Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленные технологии рафинирования доменных чугунов. Учебное пособие
.pdf
51
Таким образом, исследователями и разработчиками однозначно
показано, что карбид кальция является эффективным десульфуратором,
одним из наиболее распространенных и применяемых за рубежом. Основной
вид реагента – порошковый карбидосодержащий материал с патентованной
добавкой, обеспечивающей повышение его обессеривающей способности.
Технология производства таких реагентов сохраняется в секрете фирмамипроизводителями и поставщиками и отсутствует в странах СНГ.
3.4. Десульфурация магнием и магнийсодержащими реагентами
Первой промышленной практикой десульфурации чугуна магнием
являлась обработка чугуна слитковым магнием, в т. ч. с защитной обмазкой,
вводимыми в чугун устройствами с испарителями [2]. Процесс отличался
неустойчивостью, бурным характером и невысоким усвоением магния (около
35%). По этим причинам снижение бурности парообразования магния за счет
разубоживания его инертными материалами (кокс, доломит, и др.) оказалось
обоснованным решением.
В странах СНГ эти работы проводились в основном ДонНИИчерметом
на ряде заводов Кривого Рога, Макеевки и др., где применили
пассивированный магний – брикет, полученный заливкой доломита или кокса
расплавленным магнием. Содержание магния в таком реагенте составляло 45
– 50%. Такие брикеты массой до 16 кг вводили в чугун погружаемым
колоколом с перезарядкой. Применение пассивированного магния улучшило
показатели десульфурации, повысив степень усвоения магния до 47 – 59%. К
недостаткам процесса следует отнести низкую производительность,
ненадежное регулирование испарения магния, невысокое усвоение магния и
трудность глубокой десульфурации чугуна. Данные об использовании
пассивированного магния на Макеевском металлургическом заводе
приведены в таблице 7 [2].
52
Таблица 7
Показатели
Слитковый чистый
Пассивированный
Содержание в
чугуне, % масс.
Si
0,77
0,66
Mn
0,61
0,69
SH 0,047
0,048
SK 0,023
0,024
Расход магния, кг/т
0,400
0,247
Скорость испарения магния, г/с
292
119
Степень усвоения магния, %
47,3
73,5
Степень десульфурации, %
51,4
50,0
Показатели десульфурации чугуна слитковым и пассивированным
магнием на Макеевском металлургическом заводе
Аналогичный материал – магкок, применяли на многих заводах США,
Канады, Японии, Европы. Этот реагент в виде блоков (или контейнеров)
массой 45, 90 и 120 кг представлял собой кокс, пропитанный магнием.
Благодаря более совершенной технологии изготовления (по сравнению с
пассивированным магнием) магкок обеспечивал более устойчивые
результаты десульфурации: усвоение магния от 40 до 60% при снижении
серы вплоть до 0,01%; расход магния на удаленную серу составлял 1,20 – 1,80
кг/кг. Однако отмечается большая длительность процесса обработки – от 8 до
30 – 45 мин (при вводе 2 – 3 контейнеров) и недостаточное перемешивание
чугуна в ковше, поэтому продувка газом повышала на 8% усвоение магния.
Данные, характеризующие применение магкока для десульфурации чугуна на
различных предприятиях, приведены в таблице 8 [2].
Создание и применение магкока и пассивированного магния имело ряд
положительных особенностей, что позволило снизить бурность процесса
обработки и повысить степень усвоения магния. Но вместе с этим процесс
имел и ряд недостатков, которые заключались в основном в высокой цене
53
реагента, низкой производительности процесса, малой степени механизации и
Фирма
Налив в
ковш, т
(средний)
Количество
магкока в
контейнере,
кг
К
МgS
,
%
Удельный
расход
магкока
(магния), кг/т
Содержание
серы в
чугуне, %
Расход
магния
на
0,01%
S,
SH S
K
«Алгома
стил»
153 / 208
45
42
0,91 (0,43)
0,034
0,010
1,8
«Дофаско»
208
55, 90
42
0,80 (0,36)
0,043
0,023
1,8
«Стелко»
–
45
33
– (0,46)
0,030
0,010
2,3
«Рипаблик
стил»
128
90
61
0,71 (0,32)
0,048
0,022
1,28
«Армко
стил»
162
40 – 110
49
0,65 (0,29)
0,027
0,011
1,81
83
40 – 55
43
0,57 (0,26)
0,032
0,011
1,25
208
40
60
0,33 (0,15)
0,032
0,020
1,25
«Лафлин»
–
110
45
1,50 (0,68)
0,050
0,010
1,70
«Италсидер»
–
–
22
1,20 (0,55)
0,022
0,006
3,4
«Сумитомо-
металл»
–
–
38
1,20 (0,55)
0,039
0,012
2,0
управляемости процесса, не очень высоком усвоении магния, трудности
обеспечения глубокой десульфурации (менее 0,005%) чугуна в
промышленных масштабах и др. Указанные и другие причины обусловили то,
что эти процессы были впоследствии заменены более совершенными.
