книги из ГПНТБ / Внедоменная десульфурация чугуна

Наличие эффекта обессеривания установлено при применении вибрирующего ковша даже в том случае, когда обрабатывался марганцовистый чугун без по­ дачи десульфураюра. Так, после обработки в вибри­ рующем ковше в течение 5,5 мин чугуна, содержащего

3,45% С; 2,88% Si; 0,76% Мп и 0,129% S, содержание углерода в нем снизилось до 3,42%, кремния—до

2,82, марганца—до 0,67, а серы —до 0,086 [83].

Фирмой «Демаг» разработан комбинированный метод вибрации ковша. Основой метода является соз­ дание центробежных волн, обеспечивающих совершен­ ное перемешивание жидкого чугуна с реагентом так, чтобы свежие порции непрерывно приходили в кон­ такт с частицами реагента, что обеспечивает быструю обработку чугуна с высокой эффективностью. Обла­ дая тремя степенями свободы, ковш описывает кру­ говое движение на трех эксцентриках. Вращение жидкого металла вокруг вертикальной оси ковша вызывает беспорядочное образование волн. В том слу­ чае, если скорость гребня волны больше скорости вра­ щения ванны, происходит эффективное покрытие поверхности реагентов жидким металлом, что сущест­ венно ускоряет реакции.

Фирма «Хирт Фаундри» с помощью десульфура­ ции чугуна в виброковше получает чугун для отливки изложниц следующего состава, %: С 3,0—3,6; Si — 1,5; Мп 0,65; Р 0,2; S 0,008—0,013. С момента введе­ ния установки в строй обработано более 10 000 т чугуна в ковше с номинальной вместимостью 22 т. Ковш, применяемый на заводах этой фирмы, укреплен в верхней части рамы, изготовленной в виде конуса, которая опирается на карданное соединение. Вся конструкция установлена на поворотном круге, при­ водимом во вращательное движение электродвигате­ лем. Комбинация карданного соединения с поворот­ ным кругом обеспечивает вращение ковша во

40

всех направлениях — ковш медленно оборачивается 'вокруг своей оси на вращающейся платформе и пере­ мещается по роликовой раме. Наружный диаметр вибратора меньше внутреннего диаметра роликовой рамы на 0,12 м. Ковш перемещается относительно роликовой рамы с частотой вращения 23 оборота на каждый оборот ковша вокруг своей оси. Оптималь­

как и роликовой рамы, противоположно направлению вращения ковша.

При введении в ковш 150 кг извести и 15 кг брике­ тированной соды в течение 10 мин из чугуна удаляет­ ся 85—90% S, содержание ее в чугуне снижается с 0,08 до 0,008%. Охлаждение чугуна во время обра­ ботки в вибрационном ковше не представляет труд­ ности ввиду малой ее продолжительности [134]. Ра­ бочий слой футеровки выдерживает 550 циклов обра­ ботки.

На некоторых заводах Западной Европы чугун десульфурируют в 60-тонных виброковшах с хороши­ ми результатами. Установлено, что виброковш при­ годен не только для стационарной обработки чугуна, но и для его транспортировки. Поэтому на некоторых заводах чугун выпускают прямо в установленный на виброраму виброковш и десульфурируют на пути к миксеру. После обработки в течение 10 мин чугун без значительных потерь температуры заливают в мик­ сер, а шлак остается в ковше, так как при сливе ме­ талла применяется затвор сифонного типа. На других заводах десульфурация производится между миксе­ ром и конвертером. Например, в кислородно-кон­ вертерном цехе завода «Явата» (Япония) половина передельного чугуна обрабатывается карбидом каль­ ция в количестве 0,5 кг/т чугуна в виброковше вмес­ тимостью 30 т, при этом содержание серы в чугуне

41

Рис. 7. Схема установки для десульфурации чугуна с

помощью наклонной фурмы погружения.

Рис. 8. Установка для десульфурации чугуна из­

10 — расходомер; И — подвод природного газа.

I

десульфуратора и повышается с увеличением расхода і от 10 до 30 кг/т чугуна с 55 до 80% (при исходном со­ держании серы в .чугуне 0,07%). Процесс удаления серы идет тем интенсивнее, чем выше исходное содер­ жание серы в чугуне. Так, если в чугуне до десуль­ фурации содержалось 0,03% S, то максимально до­ стижимая степень десульфурации при расходе десуль­ фуратора 10 кг/т чугуна —40%, а при расходе его 30 кг/т чугуна — 60%. При обработке чугуна проис­ ходит окисление кремния и углерода (содержание Si падает на 0,1—0,2%), чугун за время обработки охлаждается на 50° С. Годовая производительность установок на заводе в Бохуме — 80 тыс. т.

