Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленные технологии рафинирования доменных чугунов. Учебное пособие
.pdf
21
участием твердых окислителей, содержащих FeO и Fe2O3 - эндотермические)
при этом могут наблюдаться отклонения в параметрах обработки «от ковша к
ковшу», поступающих из доменного цеха.
Поэтому выбор метода рафинирования доменного чугуна на
конкретном производстве с учетом его специфических условий всегда
является сложной, многофакторной задачей, к решению которой
подключаются все службы комбината: от технологической и
производственной до экологической и службы качества (меняется характер и
порядок отбора и анализа проб чугуна).
2.1. Придоменное комплексное рафинирование чугунов
Считается, что промышленные процессы комплексного рафинирования
чугуна можно разделить также на две группы. К первой из них относятся
процессы непрерывного рафинирования, в которых все операции внепечной
обработки чугуна выполняются в реакционных желобах на литейных дворах
доменных печей. Ко второй группе относятся процессы, в которых все
операции рафинирования выполняются в чугуновозных ковшах. К этой же
группе большинство авторов относит процессы, включающие в себя
предварительную десиликонизацию (обескремнивание – уст.) в реакционных
желобах, после чего непосредственно в чугуновозных ковшах проводят
дополнительно десиликонизацию, дефосфорацию и десульфурацию
(обессеривание – уст.) металла.
Следует отметить, что особые условия работы на предприятиях черной
металлургии в Японии (главным образом почти полное отсутствие
собственных ресурсов сырья) предопределили ситуацию, в результате
которой методы внедоменной обработки чугуна успешно развивались и в
широких масштабах внедрялись именно в этой стране. Примером процессов
первой группы может служить технология внепечной обработки чугуна на
22
одной из доменных печей завода в г. Касима (Япония), принципиальная схема
которой показана на рис. 13.
Из доменной печи 1 чугун поступает в главный желоб 2, где при
помощи шлакоотделителя 3 доменный шлак отсекают от металла и по желобу
4 удаляют в шлаковые чаши. За шлакоотделителем расположены фурмы 5,
предназначенные для вдувания в расплав реагентов для удаления кремния
чугуна. Образовавшийся при десиликонизации шлак отделяют от металла с
помощью шлакоотделителя и направляют в шлаковые чаши по желобу 6.
Реагенты для дефосфорации и десульфурации чугуна вдувают в расплав через
расположенные за шлакоотделителем фурмы 7. Образовавшийся при
рафинировании шлак также отделяют от чугуна при помощи
шлакоотделителя и по желобу 8 направляют в шлаковые чаши, после чего
металл поступает в чугуновозный ковш 10.
Рис. 13. Схема комплексного рафинирования чугуна на литейном дворе
доменной печи:
1 – доменная печь; 2 – главный желоб; 3 – шлакоотделитель; 4 – желоб для
слива доменного шлака; 5 – фурмы подачи реагентов для десиликонизации
чугуна; 6 – желоб для слива шлака после десиликонизации; 7 – фурмы подачи
реагентов для дефосфорации и десульфурации чугуна;
8 – желоб для слива шлака после рафинирования; 9 – стопор;
10 – чугуновозный ковш
23
Для десиликонизации чугуна используют смесь из материалов,
содержащих оксиды железа (80% - железорудный концентрат,
агломерационная пыль, прокатная окалина и пр.), и 20% извести. Ввод
извести в состав смеси позволяет повысить активность оксидов железа и
уменьшить активность кремнезема в образующемся шлаке. При расходе
смеси до 40 кг/т содержание кремния в чугуне понижается в среднем с 0,4 до
0,15%. Наиболее высокие показатели десульфурации и дефосфорации чугуна
достигнуты при использовании смеси, содержащей 40 – 50% материалов,
содержащих оксиды железа, 40 – 50% извести и 10% плавикового шпата, в
количестве от 60 до 75 кг/т. В качестве транспортирующего газа при
вдувании порошкообразных реагентов используется кислород, расход
которого обычно составляет около 5 м3/т чугуна [20-21]. Температура чугуна
понижается на 60 - 80оС.
Промышленным примером процессов второй группы может служить
технология рафинирования чугуна в 150-тонных ковшах миксерного типа на
заводе в г. Вакаяма (Япония). Доменные печи этого предприятия выплавляют
чугун, содержащий в среднем: 0,35% Si, 0,10% P и 0,020% S.
Предварительное удаление кремния до содержания менее 0,15%
проводят на желобе доменной печи смесью порошков материалов,
содержащих оксиды железа, и известняка. Образовавшийся при этом шлак
вместе с металлом поступает в чугуновозный ковш.
По окончанию выпуска ковш транспортируют в отделение
дефосфорации, где с помощью вакуумного насоса производительностью
около 300 кг/мин из ковша удаляют шлак с высоким содержанием
кремнезема. Для последующего рафинирования чугун продувают смесью из
20 – 40% извести, 5 – 25% известняка, 47% материалов, содержащих оксиды
железа, и 8% плавикового шпата, после чего повторно удаляют ковшевой
шлак. После такой обработки чугун обычно содержит до 0,025% P и не более
0,010% S. При этом температура чугуна составляет 1280 – 1350оС.