Таблица 8
Показатели процесса десульфурации чугуна магкоком
Накопив большой опыт инжекционной обработки чугуна известью,
карбидом кальция и другими реагентами, в Институте черной металлургии
Украины начали разрабатывать процессы вдувания магния через фурмы с
постоянным или незначительно изменяющимся диаметром канала [2].
Процесс вдувания протекал недостаточно устойчиво ввиду частых забиваний
либо «заметалливания» фурм оплавившимся магнием. Для устранения этого
недостатка применили несколько решений: увеличили диаметр частиц магния
54
до 1,6 – 2,5 мм, осуществили вдувание через фурмы специальной
конструкции, увеличили скорость потока, истекающего из фурмы, и
изменили состав реагентов. Однако ощутимых преимуществ в сравнении,
например, с магкоком не было получено. Процесс обработки протекал очень
неустойчиво. Выполненные расчеты и экспериментальные исследования
показали, что в районе зоны истечения потока из фурмы образуется газожидкостная область с неустойчивыми параметрами, которая влияет на
характер обработки чугуна в ковше, а, соответственно, и на показатели
усвоения магния.
Для устранения этого отрицательного фактора стали применять магний
в смеси с порошковыми наполнителями (обожженная известь, доломит,
высокоактивные шлаки и др.). Продолжением этих экспериментов явилось
создание промышленных установок и освоение десульфурации чугуна в
доменных ковшах вдуванием магний-известковых и магний-доломитных
смесей с 25 – 30 % магния на комбинатах «Азовсталь», им. Ильича и
«Запорожсталь». На этих объектах впервые в мировой практике были решены
вопросы регулируемого вдувания магния в жидкий чугун. Вдувание
высокоактивных смесей Mg, CaO, MgO и CaC2 обеспечивало не только
эффективную десульфурацию чугуна, но и способствовало повышению
сульфидной емкости ковшевых шлаков [2]. По сравнению с предыдущими
способами ввода магния этот способ в большей степени учитывал специфику
процессов, происходящих при вводе магния в чугун. Сопоставляя показатели
десульфурации на различных предприятиях при вдувании магниевых смесей,
можно сделать вывод о том, что степень использования магния зависит от
состава наполнителя и его количества. Если в наполнителе порошковой смеси
содержатся соединения, способные взаимодействовать с магнием, то это
снижает степень усвоения магния и эффект десульфурации.
55
Всесторонний анализ процессов десульфурации чугуна вдуванием
магнийсодержащих реагентов позволил определить кроме достоинств ряд
существенных недостатков, к которым в основном можно отнести:
1) вдувание магния в чугун через фурму с «постоянным» диаметром
канала сопровождается вводом реагента в расплав в «холодном» виде, что
уменьшает время активной его работы, так как часть времени потребуется на
нагрев, плавление и испарение магния;
2) применение наполнителей может не только приводить к
нерациональному расходованию магния (на взаимодействие с компонентами
наполнителя), но и затягивать комплекс тепло - и массообменных процессов в
чугуне, усугубляя указанный выше недостаток;
3) вдувание концентрированных газопорошковых потоков в жидкий
чугун ухудшает условия рационального использования всех составляющих
потока, особенно в его ядре;
4) применение магния в виде порошка сопровождается существенной
опасностью операций, усложняет процессы и оборудование установок.
Для устранения этих недостатков в 1969 – 1971 гг. была выдвинута идея
нового варианта ввода магния в жидкий чугун [2 - 5]. Суть этой идеи состояла
в следующем:
1) вдувание магния через фурму с испарительной камерой на выходе;
2) исключение «балластных» наполнителей во вдуваемом магниевом
реагенте;
3) рассредоточенный подвод магния к поверхности расплава жидкого
чугуна;
4) широкие возможности регулирования типа инжектирующего газа,
его расхода и скорости;
5) увеличение диаметра частиц магния до 1,6 – 2,5 мм.
Этот комплекс научно-технических решений был экспериментально
опробован и с 1972 г. Реализован на установках десульфурации чугуна
56
металлургических комбинатов им. Ильича, «Запорожсталь» и «Азовсталь»
(взамен технологии вдувания порошковых магнийсодержащих смесей), а в
последующем и на других предприятиях. Показатели усвоения магния и
эффективность десульфурации возросли в 1,5 раза и более. Достигнутый
эффект обусловлен обеспечением более благоприятных условий подготовки
магния к растворению в чугуне и реализации механизма «работы» магния
именно через растворение, то есть было найдено основное направление
оптимального решения задачи ввода магния в чугун. По эффективности и
комплексу других показателей процесс не имел равных в мире.
