Файл: Внедоменная десульфурация чугуна..pdf

к осложнениям при выпуске чугуна. Указанные технические трудности не позволяют широко приме­ нять исследованные смеси для десульфурации.

Опубликован ряд экспериментальных работ, в ко­ торых показана возможность десульфурации чугуна электролитическим путем. О. А. Есин и др. [30] провели опыты электролитического обессеривания чугуна. К чугуну, содержащему 4,1% С; 0,2% Si; 0,2% Мп; 0,03% S, добавляли серу, доводя содержа­ ние ее в чугуне до 1 %. Над слоем чугуна наводили шлак следующего состава, %: SiO2 40; CaO 28; А12О3 25; MgO 7. Анод был размещен в шлаке, катод подводил­ ся к металлу через дно ковша. Режим электролиза — напряжение 12—15 В; сила тока —до 100 А. В ре­ зультате такой обработки содержание серы в чугуне снижалось на 49—60% (с 0,079 до 0,034) при продолжи­ тельности электролиза два часа.

С более высокими показателями десульфурирова­ ли чугун электролитическим, способом японские ис­ следователи [42]. Чугун обрабатывали под шлаком состава, %: СаО 45; SiO2 35; А12О3 20. При подаче на катод тока плотностью 0,06 А/м2 и напряжением 12—15 В за 30 мин содержание серы в чугуне снижа­ лось с 0,079 до 0,017%, т. е. эффективность десуль­ фурации составляла 75,8—86,4%. Под шлаком, со­ держащим фтористые соединения (СаО — 40%; SiO2 — 30%; ДІЛ — 10%; CaF2 — 15%; NaF — 5%), элек­ тролитическая десульфурация проходила с еще луч­ шими результатами: при плотности тока 0,06 А/м2 и напряжении 8—10 В за 30 мин содержание серы в чу­ гуне снижалось на 95% (с 0,901 до 0,041%). Сера пе­ реходила частично в шлак в виде CaS и частично удалялась в атмосферу в виде SO2.

Установлена также возможность десульфурации чугуна вакуумированием [49]. В лабораторных усло­ виях обессеривали чугун состава, %: Si 0,7; Мп 1,5;

25

С 4. Некоторые результаты лабораторных опытов по десульфурации чугуна вакуумированием приве­ дены в табл. 1.

был проверен в заводских условиях — в сталеразливоч­ ном ковше бессемеровского цеха. Ковш с 18,4 т чугуна выдерживался в вакуум-камере при давлении 2261— 3724 Па в течение 15 мин. В этих условиях удалялось 44% S, содержание ее в чугуне понижалось с 0,078 до 0,044%. Возможность десульфурации чугуна ва­ куумированием подтверждена и в работе [15].

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССА ВНЕДОМЕННОЙ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ ЧУГУНА

Внедоменная десульфурация чугуна за рубежом

В настоящее время зарубежные металлурги, особенно на заводах, производящих качественные стали, придают большое значение всемерному разви­

26

происходящих при этом, разработку и внедрение но­ вых способов обработки чугуна с наилучшими техни­ ко-экономическими показателями. Столь горячий ин­ терес к внедоменной десульфурации не случаен и мо­ жет быть объяснен влиянием ряда факторов, значение которых резко возросло в последние годы.

С одной стороны, повышение требований к качеству стали, особенно в связи с ростом объемов производ­ ства ее в кислородных конвертерах, в которых степень десульфурации составляет всего 30%, обусловливает более жесткие требования к качеству передельного чугуна, в частности, по содержанию серы в нем. С дру­ гой стороны, металлурги все чаще и чаще возвращаются к идее использования внедоменной десульфурации чугуна в целях снижения основности шлака и улуч­ шения за этот счет технико-экономических показателей доменной плавки.

Внедоменная десульфурация чугуна в странах За­ падной Европы. Несмотря на отмеченные выше не­ достатки способов обработки жидкого чугуна содой, вопрос применения ее для десульфурации отнюдь не снимается с повестки дня, тем более, что в последнее время выявлены и неоспоримые преимущества ис­ пользования соды в качестве десульфуратора (в срав­ нении, например, с известью). Дело в том, что обра­ ботка жидкого чугуна содой наряду с десульфурацией позволяет получать особо чистый металл по содер­ жанию газов и неметаллических включений.

