Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленные технологии рафинирования доменных чугунов. Учебное пособие
.pdf
31
значительными потерями температуры металла. По этой причине в
кислородно-конвертерных цехах возникает необходимость в увеличении доли
жидкого чугуна в металлической шихте и уменьшении доли более дешевого
металлического лома.
Кальцинированная сода (Na2CO3) также является сравнительно
дешевым реагентом. При обработке чугуна содой ковшевые шлаки
обогащаются легкоплавким оксидом натрия, в результате чего резко
уменьшаются их температура плавления и вязкость. Поэтому потери чугуна
со шлаком, который удаляют из ковша после десульфурации, практически
полностью отсутствуют. Термическая диссоциация карбоната натрия
протекает с поглощением большого количества тепла, поэтому
десульфурация чугуна кальцинированной содой сопровождается
значительным понижением температуры металла. В результате
взаимодействия содового шлака с кислой футеровкой чугуновозных ковшей
срок службы ковшей уменьшался почти вдвое. Кроме того, в результате
обогащения ковшевого шлака кремнеземом его основность понижалась, что
приводило к ресульфурации чугуна после обработки.
Карбид кальция (CaC2) является эффективным десульфуратором
чугуна, применение которого в количестве 1,5 – 6 кг/т позволяет понижать
концентрацию серы в металле до 0,005% и менее. Использование карбида
кальция для десульфурации чугуна на металлургических предприятиях стран
СНГ сдерживается тем, что необходимый для использования в
металлургических целях порошкообразный карбид кальция в промышленных
масштабах не производится. Дробление карбида кальция на
металлургических заводах должно выполняться в инертной атмосфере с
использованием оборудования, изготовленного во взрывобезопасном
исполнении, чем обусловлены высокие затраты на подготовку этого реагента.
Магний (Mg) является наиболее дорогостоящим из применяемых в
промышленности десульфураторов. Применение магния позволяет понижать
32
содержание серы в чугуне до 0,002 – 0,005%. При этом расходы магния
обычно не превышают 1 кг/т. Главными недостатками технологии
десульфурации чугуна магнием являются необходимость значительного
недолива подаваемых под обработку ковшей и большое количество
пылегазовых выбросов. Однако образующиеся при такой обработке пыль и
ковшевые шлаки не токсичны и не требуют специальных способов очистки и
переработки.
В связи с высокой стоимостью магния в последние годы
металлургические предприятия отказываются от десульфурации металла в
чугуновозных ковшах и выполняют эту операцию в крупных заливочных
ковшах сталеплавильных цехов.
Среди главных причин, которые позволяют существенно сократить
расход магния при обработке чугуна в крупных заливочных ковшах, можно
выделить следующие:
1) переход к десульфурации чугуна в крупных заливочных ковшах
позволяет увеличить глубину ввода магния в металл до 4 м и более;
2) в заливочных ковшах десульфурация чугуна проводится при
минимально возможной температуре;
3) появляется возможность регулирования необходимой глубины
десульфурации для каждой плавки.
Организацию работ по десульфурации чугуна в крупных заливочных
ковшах можно рассмотреть на примере кислородно-конвертерного цеха
(ККЦ) ОАО «Алчевский металлургический комбинат». Это предприятие
первым из металлургических заводов Украины освоило технологию
десульфурации чугуна продувкой смесью гранулированного магния и
порошкообразной флюидизированной извести в 300-тонных заливочных
ковшах ККЦ с использованием оборудования, изготовленного по лицензии
фирмы «Polysius AG» (Германия). В основном здании ККЦ установлены два
300-тонных конвертера комбинированного дутья. Вблизи конвертеров
33
расположены два отделения десульфурации производительностью по 3 млн.
т/год. В состав каждого из отделений десульфурации входят две камеры
десульфурации и скачивания шлака и собственное отделение перелива
чугуна. Организация работ по десульфурации чугуна в ККЦ поясняется
схемой на рисунке 17.
Рис. 17. Схема организации работ по десульфурации чугуна в ККЦ ОАО
«Алчевский металлургический комбинат»:
1 – миксерный чугуновозный ковш; 2 – самоходный чугуновоз;
3 – заливочный ковш; 4 – транспортировка ковша краном в камеру
десульфурации; 5 – шлаковая чаша на стенде; 6 – кантовательный стенд
заливочного ковша; 7 – машина скачивания шлака; 8 – платформа-крышка
камеры десульфурации с патрубком для отвода отходящих газов; 9 – фурма-
зонд; 10 – фурма для вдувания реагентов в чугун; 11 – трубопровод подачи
азота для донной продувки; 12 – камера десульфурации;
13 – пневмокамерный насос для вдувания десульфураторов в чугун;
14 – суточный бункер запаса десульфураторов; 15 – промежуточный
пневмокамерный насос-транспортер; 16 – бункер запаса десульфураторов;
17 – автоцистерна
34
Гранулированный магний и порошкообразную известь в специальных
автоцистернах доставляют на разгрузочную станцию расположенного в
отдельном здании отделения хранения материалов и пневмотранспортом
перегружают в бункеры запаса емкостью 100 м3, один из которых
предназначен для хранения магния, а два других – извести.
