Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленные технологии рафинирования доменных чугунов. Учебное пособие
.pdf
71
y = 0,4493x + 69,584
R2 = 0,0117
49,0
54,0
59,0
64,0
69,0
74,0
79,0
84,0
89,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 10,5
Время продувки, мин
ηs, %
y = 5,1551x2 - 38,856x + 140,69
R2 = 0,2247
49,0
54,0
59,0
64,0
69,0
74,0
79,0
84,0
89,0
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00
q
Mg
. %
ηs, %
Рис. 28. Зависимость степени десульфурации от времени продувки
Зависимость степени десульфурации чугуна от температуры и времени
продувки представлено на рисунках 29 и 30. Установлено, что наибольшее
влияние оказывает расход магния, при этом увеличение расхода извести
приводит к незначительному отрицательному тренду степени десульфурации.
Рис. 29. Зависимость степени десульфурации от расхода магния
72
y = -0,1441x2 + 4,8485x + 32,715
R2 = 0,0666
49,0
54,0
59,0
64,0
69,0
74,0
79,0
84,0
89,0
8,00 9,50 11,00 12,50 14,00 15,50 17,00 18,50 20,00 21,50 23,00
q
CaO
. %
ηs, %
Рис. 30. Зависимость степени десульфурации от расхода извести
τ
пр.,
мин.
Т
нач,
0
C
q
CaO
,%
qMg,%
CaO/Mg,
кг/кг
ηs, %
τ
пр.,
мин.
1
Т
нач,
0
C
0,281841929
1
q
CaO
,%
0,085140296
-
0,001214595
1
qMg,%
-
0,079289131
-
0,214580836
0,635894444
1
CaO/Mg,
кг/кг
0,00796923
0,013036785
0,215331877
0,043743166
1
ηs, %
0,108112667
-
0,028199342
-
0,011212641
0,358614646
-
0,142319591
1
Это, вероятнее всего, связано с протеканием реакций, уменьшающих
эффективную концентрацию магния в реакционной зоне:
Mg + CaCO3 = MgO + CaO + CO, (12)
Mg + Ca(OH)2 = MgO + CaO + H2, (13)
Mg + H2O = MgO +H2, (14)
Mg + CO2 = MgO + CO. (15)
Корреляционная матрица параметров представлена в таблице 11.
Корреляционная матрица параметров процесса
Таблица 11
73
Согласно матрице температура чугуна и расход извести также
Параметры
Коэффициенты
Стандартная
ошибка
t-статистика
P-Значение
Переменная X1
-0,436248831
0,687506353
-0,63453789
0,529254877
Переменная X2
17,35111556
2,572243544
6,745518168
3,77349E-08
Параметры
Коэффициенты
Стандартная
ошибка
t-статистика
P-Значение
Переменная X 1
0,373572297
0,655065517
0,570282342
0,571598412
Переменная X 2
0,051052602
0,003097408
16,48236097
1,08334E-19
оказывают слабое отрицательное воздействие на степень десульфурации.
Наибольшее положительное влияние оказывает расход магния и время
продувки. Это подтверждается полученными уравнениями регрессии:
ηs = -0,436q
Статистические характеристики параметров уравнения представлены в
таблице 12.
Статистические характеристики параметров уравнения
Уравнение регрессии для температуры чугуна и времени продувки
имеет вид:
ηs = 0,374τ
+ 17,351qMg, R2 = 0,99 (16)
CaO
Таблица 12
+ 0,051Т
пр.
, R2 = 0,98. (17)
нач
Статистические характеристики параметров уравнения представлены в
таблице 13.
Статистические характеристики параметров уравнения
Графики остатков по переменным X1 и X2 представлены на рисунке 31.
Таблица 13
74
Переменная X 1 График остатков
-30
-20
-10
0
10
20
0 2 4 6 8 10 12
Переменная X 1
Остатки
Переменная X 2 График остатков
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
1340 1350 1360 1370 1380 1390 1400
Переменная X 2
Остатки
Рис. 31. Графики остатков по переменным X1 и X2
Разумеется, что удаление из уравнения регрессии свободного члена
нарушает принцип Маркова, однако, нам необходимо было выяснить, на
сколько «тесная» технологическая связь может возникать между
показателем процесса (степень десульфурации) и его важнейшими
параметрами: расходы извести и магния, температура чугуна и
длительность продувки. Подобное исключение свободного члена уравнения с
позиции оценки функциональной связи вышеуказанных переменных в строго
заданных инструкцией условиях обработки чугуна, как нам представляется,
является допустимым.
По результатам анализа промышленных данных процесса
десульфурации чугуна в заливочных ковшах на УДЧ КЦ-1 можно сделать
следующие выводы:
1. Главным параметром обработки является расход магния на тонну
чугуна: при его увеличении с 4,5 до 4,8% (кг/10 т) степень десульфурации
повышается на 5%.
