книги из ГПНТБ / Внедоменная десульфурация чугуна

На ряде японских заводов успешно работают уста­ новки, использующие для десульфурации инжекцию десульфураторов струей газа, а также перемешивание металла с десульфуратором либо продувкой через фѵрму погружения, либо методом «пористого дна»

Вдувание десульфуратора газовой струей в ковш миксерного типа на заводах фирмы «Ниппон Стил» осуществляется по схеме, показанной на рис. 12. Первая установка такого типа введена в строй на за-' воде «Нагойя» в июне 1971 г. Отмечаются выплески чугуна во время десульфурации, что является причи­ ной выхода из строя футеровки ковшей. При расходе СаС2 2 кг/т чугуна содержание серы в нем понижается с 0,03 до 0,01%.

60

Способ десульфурации чугуна перемешиванием при вдувании воздуха или инертного газа также применя­ ется довольно широко, особенно второй вариант этого способа — способ «пористого дна». Смонтированные в донной части пористые пробки легко заменяемы. Пористые пробки в Японии изготавливаются из высо­ косортных алюмомагнезитовых огнеупоров. Обычно скорость вдувания газа составляет около 0,2 м3/мин. При таком режиме обработка чугуна продолжается 2—3 мин.

На рис. 13 показана схема установки для продувки чугуна через пористую пробку [651. В качестве десульфуратора используется карбид кальция. При расходе его 5—6 кг/т чугуна и длительности обработки 10— 15 мин содержание серы в чугуне снижается с 0,03 до

0,005 %.

На заводах фирмы «Явата Сэйтэцу» используются 70-тонные ковши цилиндрической формы с тремя по­ ристыми пробками, расположенными в донной части ковша на равном расстоянии друг от друга. В ковш загружают 60—64 т чугуна, туда же подается карбид кальция, оптимальная крупность которого должна быть не более 0,003 м (лучше порошок). Продувка ведется предварительно прогретым азотом, расход которого сначала составляет 0,067 м3/мин, а в процессе продувки повышается до 0,212 м3/мин. Десульфура­ ция продолжается 5—10 мин. Эффективность десуль­ фурации — 77—90%, содержание серы в чугуне сни­ жается с 0,028 до 0,005%. Расход СаС2 — 4—5 кг/т

чугуна.

На большинстве заводов фирмы «Ниппон Стил» периодически используют десульфурацию с переливом чугуна, не требующую специального оборудования. В ковш загружают десульфуратор (карбонат натрия или каустическую соду), на который заливают жидкий чугун. Однако степень десульфурации этим методом

61

относительна невысока и нестабильна. Потери метал-' <¡ ла при такой десульфурации невелики — не более

0,4%.

Кроме описанных, на металлургических заводах Японии проходит промышленную проверку ряд дру­ гих способов удаления серы из чугуна, среди которых заслуживает внимания способ непрерывной десульфу­ рации во вращающейся печи наклонного типа [83; 99; 104; 111]. На заводе «Фунабаси Кодзе» фирмы «Кубота Такко» и на одном из заводов фирмы «Сумитомо Киндзоку Коге» проводились исследования десульфу­ рации чугуна во вращающейся наклонной печи не­ прерывного действия производительностью 60 т/ч.

В печь заливают жидкий чугун, содержащий 0,08— 0,1% S, добавляют порошкообразный карбид кальция

вколичестве 0,4—1,3% и сплав ферросилиция для регулирования состава чугуна. Печь вращают с уско­ рением, добиваясь «дождевидного» состояния смеши­ ваемых материалов. Минимальное содержание серы

вчугуне получают при добавке 0,8% СаС2. Температу­ ра металла за время обработки понижается на 20° С, т. е. в меньшей степени, чем в печах периодического действия. Частота вращения печи — 100—140 об/мин, время обработки чугуна — 2—4 мин, конечное содер­ жание серы в чугуне — менее 0,005% [99; 104].

Компания «Сумитомо Киндзоку Коге» усовершен­ ствовала способ десульфурации чугуна во вращающей­ ся печи непрерывного действия. Десульфуратор по этому усовершенствованному способу вдувается вмес­ те с экзотермической газовой смесью. Частота враще­ ния печи — 210 об/мин, длина печи — 3,3 м, внутрен­ ний диаметр — 0,8 м. Без подачи газовой смеси содер­ жание серы в чугуне понижается с 0,038 до 0,008%, при

этом чугун охлаждается на 12° С. С подачей газовой s смеси содержание серы снижается с 0,039 до 0,005%, а чугун охлаждается всего на 6° С [51].

Ö2

По другому японскому патенту десульфурацию

В ковш нагнетается воздух, который заставляет чу­ гун подниматься в реакционную емкость. По дости­ жении уровня металла в реакторе определенной от­ метки металл возвращается в ковш (снижается давле­ ние воздуха)[501.

Согласно патентам [58; 59], предлагается исполь­ зовать гомогенизированный формованный агент плот­ ностью 1,3 и 2,5 кг/м3, содержащий, % по массе: кальцинированной соды 60—85, портландцемента 3—25, силиката натрия 0,1, буры 0—5, хлористого натрия 0—5, кальцийсодержащих веществ 0—10, железного порошка 0—10, воды 7—15.