В качестве транспортирующего газа при перегрузке и инжектировании
реагентов в металл используется азот под давлением не менее 10 бар (1 МПа).
В аварийных ситуациях предусмотрена возможность использования в
качестве транспортирующего газа аргона. Бункеры запаса оборудованы
датчиками уровня материалов и весовым табло для контроля массы
материалов в бункере. Во избежание подсосов воздуха в бункерах запаса
постоянно поддерживают избыточное давление 2 – 5 мбар (200 – 500 Па).
Бункер запаса гранулированного магния дополнительно оборудован датчиком
для определения содержания кислорода в атмосфере и термопарой. При
увеличении содержания кислорода в атмосфере бункера запаса магния до
1,0% и температуры до 150оС проводится очистительная продувка бункера
азотом. Из бункеров запаса материалы самотеком поступают в три
промежуточных пневмокамерных насоса-транспортера емкостью 1 м3,
каждый из которых соединен с одним из бункеров запаса и предназначен для
передачи реагентов в один из суточных бункеров запаса «Северного» и
«Южного» отделений десульфурации. В каждом из отделений десульфурации
имеются три суточных бункера запаса емкостью 10 м3, один из которых
предназначен для гранулированного магния, а два других – для
порошкообразной извести. Сброс давления и удаление запыленного азота из
суточных бункеров запаса проводится через тканевые фильтры и
предохранительный клапан для поддержания постоянного избыточного
давления 2 – 5 мбар. Из суточных бункеров запаса десульфураторы
самотеком поступают в пневмокамерный насос для вдувания в чугун
гранулированного магния емкостью 1 м3 и два пневмокамерных насоса для
35
вдувания порошкообразной извести емкостью 2 м3. Емкость насосов
достаточна для обработки одного ковша с чугуном без промежуточной
дозагрузки. Из этих насосов гранулированный магний и порошкообразная
флюидизированная известь поступают в пневмотрассу, где происходит их
смешивание, после чего реагенты вдуваются в металл в массовом
соотношении 1:3.
На рисунке 18 представлены результаты промышленных исследований
эффективности использования магния для десульфурации чугуна в 300тонных заливочных ковшах ККЦ, выполненных в 2009 г.
Рис. 18. Результаты промышленных исследований десульфурации чугуна в
300-тонных заливочных ковшах:
а – первое полугодие 2009 г.; б – второе полугодие 2009 г.
36
В первом полугодии 2009 г. были проконтролированы результаты
обработки 944 ковшей, масса чугуна в которых изменялась в пределах 228 –
304 т, в среднем составляя 262 т. Температура обрабатываемого чугуна
изменялась в пределах 1259 – 1453
о
С. Концентрация серы в чугуне до
обработки находилась в пределах 0,009 – 0,155%, после десульфурации –
0,001 – 0,043%. При этом удельный расход магния составлял 0,054 –
1,44 кг/т чугуна. Во втором полугодии 2009 г. проконтролированы
результаты обработки 940 ковшей, масса чугуна в которых изменялась в
пределах 242 – 299 т, в среднем составляя 275 т (рис. 19).
Рис. 19. Чугуновозный ковш на железнодорожном лафете (слева) и состав из
12 пустых ковшей
Температура обрабатываемого чугуна изменялась в пределах 1350 –
о
1430
С. Концентрация серы в чугуне до обработки находилась в пределах
0,010 – 0,106%, после десульфурации – 0,002 – 0,047%. Удельный расход
магния составлял 0,19 – 0,81 кг/т чугуна.
Статистическая обработка данных на рис. 18, а показала, что
зависимость степени использования магния для десульфурации чугуна от
концентрации серы в металле может быть описана уравнением:
(1)
37
При найденных значениях коэффициентов в корреляционном
уравнении (1) величина коэффициента корреляции R = 0,729. Обработка
данных на рис. 18, б показала, что они могут быть описаны аналогичным
уравнением вида:
(2)
Результаты вычислений по уравнениям (1) и (2) существенно
различаются в области значений [ ] менее 0,010%, что обусловлено малым
количеством плавок в этом диапазоне значений [ ] в массиве
экспериментальных данных, приведенном на рис. 18, б. При более высоких
значениях [ ] результаты расчетов по уравнениям (1) и (2) с достаточной для
практических целей точностью совпадают. Это позволяет считать
установленные зависимости достоверными и использовать их для оценки
удельного расхода магния на десульфурацию чугуна.