2. Важным параметром обработки, задающим расход магния и извести
на обработку, является время продувки: при соблюдении технологии, когда
время продувки составляет от 8 до 10 минут, степень десульфурации
составляет не менее 77%.
75
3. Установлено, что увеличение расхода извести при увеличении
расхода магния и соотношении CaO/Mg от 2,8 до 3,0 приводит к уменьшению
степени десульфурации, что вероятно связано с протеканием реакций
окисления магния продуктами разложения пустой породы извести и парами
влаги, содержащимися в ней.
4. Роль температуры чугуна перед обработкой остается до конца не
выясненной: с одной стороны наблюдается слабый отрицательный тренд,
подтвержденный корреляционной матрицей, степени десульфурации при
увеличении температуры, с другой – в уравнения регрессии этот температура
входит со знаком плюс. Вероятнее всего, это не связано с термодинамикой
процесса десульфурации магнием, а объясняется сторонними
технологическими факторами процесса, не учтенными в исходной базе
данных, но тесно коррелирующими с температурой чугуна в заливочном
ковше, что требует дополнительных исследований в производственных
условиях.
Таким образом, можно сформулировать следующие основные выводы по
результатам анализа различных процессов десульфурации доменных
передельных чугунов:
1. Анализ тенденций развития металлургии в последние годы показал,
что важнейшими задачами в настоящий момент являются: обеспечение
экономичного производства широкого сортамента конкурентоспособных и
высококачественных марок стали, снижение энергетических и материальных
затрат производства и потребления металла, улучшение экологии.
Неотъемлемым условием получения высококачественных марок стали
является снижение содержания вредных примесей до минимально
возможного уровня. Поэтому требования конвертерного передела по
обеспечению чугуном с содержанием серы менее 0,005% приобретают все
более массовый характер. Анализ процессов десульфурации на всех стадиях
металлургического производства доказывает целесообразность реализации
76
внепечной десульфурации чугуна, которая позволяет упростить и удешевить
технологию аглодоменного и конвертерного производств. В условиях
ОАО «НЛМК», когда доля экспорта сталеплавильной продукции превышает
90%, поставлены задачи по расширению выпуска комбинатом
высококачественной конкурентоспособной металлопродукции. Актуальность
и необходимость решения проблемы внедоменной десульфурации чугуна на
качественно новом уровне все возрастает.
2. Наибольшее распространение для десульфурации чугуна получили
реагенты на основе извести, кальцинированной соды, карбида кальция и
магния. Применение немагниевых реагентов позволяет снижать содержание
серы в чугуне до 0,005 – 0,010% (при вдувании карбида кальция – до 0,003%)
при удельных расходах реагентов 4-10 кг/т чугуна. Вместе с тем анализ
промышленных данных показал, что немагниевым процессам десульфурации
присущи некоторые недостатки. К основным из них относятся: значительные
(более 4 кг/т чугуна) удельные расходы реагентов, большие потери металла
со шлаком (особенно при вдувании извести и карбида кальция), ощутимое
(более 20оС) снижение температуры чугуна (особенно при вдувании соды или
извести), удовлетворительные показатели десульфурации достигаются только
при обработке больших (более 150 т) масс чугуна в ковшах, нижний предел
содержания серы в чугуне после десульфурации ограничен, и практически
находится на уровне 0,005 – 0,010% (за исключением карбида кальция),
несмотря на сравнительно невысокие цены применяемых реагентов (особенно
извести), себестоимость процесса обессеривания достаточно высока. По
вышеперечисленным причинам более перспективными представляются
процессы внепечной десульфурации чугуна магнийсодержащими реагентами,
позволяющие варьировать глубиной десульфурации и уменьшить содержание
серы вплоть до 0,001%.
3. Общим для всего многообразия вариантов технологий
десульфурации чугуна магниевыми реагентами является то, что магний, имея
77
низкую температуру кипения, при температуре чугуна находится, в основном,
в парообразном состоянии. Образующиеся при вводе в чугун твердого магния
пузыри парообразного магния всплывают в жидкой ванне, при этом
происходит процесс взаимодействия магния с серой. Процесс десульфурации
чугуна магнием принципиально может протекать либо по механизму
растворения магния в чугуне и последующего гомогенного взаимодействия
растворенных в чугуне серы и магния, либо по механизму гетерогенного
взаимодействия на поверхности всплывающего пузыря парообразного магния
и растворенной в чугуне серы. Присутствие в магниевом реагенте различных
добавок, способных взаимодействовать с магнием, ухудшает показатели
процесса и ведет к потерям магния. В качестве газа-носителя при вдувании
магния используют воздух, азот, аргон и природный газ. При использовании
воздуха и азота часть магния теряется на образование оксидов и нитридов, но
эти газы дешевле природного и аргона, поэтому целесообразность их
применения должна определяться исходя из экономических и
технологических соображений для каждого конкретного случая. Чем выше
концентрация магния в струе газа-носителя, тем выше растворимость магния
в чугуне. Степень усвоения магния повышается при снижении температуры
обрабатываемого чугуна. Также существенное положительное влияние на
растворимость магния оказывает увеличение глубины погружения фурмы.