24
Опыт освоения непрерывной комплексной обработки чугуна на желобе
доменной печи показал, что при ее использовании, в сравнении с
традиционными методами обработки в чугуновозных ковшах, существенно
снижаются капитальные затраты, а температура чугуна после непрерывного
рафинирования выше в среднем на 100оС.
Общим недостатком описанных выше технологий обработки первой и
второй группы является необходимость использования рафинирующих
смесей сложного состава при достаточно высоком расходе на тонну чугуна
(до 100 кг/т чугуна и более).
В ходе поиска шлаков, обладающих более высокими значениями
сульфидной и фосфатной емкости, была доказана целесообразность
использования для обработки чугуна кальцинированной соды [22-23].
Примером процесса, основанного на комплексном рафинировании
чугуна с использованием кальцинированной соды, также может служить
технология обработки металла в 400-тонных ковшах миксерного типа на
металлургическом предприятии в г. Касима.
Предварительное удаление кремния чугуна ведут на желобе доменной
печи при помощи окислительных смесей на основе оксидов железа и
марганца. Образовавшийся при этом шлак вместе с расплавом поступает в
чугуновозный ковш. После наполнения ковш транспортируют в отделение
дефосфорации, где и проводят окончательную десиликонизацию чугуна. С
этой целью используют дробленый конвертерный шлак, который вдувают в
потоке азота с расходом до 400 кг/мин. Образовавшийся шлак удаляют из
ковша при помощи вакуумного насоса производительностью до 600 кг/мин.
Дальнейшее рафинирование ведут путем вдувания в чугун карбоната натрия в
потоке азота, после чего образовавшийся шлак также удаляют из ковша.
Сведения об изменении химического состава чугуна на различных этапах
обработки представлены в таблице 4.
25
При расходе кальцинированной соды до 20 кг/т степень дефосфорации
Наименование
операции
Химический состав чугуна, % масс.
C
Si
Mn S P
Выпуск из
доменной печи
4,60
0,50
0,30
0,040
0,100
После
десиликонизации:
- на желобе печи
- в ковше
миксерного типа
4,50
4,30
0,30
0,03
0,32
0,25
0,035
0,040
0,100
0,100
После
дефосфорации в
ковше
4,10
0,01
0,28
0,002
0,010
и десульфурации чугуна достигает 90%. Температура чугуна по окончанию
комплексного рафинирования составляет от 1210 до 1220оС, что, однако мало
приемлемо для условий конвертерного производства с долей стального лома
в шихте порядка 22 - 18% (например, КЦ-1, КЦ-2 ОАО «НЛМК»), особенно с
учетом снижения «химического теплосодержания» расплава (кремний
является основным «поставщиком» тепловой энергии в первые минуты
продувки, так как химическая реакция окисления Si до SiO2 газообразным
кислородом протекает с выделением тепла - экзотермический процесс).
Таблица 4
Сведения об изменении состава чугуна при комплексном рафинировании
важный недостаток, заключающийся в том, что шлаки с высоким
содержанием оксида натрия требуют специальных способов переработки.
Технология переработки таких шлаков обычно включает следующие
основные операции:
и величине pH 9 – 12;
Кроме того, у представленной выше технологии имеется еще один
1) измельчение и фракционирование шлака;
2) выщелачивание промывочной жидкостью при температуре 55 – 75оС
26
3) продувку полученной суспензии углекислым газом;
4) разделение осадка и фильтрата,
5) осаждение выпариванием из фильтрата карбоната натрия.
Необходимо понимать, что каждая из операций требует
значительных трудовых и финансовых затрат и высокой квалификации
персонала цеха (отделения) переработки шлаков комбината.
Далее на рисунке 14 представлена принципиальная схема технологии
десиликонизации чугуна на литейном дворе, реализованная на доменной
печи №3 завода «Kashima Steel Works» (Япония).
Рис. 14. Схема десиликонизации чугуна на литейном дворе доменной печи:
1 – главный желоб; 2 – шлакоотделитель; 3 – защитный кожух;
4 – качающийся желоб; 5 – чугуновозный ковш; 6 – машина скачивания
шлака; 7 – шлаковая чаша
Сущность технологии. На главном желобе доменной печи 1 при
помощи шлакоотделителя 2 от чугуна отделяют печной шлак, который по
желобу направляют в шлаковые чаши. На поверхность чугуна за
шлакоотделителем в потоке транспортирующего газа подают
десиликонизирующие реагенты, которые взаимодействуют с расплавом по
ходу его движения, а также при переливах чугуна в качающийся желоб 4 и в
27
чугуновозный ковш 5. Образовавшийся шлак вместе с чугуном поступает в
чугуновозный ковш, из которого по окончанию выпуска ковшевой шлак
удаляют в шлаковые чаши 7 при помощи машины скачивания шлака
скребкового типа 6.
Результаты исследования влияния удельного расхода реагентов на
изменение химического состава чугуна показаны на рисунке 15 и таблице 5.