ОДЧ ККЦ ОАО «Алчевский металлургический комбинат» было
спроектировано для десульфурации чугуна от исходного содержания серы
0,020 – 0,030% до конечного – 0,005%, что соответствует значениям [ ] =
0,011 – 0,014%. Сравнение данных на рис. 18 с результатами расчетов по
уравнению (2) показывает, что в результате перехода к обработке металла в
300-тонном заливочном ковше степень использования магния на
десульфурацию чугуна в указанном диапазоне значений [ ] увеличивается в
1,3 – 1,4 раза.
В таблице 6 приведены сведения о нормах расхода гранулированного
магния на десульфурацию металла, рекомендованных технологической
инструкцией по десульфурации чугуна в ОДЧ ККЦ ОАО «Алчевский
металлургический комбинат».
Таким образом, рассмотренная выше технология обработки чугуна
смесью магния и флюодизированной известью инжекционной продувкой в
большегрузных ковшах непосредственно в отделении конвертерного цеха не
только эффективна по показателям, но и с успехом применяется на ковшах
38
меньшей емкости в условиях комбинатов РФ (например, КЦ-1 ОАО
Расход магния, кг/т
Содержание серы в чугуне, % масс.
до обработки
после обработки
0,38
0,020
н.б. 0,005
0,40
0,022
0,42
0,024
0,44
0,026
0,46
0,028
0,48
0,030
«НЛМК»).
Таблица 6
Нормы расхода гранулированного магния на десульфурацию чугуна в
300-тонном заливочном ковше
Далее в главах 3 и 4 будут рассмотрены основные свойства материалов
для десульфурации чугуна в ковше, получившие в разное время
промышленное применение, а также более подробно процесс обработки
жидкого чугуна в условиях КЦ-1 ОАО «НЛМК».
39
3. Анализ существующих технологий внепечной десульфурации
передельного чугуна
В настоящее время существует большое количество научно-
практических разработок, опытно-промышленных и промышленных
вариантов по десульфурации передельного жидкого чугуна. В зависимости от
состава реагента и особенностей технологических решений к ним можно
отнести:
1) вдувание порошковой извести и известьсодержащих материалов;
2) вдувание кальцинированной соды;
3) вдувание порошкового карбида кальция и его смесей;
4) вдувание магния без добавок и наполнителей через фурму с
«постоянным» диаметром канала;
5) вдувание диспергированного магния через фурму с расширительной
камерой-испарителем;
6) вдувание порошковых магнийсодержащих смесей;
7) ввод магния и магнийсодержащих композиций в виде кусков и
порошковой проволоки.
Далее представлено более подробное описание каждого способа
десульфурации.
3.1. Десульфурация известью и твердыми смесями на её основе
Обработка чугуна вдуванием порошковой извести и композиций на ее
основе относится к наиболее распространенным ранее и применяющимся в
настоящее время процессам десульфурации чугуна. Относительная
распространенность и небольшие затраты при получении известьсодержащих
реагентов не снижают пока внимания к ее использованию. Реакция
взаимодействия оксида кальция с серой расплава протекает согласно формуле
[3]:
40
CaO
+ [S] + n·B = CaS
тв.
+ BnO, (3)
тв.
где В – восстановитель, связывающий освобождающийся кислород
оксида кальция.
В качестве восстановителя в реакции (3) могут участвовать углерод,
кремний, марганец и другие компоненты чугуна. Предпочтение в условиях
обработки чугуна в ковшах, при которой температура расплава не превышает
1400оС, отдается кремнию. В этих условиях реакция десульфурации чугуна
оксидом кальция может быть выражена уравнениями:
CaOтв + [S] + ½[Si] = CaSтв + ½SiO2, (4)
2CaOтв + [S] + ½[Si] = CaSтв + ½(2СaO·SiO2). (5)
Термодинамический расчет показывает, что при обычных температурах
чугуна в ковше наиболее вероятна реакция (2.3) с образованием силиката
кальция, температура плавления которого 1420оС. Равновесное содержание
серы по этой реакции составляет 2,6·10–6% [2]. Образующийся силикат
кальция обволакивает частицы извести, препятствуя ее эффективному
использованию. Стремлением устранить этот недостаток обусловлены
предложения ввести в известь добавки алюминия или магния [10], которые
должны взаимодействовать не только с силикатами кальция, разлагая их, но и
участвовать в реакции:
CaO + [S] + ⅔ Al = CaS + ⅓ Al2O3, (6)
СaO + [S] +Mg = CaS + MgO. (7)
Содержание магния и алюминия во вдуваемых смесях изменяется в
широких пределах – от 5% и выше. Однако полученные результаты
десульфурации чугуна и степень усвоения реагентов нельзя назвать
однозначными. Одни исследователи отмечают положительный эффект ввода
алюминия или магния при их расходах около 0,2 – 0,4 кг/т чугуна. В то же
время ряд других исследований [2] свидетельствуют о том, что при
концентрации порошка в газе 35 кг/м3 и выше добавка алминия в количестве
до 1 кг/т чугуна (до 6% в смеси) не оказала влияния на эффект
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]