Всесторонний анализ этих разработок вместе с тем показал, что, наряду
с достоинствами процесса, имеется ряд недоработок. Например, не были
должным образом учтены особенности газогидродинамики процесса ввода
магния, параметры инжектирующего газа, его состав и тип, соотношение
величин интенсивности подачи реагента и газа, размеры частиц магния,
глубина ввода магния в чугун, температурные параметры процесса, тепло- и
массообмен в расплаве, в зоне ввода и барботирования ванны, параметры и
условия дозирования реагентов, рациональный режим инжектирования и
ввода двухфазной магнийсодержащей среды в расплав. Недооценивался
также шлаковый режим и влияние атмосферы над расплавом в ковше в
период обработки. Изложенные и другие проблемы позволили сделать вывод
о наличии ряда нерешенных задач и резервов для дальнейшего
совершенствования и развития процесса.
Параллельно с созданием технологии обработки чугуна вдуванием
магния велись научные разработки по получению магниевых реагентов с
требуемым комплексом свойств [2]. На Украине Институтом титана
совместно с ИЧМ был создан гранулированный магний и способ его
получения непосредственно из расплава. Себестоимость этого магния была
такой же, как слиткового. Этот реагент представляет собой хорошо сыпучий
материал с диаметром частиц в основе 0,5 – 1,6 мм и содержанием Mg
акт
>
57
92%, остальное – солевое покрытие частиц. За рубежом основным видом
диспергированного магния в настоящее время является зернистый магний (с
диаметром частиц 0,2 – 0,8 мм), полученный по специальной технологии
фрезерования и обкатки до компактной формы для хорошей текучести
порошка. Содержание Mg
в этом материале не менее 95%.
акт
Появившееся направление в ковшевой обработке стали – ввод ряда
лигатур и материалов в виде проволоки, непрерывно задаваемой в расплав, не
обошло стороной и десульфурацию чугуна магнием [11 – 13]. Простота и
технологичность способа послужила причиной активных попыток применить
этот метод для обработки чугуна.
На Мариупольском металлургическом комбинате им. Ильича при
выплавке трубных сталей 09Г2ФБ, 10Г2ФБ, 13Г1С-у с октября 1996 г. чугун
подвергают обработке порошковой проволокой в отделении десульфурации
чугуна (ОДЧ) доменного цеха [13]. Здесь имеется пять постановочных мест
для одновременной обработки 140-тонных чугуновозных ковшей, которые
оборудованы трайб-аппаратами производства ОАО «Завод «Универсальное
оборудование». Для десульфурации используют порошковую проволоку
диаметром 10 мм с компенсатором, соединенную в замок с наполнением
чистым магнием или его смесью с инертными добавками, например с
обожженным доломитом. Содержание магния в 1 м проволоки колеблется в
пределах от 30 до 40 г; ее вводят в ковш со скоростью 1,5 – 2,2 м/с.
За период с октября 1996 г. по сентябрь 1997 г. было обработано около
300 тыс. т чугуна. По данным комбината, в массовом производстве
обеспечивается стабильность десульфурации на уровне 60 – 68 % (в среднем
– 63,8 %) при удельном расходе магния 0,61 – 0,75 кг/т. Конечное содержание
серы практически в 90% случаев получается ниже 0,010%. При этом в
соответствии с намеченной программой производства особонизкосернистой
стали 09(10)Г2ФБ в 20% обработанных ковшей содержание серы не
превышало 0,003%. В дальнейшем (январь и февраль 1998 г.) при обработке
58
784 ковшей в 87% случаев достигнута степень десульфурации 71,1% при
расходе магния 0,58 кг/т и конечное содержание серы менее 0,010%, в том
числе в 30% ковшей содержалось менее 0,003% серы. Благодаря
стабильности используемой технологии один из миксеров конвертерного цеха
наполнялся только малосернистым чугуном, и в полученной из него стали
серы содержалось не более 0,005%. Температура чугуна при этих обработках
была в пределах от 1280 до 1320оС.
Предпочтение отдавалось обработке проволокой, содержавшей смесь
магния с инертными добавками. Инертные добавки придают жесткость
проволоке, необходимую для ввода ее на большую глубину, и, кроме того,
служат «глубинным» пассиватором магния, дополнительно рассредоточивая
его пузырьки в объеме металла. Процесс десульфурации происходит более
спокойно, без выбросов и пироэффекта. Достигается на 2 – 4% большая
степень десульфурации чугуна, чем в случае использования чистого магния.