По патентам [52; 53] предлагается десульфуриро­ вать чугун смесью, состоящей из веществ, содержа­ щих щелочные и щелочноземельные металлы: 10—30% щелочи, соды и окислов щелочноземельных металлов и 5—10% силиката натрия (молярное отношение равно 1—4). Смесь прессуется при давлении 4,9—24,5 МПа в брикеты размером от 0,005 до 0,2 м и плотностью

1200 кг/м3.

Внедоменная десульфурация в странах — членах СЭВ. На металлургическом комбинате «Ост» (ГДР) проведены исследования десульфурации жидкого чу­ гуна вдуванием измельченной извести и карбида каль­ ция [98]. Продувка осуществлялась в обычном чу­ гуновозном ковше сжатым воздухом или азотом. На том же заводе было опробовано обессеривание чугуна в вибрационном ковше по методу Каллинга. Полупро­ мышленная установка позволяла обрабатывать до 2 т чугуна одновременно. Частота вращения ковша — 60 об/мин. Обработке подвергались томасовский и ли-

63

тейный чугун. Десульфурация чугуна в ковшах порошкообразней известью производится на двух венгер­ ских заводах [133].

В Румынии на заводе «Виктория» с целью повыше­ ния технико-экономических показателей плавки до­ менная печь полезным объемом 154 м3, выплавляв­ шая литейный чугун, была переведена на работу с бо­ лее кислыми шлаками, с отношением CaO/SiO2 0,7— 0,8 вместо 1,1—1,2; при этом расход известняка умень­ шился на 267,9 кг/т чугуна (63,5%), а удельный расход кокса — на 83 кг/т чугуна (5,5%). Внедоменную де­ сульфурацию осуществляли продувкой чугуна из­ вестью струей сжатого воздуха. Порошок извести, в которой фракция менее 0,0001 м составляла более 70%, загружался через воронку в герметический бун­ кер вместимостью 200 кг, откуда под давлением 0,121— 0,152 МПа подавался струей воздуха через гибкий шланг и далее через металлическую трубку внутренним

различные процессы и оборудование могут быть раз­ делены на три основных группы: процессы, протекаю­ щие в поточных камерах, в специальных емкостях и в чугуновозных ковшах.

Для каждого процесса характерно применение оп­ ределенного вида оборудования.

Оборудование первой группы устанавливается не­ посредственно в потоке жидкого чугуна и обеспечи-. вает непрерывный процесс десульфурации. К этой группе оборудования относятся разного рода желоба, воронки, вращающиеся барабаны непрерывного дей­ ствия, специальные ковши с мешалками, установлен­ ные в потоке чугуна.

64

Мы считаем, что процесс десульфурации, протекаю­ щий непрерывно в потоке, заслуживает предпочтения перед всеми другими, так как в этом случае не проста­ ивают чугуновозные ковши, исключаются переливы чугуна, падение температуры чугуна сводится к ми­ нимуму. Однако вполне пригодный для широкого при­ менения в промышленности процесс десульфурации в потоке пока еще не разработан. Одна из-трудностей, стоящих на пути к разработке такого процесса заклю­ чается в необходимости осуществлять его в местах напряженных технологических операций.

Оборудование, входящее во вторую группу, ха­ рактеризуется применением устройств, обеспечиваю­ щих ввод реагента в чугун в специальной емкости. К этой группе оборудования могут быть отнесены вра­ щающиеся ковши Каллинга, специальные ковши бара­ банного типа, встряхивающие ковши различных ти­ пов и др. Преимущество процесса, отнесенного нами ко второй группе, заключается в высоких показателях десульфурации. Недостатки — необходимость приме­ нения переливов чугуна и грузоподъемных средств, значительная длительность процесса десульфурации, падение температуры чугуна, высокие капитальные затраты.

Оборудование, входящее в третью группу, характе­ ризуется применением устройств, обеспечивающих ввод десульфуратора в жидкий чугун и создание усло­ вий для максимального использования десульфурато­ ра. Чугун при этом остается в чугуновозных ковшах. К этой группе оборудования относятся различного рода мешалки и установки для вдувания порошкооб­ разных реагентов.

Преимущество процессов третьей группы заключа­ ется в том, что не требуется специальных емкостей, в результате чего отпадает надобность в переливах металла. Недостатки процесса — уменьшение степени

наполнения ковшей, увеличение времени их оборота, что приводит к увеличению ковшевого парка; кроме того, создаются трудности, связанные с удалением шлака из ковшей.