Анализ результатов показывает, что эффективность десиликонизации чугуна
при обработке окислительными флюсами на желобе доменной печи и при
инжекционной обработке в чугуновозных ковшах миксерного типа
существенно не отличается.
Рис. 15. Влияние удельного расхода десиликонизатора на изменение
химического состава чугуна. Условные обозначения соответствуют номерам
флюсов: ОЖ – окисление на желобе печи, ИМК – инжекция в ковшах
миксерного типа
28
Таблица 5
Тип
флюса
Химический состав флюса, %
Размер
частиц,
мм
Способ
подачи
флюса
Fe2O
3
FeO
CaO
SiO
2 Al2O3
TiO
2
1
39,9
22,7
19,1
3,1
3,1
6,14
1
ОЖ
2
12,7
62,0
18,6
1,5
0,4
Сл.
1
ОЖ
3
77,7
0,1
18,0
5,8
0,6
0,05
1
ОЖ
4
59,0
1,1
19,8
7,0
1,9
0,40
0,1
ИМК
Расход десиликонизатора, кг/т
Десиликонизация чугуна сопровождается окислением значительного
количества марганца, при этом содержание углерода в металле существенно
не меняется. Десиликонизация с использованием флюсов, содержащих оксид
кальция, в большинстве случаев сопровождается заметной дефосфорацией
чугуна.
Ниже на рисунке 16 представлены результаты исследования
зависимости изменения температуры чугуна от удельного расхода и способа
подачи десиликонизатора.
Рис. 16. Влияние удельного расхода и способа подачи десиликонизатора на
изменение температуры чугуна:
1, 2 – обработка на желобе доменной печи; 3 – инжекционная обработка в
чугуновозных ковшах миксерного типа
29
Легко заметить, что при непрерывной десиликонизации на желобе
доменной печи изменение температуры металла минимально и мало зависит
от удельного расхода флюса. При инжекционной десиликонизации чугуна в
ковшах миксерного типа по мере роста удельного расхода флюса потери
температуры чугуна значительно увеличиваются: на 10 кг – около 150С.
Этот факт необходимо учитывать при разработке сквозной технологии
производства стали из чугуна прошедшего внепечную обработку, особенно в
условиях конвертерных цехов.
Один из вариантов современной прогрессивной технологии
производства стали, освоенный на ряде заводов стран СНГ (например
Украины), включает обработку чугуна порошками на выпуске из доменной
печи для снижения содержания кремния до уровня 0,1 - 0,2%, продувку
различными порошкообразными смесями обескремненного чугуна в
конвертере для удаления фосфора (до 0,009%) и серы (до 0,006%), продувку в
другом конвертере для дальнейшего снижения содержания фосфора (до
0,002%) и обезуглероживания и последующую внепечную обработку
различными методами. Сталь, полученная по этой технологии, содержит
минимальное количество нежелательных примесей и имеет высокое качество,
наравне со сталью, выплавленной из металлизированного полупродукта.
В РФ наибольшее распространение получила технология производства
стали, основанная на внедоменной десульфурации чугуна в чугуновозных
ковшах, комбинированной продувке, обработке расплава синтетическими
жидкими шлаками или твердыми шлакообразующими смесями с
последующей доводкой температуры и состава в стальковше (на установке
доводки металла – УДМ, или агрегате «печь-ковш» - АПК), обязательным
вакуумированием (обычно, в RH - вакууматорах) и последующей 100%
непрерывной разливкой. Полученная таким образом сталь соответствует не
только требованиям отечественных государственных стандартов, но и их
30
зарубежным аналогам (EN, IF, DIN и т.п. – ОАО «Северсталь»,
ОАО «НЛМК» и другие комбинаты).
2.2. Внедоменная обработка чугуна в чугуновозных ковшах
Наличие на крупных металлургических предприятиях отделений
внедоменной десульфурации чугуна (ОДЧ) позволяет решать следующие
задачи:
1) десульфурация товарного чугуна;
2) глубокая десульфурация передельного чугуна для выплавки
низкосернистых марок стали;
3) устранение периодического повышения содержания серы в чугуне
при устойчивой работе доменных печей, а также последствий нарушений
хода печей, промывок и др.;
4) десульфурация всего количества выплавленного чугуна при работе
доменных печей на шлаках пониженной основности с целью снижения
расхода кокса.
Из большого количества реагентов, которые могут применяться для
внедоменной десульфурации чугуна, в промышленных масштабах в разное
время использовали порошкообразную известь, кальцинированную соду,
карбид кальция и различные виды магниевых реагентов.
Применение каждого из этих десульфураторов имеет свои
особенности.
Известь (CaO) является наиболее дешевым реагентом, который до
настоящего времени доступен в практически неограниченных количествах.
Главным недостатком извести является высокий ее расход на обработку,
который в зависимости от качества извести и необходимой глубины
десульфурации металла может достигать 10 – 15 кг/т чугуна. Десульфурация
чугуна продувкой порошкообразной известью сопровождается также
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]