Файл: Внедоменная десульфурация чугуна..pdf

£■ керамических мешалок составляет 50 циклов. Макси- 'мальная достигнутая в этих условиях степень обессе­ ривания — 91%, при этом отмечено, что наибольшая

!

Рис. 10. Устройство для непрерывной десульфурации чугуна (а) и схема размещения его у доменной печи (б):

I — десульфуратор; 2 — мешалка; 3 — место подачи десульфуратора; 4t — оси сливных носков; 6 — уровень конца главного желоба; 7 — доменная печь; 8 — площадка; 9 — футеровка десульфурационной ка­ меры; 10 ~~ место подачи десульфуратора; 11 — площадка для обслу­ живания устройства; 12 — перевал; 13 — скиммер.

эффективность десульфурации была получена при вы­ соких начальных содержаниях серы в чугуне.

Фирма «Райншталь Хюттеверке» разработала спо­ соб непрерывной десульфурации на литейном дворе доменной печи [НО; 123; 124; 1251. Десульфурационная установка встраивается в систему желобов и вклю­ чает смесительную камеру, комплекс перемешивания и крышку со смонтированным на ней механизмом перемешивания (рис. 10). Камера и крышка футерова­ ны, комплекс перемешивания можно удалять в период между выпусками чугуна. Способ крепления футерован-

ной мешалки с приводом обеспечивает легкую ее сме­ ну. Подвод чугуна в камеру выполнен тангенциальным, а мешалка вращается в противоположном направлении. Десульфуратор подается непрерывно. Ввиду обеспе­ чения тесного контакта чугуна с десульфуратором, процесс обессеривания протекает с большой скорос­ тью. В процессе обработки чугуна лопасти мешалки наполовину погружены в металл и вращаются с по­ стоянной скоростью. Высота ванны чугуна регулиру­ ется песчаным перевалом, расположенным на выходе из камеры. Между выходом из камеры и перевалом расположен огнеупорный скиммер с горизонтальным отверстием, отделяющий от чугуна образующийся в процессе десульфурации шлак, который, в свою очередь, направляется в шлаковую яму. В конце выпуска перевал разбивают, и весь чугун полностью уходит из камеры. Удовлетворительная десульфура­ ция достигается в том случае, если время пребывания чугуна в камере согласовано со скоростью десульфу­ рации. Лопасти служат 5—10 выпусков, время заме­ ны их 5—10 мин. Общая масса камеры с крышкой — 11 т. Смена всего оборудования и установка дру­ гого может быть выполнена за 30 мин. Чугун обраба­ тывался при скорости выпуска 2—7,5 т/мин и темпера­ туре 1400—1510° С. В 1970 г. при реконструкции доменной печи № 2 (диаметр горна — 7,2 м; производи­ тельность 1500 т в сутки) завода «Генрихсютте» в Хаттингене установка была встроена в систему жело­ бов. Параметры установки: частота вращения мешал­ ки — 80 об/мин, скорость выпуска — до 12 т/мин; внутренний диаметр камеры — 2,4 м; высота ванны чугуна — 0,4 м. Шлак, скапливающийся перед ловуш­ кой, отводится вручную и через отверстие в рабочей

уплощадке сливается в шлаковый ковш. При расходе СаО 8 кг/т чугуна содержание серы снижается с 0,05 до 0,02%, а при расходе СаС2 4—5 кг/т чугу-

62

на содержание в нем серы понижается с 0,05 до

0,01%.

Затраты на десульфурацию карбидом кальция по способу Райншталь составляют 4—5 марок ФРГ на тонну чугуна. Эти затраты можно значительно умень­ шить изменением шлакового режима доменной плав­ ки [123; 1241. Внедоменная десульфурация чугуна, по данным [124], позволяет снижать основность домен­ ных шлаков, что способствует повышению производи­ тельности печей, улучшению технико-экономических показателей.

На заводе «Генрихсхютте» фирмы «Райншталь» с помощью описанного способа получают чугун, со­ держащий менее 0,01% S для выплавки малосернис­ той стали даже при исходном содержании серы в чу­ гуне 0,12 %, а на заводе «Баутехник Чалкер Ферейн» — гематитовый чугун, содержащий менее 0,006% S. Аналогичное устройство применено на заводе «Рэйвенскрэйг» фирмы «Бритиш Стил Корп.» (Англия) для обессеривания чугуна, выплавляемого в доменной пе­ чи с горном диаметром 8,7 м [125]. Такого же типа установка работает на заводе «Карго-флит» в Англии.

Кроме описанных устройств, встраиваемых в си­ стему желобов доменной печи, фирмой «Райншталь» ис­ пользуются ковши вместимостью от 0,4 до 100 т, че­ рез крышку которых в их рабочее пространство вво­ дится частично погруженная в металл мешалка [124]. Так, фирма «Август Тиссен-хютте» в 1968 г. исследо­ вала десульфурацию чугуна в ковшах вместимостью 70—100 т с применением устройства для перемеши­ вания, выполненного из огнеупорного материала и вмонтированного в крышку ковша.

Десульфурация чугуна в Северной Америке В США

еще и в настоящее время применяется десуль­ фурация чугуна вдуванием карбида кальция с помо­ щью азота; усовершенствован способ обработки чугуна

53

t

ввиброковше путем продувки металла кисло­

родом для дополнительного рафинирования [86]. В последнее время наибольшее распространение в Северной Америке получили способы десульфурации

чугуна магнием.

Целым рядом фирм разработан процесс «Мэг коук», заключающийся в том, что нагретый кокс погружается в жидкий магний. В результате пропитки магнием масса кокса увеличивается на 45% [93].