Внедоменная десульфурация чугуна

вСССР

Вотечественной практике десульфурация чугуна содой наиболее широкое применение получила на Ка­ рагандинском металлургическом комбинате ввиду особых сырьевых условий — необходимости работать на сырой Атасуйской руде и агломерате из нее. Соду

загружают в ковши в бумажных пакетах массой по 40 кг перед подачей ковшей к печи. Шлак из ковшей скачивают перед сливом на разливочной машине через промежуточный обводный желоб в металлические ко­ робки, размещенные на лафетах чугуновозных ковшей. После слива чугуна коробки снимают краном с лафе­ та, и застывший содовый шлак выбивают в металличе­ ские полувагоны. Эта операция занимает 1—2 мин [24]. Систематическое применение внедоменной десуль­ фурации чугуна позволило доменщикам Карагандин­ ского комбината работать на шлаках пониженнойосновносіи, что существенно улучшило технико-экономи­ ческие показатели работы доменных печей [14; 25].

Большого внимания заслуживают опыты по десуль­ фурации чугуна содой, проводившиеся на Енакиевском металлургическом заводе. Для проведения этих опы­ тов была построена специальная установка — враща­ ющийся барабан непрерывного действия [76]. На опыт­ ной установке былообработано13,8 тыс. т передельного и 1,2 тыс. т литейного чугуна. Чугун обрабатывался на выпуске его из доменной печи до поступления в чугуновозные ковши. Основные параметры установки следующие:

66

Чугун по желобу поступает в барабан, который приводится во вращение от электродвигателя перемен­ ного тока через клиноременную передачу к ведущим опорным роликам, связанным фрикционно с банда­ жами барабана. Частоту вращения можно регулиро­ вать ступенями от нуля до 2000 об/мин. Десульфуратор подается из бункера в барабан сжатым воздухом с помощью фурмы. Из барабана чугун и шлак посту­ пают в приемник. Чугун отделяется от шлака обыч­ ными разделительными устройствами. Отходящие газы удаляются в атмосферу через дымовую трубу. Шлак по желобу сливается в шлаковоз.

Футеровку барабана разогревают только один раз после изготовления. Перед поступлением чугуна бара­ бану сообщают минимальную частоту вращения, на фурму подают в небольшом количестве сжатый воз­ дух. После поступления первых порций чугуна часто­ ту вращения и расход воздуха доводят до заданных рабочих параметров и затем поддерживают их постоян­ ными. Десульфуратор подают через 1—2 мин после поступления первых порций чугуна в барабан и пре­ кращают за 1—2 мин до окончания обработки чугуна.

Десульфурировали передельные (бессемеровский и мартеновские) чугуны состава, %: Si 0,3—1,4; Мп

0,3—1,8; S 0,02—0,18; и литейные чугуны, содержащие

чугун поступал в барабан со скоростью 2,5—9,2 т/мин. Десульфуратором на установке Енакиевского за­ вода служила, в основном, кальцинированная сода (0,7—14,8 кг/т чугуна). Были проведены также опыты по применению обожженной молотой извести (4,0— 28,8 кг/т чугуна), несколько опытов было проведено с использованием жидкого доменного шлака — верх­ ний основностью 1,09—1,12 в количестве 266—378 кг/т чугуна или нижний основностью 1,05—1,19 (193— 297 кг/т чугуна). Показатели десульфурации пере­ дельного чугуна во вращающемся барабане непрерыв­

ного действия приведены в табл. 4.

Таблица 4

Показатели десульфурации передельного чугуна во вращающемся барабане |76]

ПО об/мин. Концентрация десульфуратора в газе-но­ сителе составляла от 0,006 до 0,035 кг/м3; 80—90% S удалялось в самом барабане и лишь 10—20% — в при­

68

емнике при прохождении чугуна в виде брызг, капель, струй через слой содового шлака. Шлак хорошо от­ делялся от чугуна. Содовые и доменные шлаки в зна­ чительной степени разъедали футеровку барабана,

от ее общего расхода. Коэффициент использования со­ ды— 10—34%. Амортизационные и эксплуатацион­ ные затраты на десульфурацию составляли 13,2 коп/т чугуна. При увеличении длины барабана, а, следова­ тельно, времени пребывания в нем чугуна до 30—50 с можно достигнуть большей эффективности обработки чугуна.

Недостатком такого способа десульфурации чугуна является необходимость вращения больших масс при температуре жидкого чугуна, недостаточная стойкость футеровки, громоздкость оборудования. Несмотря на это в целом итоги эксплуатации установки можно оценить вполне положительно. Многие недостатки можно легко устранить, улучшив конструкцию уста­ новки.

На этом же Енакиевском заводе создана опытно­ промышленная установка, в которой барабан непо­ движен, а металл вращается в нем за счет наложения вращающегося магнитного поля [32]. При времени пребывания чугуна в керамическом желобе установки 15 с, начальном содержании серы в чугуне 0,09—0,11 % и расходе соды 2 кг/т чугуна удалялось 40% серы, содержащейся в чугуне. Скорость десульфурации — 0,75% в секунду, т. е. на порядок выше, чем при элек­ тромагнитном перемешивании металла в ковше. Оп­ тимальная частота тока близка к промышленной, а установочная мощность перемешивающих устройств невелика. Расход электроэнергии — 0,07—0,24 кВт- ч.

На заводе «Азовсталь» освоен в промышленном мас­ штабе метод десульфурации чугуна известью. Для этой

69