4. Среди процессов десульфурации чугуна магнием в настоящее время
наибольшее распространение получил метод инжекции гранулированного
магния с помощью погружной фурмы. Этот способ отличается минимальным
расходом реагента, максимальной степенью его использования, наибольшей
степенью десульфурации, минимальными эксплуатационными затратами.
Получил распространение также способ десульфурации путем ввода
магнийсодержащей проволоки, отличающийся своей простотой и
технологичностью. При проведении сравнительных обработок чугуна
гранулированным магнием, инжектируемым в расплав через погружную
78
фурму, и порошковой магнийсодержащей проволокой, в конвертерном цехе
МК «Азовсталь» были получены данные, подтверждающие большое
преимущество первого способа. С учетом стоимости реагента использование
технологии десульфурации чугуна магнийсодержащей проволокой
оправданно только в условиях периодической обработки сравнительно
небольших количеств чугуна. Для систематической обработки больших масс
чугуна экономически оправданно применение инжекционной технологии,
несмотря на большие капитальные вложения при строительстве отделений
десульфурации.
5. Наиболее совершенной технологией десульфурации чугуна в
настоящий момент, в том числе в условиях КЦ-1 ОАО «НЛМК», является
десульфурация в большегрузных заливочных ковшах методом вдувания
гранулированного магния в струе газа-носителя через погружную фурму. При
этом ввод извести в смесь в отношении 3:1 следует считать избыточным, а
оптимальный расход магния должен составлять 4,8 – 5,2% (или кг/10 т
чугуна), что соответствует длительности продувки от 10 до 12 минут.
5. Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение чугуна.
2. Как по микроструктуре делятся доменные чушковые чугуны?
3. На какие основные группы марок делятся доменные чугуны по
химическому составу?
4. Назовите области применения доменных чугунов.
5. Содержание какого элемента в чугунах не регламентируется
государственным стандартом?
6. Назовите классификационный признак разделения доменных
чугунов на литейные и передельные марки.
7. Чем отличается нодулярный чугун от передельного?
79
8. Какой элемент является классификационным признаком по делению
чугунов на группы?
9. Какой элемент является классификационным признаком по делению
чугунов на категории?
10. Какой элемент является классификационным признаком по делению
чугунов на классы?
11. Как и где получают чушковой чугун из жидкого чугуна?
12. Назовите основные предприятия-производители доменного чугуна
на территории РФ.
13. Какие легирующие элементы чугунов входят в категорию
«микроэлементы»?
14. В чем сущность поточного (придоменного) рафинирования
чугунов? Какие элементы при этом удаляются?
15. В чем сущность рафинирования чугунов в ковшах? Какие элементы
при этом удаляются?
16. С какой целью проводится десиликонизация чугуна?
17. С какой целью проводится десульфурация чугуна?
18. Какие элементы поимо серы и кремния удаляются при комплексном
рафинировании чугуна?
19. Назовите преимущества и недостатки поточного рафинирования
чугуна.
20. Назовите преимущества и недостатки рафинирования чугуна в
ковшах.
21. Какие чушковые чугуны относятся к «белым»?
22. Какие чушковые чугуны относятся к «серым»?
23. Назовите основные технологические показатели процесса
десиликонизации.
24. Назовите основные технологические показатели процесса
десульфурации.
80
25. Опишите сущность процесса десульфурации на установке
десульфурации чугуна (УДЧ).
26. Какие технологические факторы оказывают влияние на степень
десульфурации чугуна.
27. Какие реагенты используются для десульфурации чугуна в
промышленности?
28. Назовите преимущества и недостатки использования соды для
десульфурации.
29. Назовите преимущества и недостатки использования извести для
десульфурации.
30. Назовите преимущества и недостатки использования карбида
кальция для десульфурации.
31. Назовите преимущества и недостатки использования магния для
десульфурации.
32. Какие заменители магния для десульфурации чугуна используются
в промышленности?
33. В чем сущность метода инжекции в расплав чугуна
гранулированного магния?
Рекомендованный для самостоятельного изучения
библиографический список
1. Производственно-технологическая инструкция ОАО «НЛМК» КЦ-
1. – Липецк, ОАО «НЛМК», 2007. – 89с.
2. Современное состояние и перспективы развития сталеплавильного
производства / С.З. Афонин, В.Г. Антипин, В.А. Синельников [и др.]. // Труды
I-го конгресса сталеплавильщиков.– М.: Изд-во АО «Черметинформация»,
1993.– С. 3 – 7.
3. Воронова, Н.А. Десульфурация чугуна магнием / Н.А. Воронова.–
М.: Металлургия, 1980.– 240с.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]