Практикой установлено, что содержание азота в томасовском чугуне существенно снижается после обработки его содой. При расходе 25 кг соды на 1 т чугуна содержание азота снижается с 0,006 до 0,002% [77]. Полученные результаты явились предпосылкой для широкого внедрения обработки чугуна содой

27

с целью удаления из металла вредных примесей, в том числе и азота [41].

На заводах Бельгии сода для десульфурации чу­ гуна применяется как в чистом виде, так и в смеси с другими десульфураторами. При обессеривании часто применяются сифонные ковши. На ряде заводов Ан­ глии также успешно проводилась и проводится десуль­ фурация чугуна содой [120]. Некоторые данные об условиях и результатах десульфурации приведены в табл. 2.

В современных условиях десульфурация чугуна порошковой, гранулированной или брикетированной содой производится, в основном, по схеме, показан­

28

ной на рис. 2 [80]. Если чугун транспортируется в ста­ леплавильный цех в открытых ковшах или в ковшах с крышками, то соду присаживают на выпускной желоб /? или в чугуновозный ковш Нр. С точки зре­ ния технологии более удобно проводить десульфура­ цию в сифонном ковше Sp, где струя чугуна прохо­ дит через слой содового шлака толщиной 0,3—0,4 м.

Рис. 2. Схема оборудования для десульфурации чугуна содой.

В сталеплавильном цехе соду присаживают при за­ ливке чугуна из миксера в ковш (по схеме М—Р). Для улучшения десульфурации чугун с содовым шла­ ком переливают во второй ковш (по схеме М—Р—Р). При перевозке чугуна в сигарообразных ковшах соду в доменном цехе не присаживают, так как ще­ лочные шлаки в значительной степени разъедают футеровку ковша. В этом случае десульфурацию проводят при сливе чугуна из сигарообразного ковша (по схеме Т—Р).

При десульфурации в доменном цехе средняя сте­ пень удаления серы повышается при увеличении расхода соды до 8 кг/т чугуна, и при дальнейшем увеличении расхода десульфуратора остается почти

29

достигается более высокая степень удаления серы, од­ нако расход соды, а, следовательно, и степень де­ сульфурации ограничены в этом случае размерами

ковша.

Показатели десульфурации чугуна в сталеплавиль­ ном цехе могут быть выше или ниже показателей, достигаемых в доменном цехе. Наиболее высокие

(по схеме тИ—Р—/3) и мартеновского чугуна (90%) при заливке из сигарообразного ковша в обычный (по схе­ ме Т—Р). При десульфурации последним способом достигаются также и самые стабильные результаты. Исключительно стабильные результаты достигаются при десульфурации в сифонном ковше и при обработке мартеновского чугуна в доменном цехе (по схеме//—Р): в 82% случаев конечное содержание серы в чугуне не превышало 0,008%. При этом соду, общий расход которой составлял 5—8 кг/т чугуна, добавляли не­ большими порциями во время наполнения ковша.

Понижение температуры чугуна за время обработ­ ки в 200-тонном ковше составляет 1,7° С на 1 кг соды [781. Место подачи соды определяется степенью насыщения чугуна углеродом. Доэвтектический томасовский чугун в целях уменьшения испарения соды следует обрабатывать только в сталеплавильном цехе. При обработке в сифонном ковше с расходом соды 3 кг/т чугуна средняя степень удаления серы может і достигать 50—60%, так как шлак в этом случае отде­ ляется от чугуна. Поэтому сифонный ковш необходи­ мо устанавливать перед ковшом для обработки чугу­ на. При расходе соды 8—10 кг/т чугуна достигается степень десульфурации 80%, получение же конечного содержания серы в чугуне 0,008% в 100% случаев достигается лишь при использовании метода перелива при расходе соды 15 кг/т чугуна. Для мартеновского

80

менее 90%.

Применение сифонных ковшей позволяет значите льно снизить расход соды вследствие повышения стс пени ее использования. Так, на заводе Август Тиссен— Хютте расход соды при та­ ком способе обработки чугуна составляет 2,7— 4,5 кг/т чугуна, а на заводе в Диффердингене — 1,2 — 4,4кг/т чугуна. Содержа­ ние серы в чугуне снижает­ ся при этом с 0,04—0,14 до 0,02—0,055% соответствен­ но.