На степень десульфурации существенное влияние оказывает и содержание
кремния в чугуне – при одинаковых температурах чугуна он повышает
активность серы. Оптимальное содержание кремния для десульфурации
чугуна в условиях комбината составляет 1,0 – 1,4%. Для повышения
эффективности использования магния в условиях глубокой десульфурации
чугуна в Донецком государственном техническом университете разработан
новый тип порошковой проволоки [11, 15]. Основное его отличие
заключается в отказе от использования для наполнения проволоки
металлического магния и замене его сплавами системы железо-кремниймагний.
Имеющиеся в научно-технической литературе сведения о результате
изучения структуры магниевых лигатур на основе ферросилиция [16, 17]
показывают, что основными фазами в структуре сплавов являются кремний,
лебоит (FeSi2) и силицид магния (Mg2Si). В структуре затвердевшего сплава
кремний и лебоит находятся в виде крупных зерен, размер которых обычно
59
составляет 1 – 8 мм. Между ними находятся мелкие области размером 0,05 –
0,20 мм, имеющие обычно эвтектическое строение, в которых сосредоточено
основное количество находящегося в составе лигатуры магния.
Температура плавления силицида магния составляет 1102оС, что
значительно ниже температур плавления окружающих его лебоита и кремния,
составляющих, соответственно 1220 и 1414оС. Это дает основание полагать,
что растворение силицида магния в чугуне будет протекать быстрее, чем
растворение образующих матрицу сплава более тугоплавких фаз. Поэтому
возникающие в чугуне пузырьки пара магния будут формироваться в
результате растворения каждой из эвтектических областей в отдельности.
Ввиду малого количества магния в каждой из них образующиеся пузыри
должны иметь малые размеры и большую площадь поверхности раздела с
обрабатываемым металлом. Увеличению эффективности использования
магния для удаления серы при вводе лигатуры ФСМг способствует и наличие
повышенного содержания кремния в локальных зонах протекания реакции
десульфурации, так как кремний повышает коэффициент активности серы.
Совместно со специалистами Донецкого ОАО «Завод «Универсальное
оборудование» в отделении десульфурации чугуна комбината им. Ильича
были выполнены опытно-промышленные исследования десульфурации
металла порошковой проволокой диаметром 10 мм, в составе сплава: 17,0%
Mg; 51,5% Si; 2,3% Ca; 0,86% Al; Fe – остальное [18]. Полученные при этом
результаты представлены в таблице 9.
В общем, по 13 обработкам средняя степень десульфурации составила
65,4%, коэффициент использования магния на десульфурацию – 36,2%,
удельный расход магния – 0,247 кг/т. Таким образом, использование для
внепечной десульфурации чугуна порошковой проволоки с кремниймагниевой лигатурой позволяет значительно увеличить эффективность
использования магния. Кроме того, замеры, проведенные на ММК им. Ильича
Институтом экологических технологий Донбасса показали, что по сравнению
60
с порошковой проволокой с магнием мощность пылегазовых выбросов при
Масса
чугуна, т
Содержание серы, %
Расход
магния,
кг/т
Степень
десульфурации,
%
Степень
использования
магния, %
начальное
конечное
120
0,022
0,005
0,242
72,7
50,2
95
0,021
0,003
0,306
85,7
44,7
112
0,020
0,008
0,172
60,0
53,0
85
0,025
0,003
0,454
88,0
36,8
100
0,023
0,009
0,295
60,9
36,1
109,5
0,021
0,004
0,239
80,9
54,0
115,5
0,020
0,009
0,230
55,0
36,3
107
0,019
0,008
0,239
57,9
34,9
110,5
0,010
0,006
0,127
40,0
23,9
113
0,014
0,008
0,187
42,9
24,4
105
0,014
0,009
0,253
35,7
15,0
111
0,014
0,006
0,239
57,1
25,4
113
0,011
0,004
0,235
63,6
22,6
использовании порошковой проволоки с ферросиликомагнием снижается в
7,3 раза [19].
Таблица 9
Результаты опытно-промышленного исследования десульфурации
чугуна кремний-магниевой лигатурой ОАО «Универсальное
оборудование»
усвоения магния [14] при вводе магнийсодержащей проволоки
свидетельствует о значительном разбросе величин, не имеется убедительных
доводов преимуществ этого метода перед инжекционными процессами. В
обосновании можно дополнить то, что обработка чугуна имеет очень
Однако анализ опубликованных показателей десульфурации чугуна и
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]