дыма в большом количестве, что приводило

24

к осложнениям при выпуске чугуна. Указанные технические трудности не позволяют широко приме­ нять исследованные смеси для десульфурации.

Опубликован ряд экспериментальных работ, в ко­ торых показана возможность десульфурации чугуна электролитическим путем. О. А. Есин и др. [30] провели опыты электролитического обессеривания чугуна. К чугуну, содержащему 4,1% С; 0,2% Si; 0,2% Мп; 0,03% S, добавляли серу, доводя содержа­ ние ее в чугуне до 1 %. Над слоем чугуна наводили шлак следующего состава, %: SiO2 40; CaO 28; А12О3 25; MgO 7. Анод был размещен в шлаке, катод подводил­ ся к металлу через дно ковша. Режим электролиза — напряжение 12—15 В; сила тока —до 100 А. В ре­ зультате такой обработки содержание серы в чугуне снижалось на 49—60% (с 0,079 до 0,034) при продолжи­ тельности электролиза два часа.

С более высокими показателями десульфурирова­ ли чугун электролитическим, способом японские ис­ следователи [42]. Чугун обрабатывали под шлаком состава, %: СаО 45; SiO2 35; А12О3 20. При подаче на катод тока плотностью 0,06 А/м2 и напряжением 12—15 В за 30 мин содержание серы в чугуне снижа­ лось с 0,079 до 0,017%, т. е. эффективность десуль­ фурации составляла 75,8—86,4%. Под шлаком, со­ держащим фтористые соединения (СаО — 40%; SiO2 — 30%; ДІЛ — 10%; CaF2 — 15%; NaF — 5%), элек­ тролитическая десульфурация проходила с еще луч­ шими результатами: при плотности тока 0,06 А/м2 и напряжении 8—10 В за 30 мин содержание серы в чу­ гуне снижалось на 95% (с 0,901 до 0,041%). Сера пе­ реходила частично в шлак в виде CaS и частично удалялась в атмосферу в виде SO2.

Установлена также возможность десульфурации чугуна вакуумированием [49]. В лабораторных усло­ виях обессеривали чугун состава, %: Si 0,7; Мп 1,5;

25

С 4. Некоторые результаты лабораторных опытов по десульфурации чугуна вакуумированием приве­ дены в табл. 1.

был проверен в заводских условиях — в сталеразливоч­ ном ковше бессемеровского цеха. Ковш с 18,4 т чугуна выдерживался в вакуум-камере при давлении 2261— 3724 Па в течение 15 мин. В этих условиях удалялось 44% S, содержание ее в чугуне понижалось с 0,078 до 0,044%. Возможность десульфурации чугуна ва­ куумированием подтверждена и в работе [15].

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССА ВНЕДОМЕННОЙ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ ЧУГУНА

Внедоменная десульфурация чугуна за рубежом

В настоящее время зарубежные металлурги, особенно на заводах, производящих качественные стали, придают большое значение всемерному разви­

26

происходящих при этом, разработку и внедрение но­ вых способов обработки чугуна с наилучшими техни­ ко-экономическими показателями. Столь горячий ин­ терес к внедоменной десульфурации не случаен и мо­ жет быть объяснен влиянием ряда факторов, значение которых резко возросло в последние годы.

С одной стороны, повышение требований к качеству стали, особенно в связи с ростом объемов производ­ ства ее в кислородных конвертерах, в которых степень десульфурации составляет всего 30%, обусловливает более жесткие требования к качеству передельного чугуна, в частности, по содержанию серы в нем. С дру­ гой стороны, металлурги все чаще и чаще возвращаются к идее использования внедоменной десульфурации чугуна в целях снижения основности шлака и улуч­ шения за этот счет технико-экономических показателей доменной плавки.

Внедоменная десульфурация чугуна в странах За­ падной Европы. Несмотря на отмеченные выше не­ достатки способов обработки жидкого чугуна содой, вопрос применения ее для десульфурации отнюдь не снимается с повестки дня, тем более, что в последнее время выявлены и неоспоримые преимущества ис­ пользования соды в качестве десульфуратора (в срав­ нении, например, с известью). Дело в том, что обра­ ботка жидкого чугуна содой наряду с десульфурацией позволяет получать особо чистый металл по содер­ жанию газов и неметаллических включений.

Практикой установлено, что содержание азота в томасовском чугуне существенно снижается после обработки его содой. При расходе 25 кг соды на 1 т чугуна содержание азота снижается с 0,006 до 0,002% [77]. Полученные результаты явились предпосылкой для широкого внедрения обработки чугуна содой

27

с целью удаления из металла вредных примесей, в том числе и азота [41].

На заводах Бельгии сода для десульфурации чу­ гуна применяется как в чистом виде, так и в смеси с другими десульфураторами. При обессеривании часто применяются сифонные ковши. На ряде заводов Ан­ глии также успешно проводилась и проводится десуль­ фурация чугуна содой [120]. Некоторые данные об условиях и результатах десульфурации приведены в табл. 2.

В современных условиях десульфурация чугуна порошковой, гранулированной или брикетированной содой производится, в основном, по схеме, показан­

28

ной на рис. 2 [80]. Если чугун транспортируется в ста­ леплавильный цех в открытых ковшах или в ковшах с крышками, то соду присаживают на выпускной желоб /? или в чугуновозный ковш Нр. С точки зре­ ния технологии более удобно проводить десульфура­ цию в сифонном ковше Sp, где струя чугуна прохо­ дит через слой содового шлака толщиной 0,3—0,4 м.

Рис. 2. Схема оборудования для десульфурации чугуна содой.

В сталеплавильном цехе соду присаживают при за­ ливке чугуна из миксера в ковш (по схеме М—Р). Для улучшения десульфурации чугун с содовым шла­ ком переливают во второй ковш (по схеме М—Р—Р). При перевозке чугуна в сигарообразных ковшах соду в доменном цехе не присаживают, так как ще­ лочные шлаки в значительной степени разъедают футеровку ковша. В этом случае десульфурацию проводят при сливе чугуна из сигарообразного ковша (по схеме Т—Р).

При десульфурации в доменном цехе средняя сте­ пень удаления серы повышается при увеличении расхода соды до 8 кг/т чугуна, и при дальнейшем увеличении расхода десульфуратора остается почти

29