У. Нелл, У. Пюкофф и П. Штренглеер сообщают об успешных опытах по десульфурации чугуна из­ вестью, вдуваемой природным газом [451. После про­ ведения лабораторных опытов способ проверили на установке, показанной на рис. 8. Десульфурации под­ вергался чугун, помещавшийся в ковше миксерного типа вместимостью 200 т, а также в 80-тонном ковше. При обработке 60 т чугуна — расход извести 75 кг/мин и природного газа — 250 м3/ч — снижение содержа­

В ковшах миксерного типа при установке фурмы погружения в вертикальном положении результаты были заметно хуже. Длительность обработки для до­ стижения содержания серы менее 0,01% увеличилась до 40 мин. Расход извести увеличился до 25 кг/т. Результаты значительно ухудшились при примене­ нии изогнутой двухсопловой фурмы. При начальном содержании серы в чугуне 0,04% и расходе извести 10 кг/т снижение содержания серы в чугуне до 0,01% достигали через 20 мин (количество чугуна в ковше 150 т, скорость продувки известью — 75 кг/т, природ­ ного газа — 250 м3/ч).

44

порошков (до 100 кг/мин) крупностью 30 мкм в воз­ душной струе (расход воздуха 0,005—0,008 м3/кг по­ рошка) при давлении до 0,404 МПа с погружением в чугун фурмы с четырьмя соплами диаметром 0,012 м каждое. Продувку осуществляли в чугуновозных ковшах вместимостью 40 т при температуре чугуна

на с помощью фурмы погружения также использует­ ся [89; 101]. Чугун состава, %: С 3,2—3,7; Si 1,5— 2,5; Мп 0,3—0,7; Р 0,03—0,30; S 0,09—0,118 обессе­ ривали в ковше и в индукционной печи с кислой футе­ ровкой вместимостью 0,5 т продувкой порошками СаС2, CaCN2, соды, извести. Лучшие результаты получены при вдувании карбида кальция. Несущим газом слу­ жили азот, углекислота и сжатый воздух. Концентра­ ция порошка в несущем газе составляла от 8 до 96 кг/м3. Десульфуратор вводился графитовой трубкой диамет­ ром 0,0127 м с толщиной стенки 0,019 м на глубину 0,043 м (85% глубины ванны). При расходе десульфу­ ратора 1% от массы металла конечное содержание серы в чугуне не превышало 0,025%, что соответство­ вало степени обессеривания 78—83% и расходу де­ сульфуратора 10—12 кг на 1 кг удаленной серы.

Способ удаления серы из чугуна перем шиванием его с десульфуратором при вдувании воздуха или инерт­ ного газа отличается от способа десульфурации инжек­ цией десульфураторов тем, что десульфураторы высыпаются на поверхность жидкого чугуна, а затем в ковш с чугуном подается воздух или другой газ для

45

перемешивания металла с десульфурато'ром. Удале­ ние серы протекает очень интенсивно. Этот способ Я| может быть осуществлен в двух вариантах: вдувание воздуха или газа с помощью фурмы погружения и че­ рез пористые пробки в донной части ковша. В первом случае для хорошего перемешивания необходимо вводить инжекционную трубку в чугун как можно глубже. Так, по данным [44], при введении инжекци­ онной трубки на глубину 0,2 м продувкой азотом в ко­ личестве 0,2 м3/кг СаС2 за 5 мин содержание серы в чугуне снижалось с 0,14 до 0,014% (степень десуль­ фурации 90%). Температура чугуна при его обработке составляла 1400° С, оптимальный расход карбида кальция — 1,5—2% от массы чугуна.

Следует отметить также работы Н. Волианика [132] по обессериванию литейных чугунов во Фран­ ции карбидом кальция в ковше или индукционной печи с одновременной продувкой ванны газом. Кар­ бид кальция забрасывался на поверхность металла, а в чугун по трубке подавался азот, аргон или воздух для перемешивания его с десульфуратором. Процесс проводился при температуре металла выше 1375° С. Степень десульфурации —80—95%. При более низкой температуре удавалось удалять лишь 70% S, содержав­ шейся в чугуне. Обрабатывался чугун следующего состава, %: С 3,5—3,65; Si 2,16—2,31; Мп 0,025— 0,34; S 0,011—0,032; Р 0,04—0,08. Расход карбида кальция составлял 0,8—1,3% от массы чугуна. Со­ держание серы в чугуне в результате обработки пони­ жалось до 0,005%. Было замечено резкое улучшение .

свойств чугуна.