В доменном цехе заво­ да Генрихсхютте в Хаттингене проводились ОПЫТЫ ПС непрерывной десульфура­ ции чугуна кальцинирован­ ной содой и содоизвестко­ вой смесью в сифонном ков­

3) устанавливали у конца желоба таким образом, что чугун из желоба попадал

сначала в сифонный ковш, а затем уже в чугуновозный. Наклон сифонного ковша, подвешенного на траверсе, осуществлялся от электропривода. Незадолго до на­ полнения первого чугуновозного ковша сифонный ковш

31

частично опорожняли, и, пока он вновь наполнялся, подавали второй чугуновозный ковш. Это позволяло проводить непрерывную обработку чугуна. Внутрен­ ний диаметр сифонного ковша, использовавшегося на заводе в Хаттийгене, составлял 1,2 м, высота — 1,65 м, максимальная высота шлакового слоя — 0,65 м. Десульфуратор подавался виброжелобом с механиче­ ским приводом, когда сифонный ковш наполнялся на одну треть, что позволяло избежать уноса соды че­ рез сифон. В соответствии с вместимостью ковша мак­ симальный расход соды составлял 300 кг.

В результате опытов было выяснено, что если при десульфурации в чугуновозных ковшах конечное со­ держание серы в чугуне 0,015% (при исходном 0,035) достигалось при расходе соды 7—10 кг/т чугуна, то в сифонном ковше такие же результаты получали при расходе соды 3—3,5 кг/т чугуна (исходное содер­ жание 0,03%). Установлено также, что смолодоломи­ товая футеровка является устойчивой в контакте с со­ довыми шлаками — с такой футеровкой обработано 1150 т чугуна без значительных дефектов футеровки, в то время как шамотную футеровку приходится заме­ нять после обработки 320—330 т.

В Англии обессеривали чугун содой методом пере­ лива в двух и трех ковшах [95]. Если обработка про­ водилась в двух ковшах, после обработки чугуна со­ дой в первом ковше при переливе во второй чугун освобождали от содового шлака с помощью шлакоотделителя. Степень удаления серы — 70—80%. По «трехковшовой системе» в первом ковше производится удаление кислого шлака, во втором — обработка чу­ гуна содой, а при переливе чугуна из второго ковша в третий удаляется содовый шлак. Степень десульфу­ рации в этом случае — 75%. Было испытано два спо­ соба перемешивания чугуна с десульфуратором — механическое и путем продувки азотом. Расход азота

32

составлял 0,015—0,030 м3/мин на 1 т чугуна. Переме­ шивание позволяло повысить степень десульфурации до 90%.

В работе [881 сообщалось, что добавка каждых 0,5% соды понижала температуру чугуна на 10° С, выдержка в ковше сопровождалась понижением тем­ пературы чугуна на 8—10 град/мин при исходной температуре чугуна 1500—1400° С и на 4—6 град/мин при исходной температуре металла 1400—1300° С. Вви­ ду интенсивного образования дыма применялась вентиляция.

На одном из заводов Франции проводились опыты по непрерывной десульфурации чугуна порошковой содой при выпуске его из доменной печи по способу института ИРСИД [118]. Установка состояла из бун­ кера для соды и вибрационного питателя для подачи десульфуратора в струю чугуна. Питатель снабжен пористыми плитами для продувки металла азотом или сжатым воздухом. Поверхность плит — 0,06 м2, расход газа — 0,5 м3/мин при давлении 98,1— 588,6 кПа. Расход соды составлял от 4 до 18 кг/т чугуна. Содержание серы в чугуне в результате та­ кой обработки уменьшалось от 0,075 до 0,029%.

Интересные экспериментальные исследования не­ прерывных способов обработки чугуна содой прове­ дены X. Лангхаммером и др. [107]. Им предложены схемы с использованием установок типа стационарно­ го сифонного ковша, а также противоточного желоба.

Несмотря на определенный прогресс в обработке чугуна содой, авторы исследований делают вывод о том, что при необходимости получения более низких содержаний серы в чугуне и более стабильных резуль­ татов десульфурации, преимущество остается за обра­ боткой чугуна неплавящимися десульфураторами — известью, карбидом кальция и различными смесями на их основе. Именно разным способам обработки