Второй вариант этого способа называют способом пористогодна [44]. Во Франции Спиром был предложен процесс десульфурации чугуна продувкой газом для облегчения взаимодействия между металлом и шлаком (процесс Газаль) [108]. Продувка чугуна осуществля-

46

лась сначала азотом, затем компрессорным воздухом через четыре пористые пробки, помещенные в дни- 'ще ковша. Расход газа —9 м3/ч на каждую пористую пробку. Ковш был футерован кремнеземисто-глино­ земистыми материалами. Чугун заливался в ковш на загружаемую туда предварительно смесь соды и со­ ли в пропорции 8:1. При обработке томасовских Чу­ гунов с содержанием серы менее 0,1% на десульфура­ цию расходовалось 5—10 кг соды на 1 т чугуна, при этом удалялось 70—90% S; при обработке чугунов, содержащих 0,1—0,2% S, содой в количестве 8 кг/т чугуна степень десульфурации была нестабильна — от 50 до 90%. Замена азота компрессорным возду­ хом не приводила к уменьшению степени десульфу­ рации. Доля удаляемой серы повышалась с ростом температуры чугуна, которая за время обработки пони­ жалась на 40°С. Потери железа при таком способе десульфурации составляли 1 кг/т чугуна. Стойкость пористых пробок — 100 операций.

[85; 87; 122]. Металл обрабатывается в ковше вмести­ мостью 200 кг с пористыми пробками в донной его части. Пористые пробки изготавливаются из квар­ цевого, цирконового и оливинового песков, гранули­ рованного SiC с добавкой силиката натрия, и из раз­ личных пористых огнеупоров. При расходе карбида кальция 1 % от массы чугуна и расходе воздуха 0,227 м’/мин за 1 мин степень десульфурации достига­ ла 51 % при 1320° С и 99% — при 1550° С (начальное содержание серы в чугуне 0,07%). Чугун охлаждался на 25—70° С. Скорость удаления серы определяется интенсивностью перемешивания [87]. По данным [85] при давлении продувочного газа 0,1705 МПа и расходе СаС2 1% от массы чугуна за 3 мин содержание серы

47

в литейном чугуне снижалось с 0,04 до 0,008%, а температура понижалась на 60° С. При повышении расхода карбида кальция до 1,5% в течение 3 мин продувки содержание серы снижалось до 0,005%. Сни­ жение же температуры чугуна оставалось на том же уровне.

В работе [1221 описаны результаты десульфурации литейного чугуна продувкой его через керамическую пробку, установленную в днище копильника на пути потока чугуна из вагранки. Время реагирования чу­ гуна с десульфуратором определяется размерами ко­ пильника. Через пробку металл продувался азотом, а сверху непрерывно подавался СаС2 и коксик в коли­ честве 1% от массы чугуна. В результате такой обра­ ботки содержание серы в чугуне понижалось с 0,1

до 0,05%.

Среди прочих широко применяемых в настоящее время способов удаления серы из чугуна следует вы­ делить десульфурацию с использованием разного рода мешалок, турбулизаторов на желобе у доменной печи и в специальных ковшах с мешалками. Для десульфу­ рации чугуна способами механического перемешива­ ния применяются мешалки двух типов, лишь частич­ но погружаемые в расплав, поскольку это оказалось технологически наиболее оправданным. На рис. 9, а изображена мешалка конструкции Демаг—Остберг [1131. В наклонных полых боковых лопастях при час­ тоте вращения 80—90 об/мин возникают центробежные силы, которые всасывают чугун из нижних слоев че­ рез вертикальную трубу. Сплошная мешалка (рис. 9, б) конструкции фирмы «Райншталь» [81] перемешивает чугун при частоте вращения 70 об/мин. На удаление серы влияют размеры мешалки. При выборе оптималь­ ных форм и размеров мешалки и сосуда, в котором про­ изводится обработка чугуна, результаты десульфура­ ции не хуже, чем в качающемся ковше.

48

В 1966 г. И. Э. Остберг предложил новый тех-

p.нически простой способ десульфурации чугуна [80;

113]. Десульфуратор перемешивается с чугуном вбли­ зи зеркала металла при помощи Т-образной мешалки.

В горизонтальных каналах внутри мешалки возникает

*центробежная сила, благодаря чему чугун засасыва-

а $

Рис. 9. Приспособления для перемещения чугуна

при десульфурации:

а — полая мешалка; б — сплошная мешалка.

ется по вертикальной трубе из нижних слоев и пода­ ется к плоскости раздела расплав—десульфуратор. Чугун по этому способу обрабатывается карбидом кальция. Длина мешалки — 0,64 м; отношение ее дли­ ны к диаметру ковша вместимостью 5 т на уровне зер­ кала металла равно 0,62. Установлено, что центро- бежно-засасывающее действие мешалки играет