В 1973 г. после окончания исследований фирма «Дофаско» (Канада) начала промышленную десульфу­ рацию чугуна магниевым коксом. На заводе выплавля­ ется чугун с содержанием серы 0,052%, который выпускается в сигарообразные ковши. Обычно на уста­ новку для десульфурации направляются два сигаро­ образных ковша с чугуном. После обработки первого ковша подается второй. Общее время обработки двух ковшей составляет около 30 мин. В колокол загружают в зависимости от массы плавки и содержа­ ния серы в чугуне от 59 до 122 кг магниевого кокса. Колокол с магниевым коксом опускается в чугун на глубину 0,3 м от днища ковша. Вначале реакция про­ исходит бурно, с выплесками и выделением газов, но через 2 мин стихает и переходит в кипение. Через 8 мин колокол медленно (чтобы из него вылились чугун и шлак) извлекают из ковша.

Устройство погружения включает графитовый стержень, прикрепленный к толстому стальному лис­ ту. Основание стержня соединено с полым графитовым колоколом, в который загружают десульфуратор. Срок службы колоколов — 17 погружений. По рас­ четам стоимость замены колоколов вместе с затратой рабочей силы составляет примерно 25% общей стои­ мости десульфурации.

Положительные результаты десульфурации на этом заводе сочетаются еще и с удачным методом слива

54

чугуна из сигарообразных ковшей, применяемых для десульфурации — ковши эти снабжены выпускными отверстиями. При таком устройстве большая часть высокосернистого шлака остается в ковше и выпускает­ ся позднее, когда ковш возвращается к доменной печи. По мнению некоторых американских специалистов, в будущем десульфурация будет, в основном, произво­ диться с применением магниевого кокса. В случае необходимости предусмотрено дополнительное рафи­ нирование с применением церия.

В США и Канаде существует общее мнение, что магний может служить отличным десульфуратором. Проблема заключается в том, каким образом ввести магний в чугун без выплесков чугуна и излишних потерь магния.

Внедоменная десульфурация чугуна в Японии.

Чрезвычайно широкое распространение получили раз­ личные методы десульфурации чугуна в японской черной металлургии. Купив в 1962 г. лицензию на технологию десульфурации чугуна во встряхиваю­ щем ковше Каллинга, японские исследователи уже через два года опубликовали первые результаты обра­ ботки чугуна по этой технологии [131]. При частоте вращения 30-тонного ковша 45 об/мин и расходе кар­ бида кальция около 4,5 кг/т чугуна за 15 мин удаля­ лось до 80% содержавшейся в чугуне серы. Недостат­ ки процесса заключаются в том, что за время обработ­ ки металл охлаждается в некоторых случаях на 50°С, а если учесть, что по принятой технологии в процессе десульфурации производится трехкратный перелив чу­ гуна (сначала металл заливается из миксера во встря­ хивающий ковш, затем, после обработки — в стале­

такой обработке гораздо больше, так как общая дли­ тельность всех перечисленных операций — не менее

55

уборки шлака с поверхности чугуна. Отмеченные поте­ ри температуры следует отнести за счет потерь тепла во внешнее пространство, поскольку реакция собствен­ но десульфурации карбидом кальция протекает с вы­ делением тепла и не может служить причиной охлаж­ дения металла в процессе обработки его карбидом каль­ ция.

Фирма «Ниппон Стил» использует метод встряхи­ вающего ковша на заводах «Явата» и «Кукиока» для обработки чугуна в ковшах вместимостью 30 т. Пред­ полагается сооружение агрегата такого типа с ковшом вместимостью 100 т [82]. В конвертерном цехе завода «Хараока» фирмы «Явата Сэйтецу» между миксером и 50-тонным LD-конвертером установлен 30-тонный качающийся ковш высотой 3,7 м, внешним диаметром 2,7 м, внутренним диаметром 2 м. Эксцентриситет вращения —0,13 м [121]. По данным японских ис­ следователей, эффективность удаления серы из чугуна этим методом существенно зависит от формы и высоты ковша, эксцентричности и частоты вращения, време­ ни обработки чугуна, количества и вида десульфуратора, вместимости ковша и др. При использовании в качестве десульфуратора СаС2 эффективность десуль­ фурации повышается с увеличением расхода его, од­ нако при расходе 4 кг/т чугуна степень удаления серы стабилизируется на уровне 85%. При эксцентричном вращении ковша с частотой 46 об/мин и продолжитель­ ности операции 15 мин оптимальный расход карбида кальция составляет 4—5 кг/т чугуна. Температура чугуна во время его обработки карбидом кальция по­ нижается на 20—40° С, а известью — на 30—50° С. Потери металла, по данным [441, составляют 3,5— 3,9%. Оптимальный эксцентриситет вращения опре­ деляется вместимостью ковша. Так, для ковша вмес-

56

тимостью 5тон равен 0,045м, для ковша 12т —0,122м [74], а 30т —0,130 м.

Метод десульфурации во вращающемся ковше получил в Японии дальнейшее совершенствование [28; 47; 130]. На заводах фирмы «Кобе», в частности, на заводе «Амагасаки» используются вращающиеся ковши, которым придана возможность эксцентрическо­ го вращения сначала в одном направлении, а затем, после резкой остановки — в другом (по японской тер­ минологии —• «дважды вращающийся конвертер», или ДМ-конвертер). В результате такого режима вра­ щения ковша в определенный момент металл в центре ковша продолжает вращаться в одном направлении, а у стен — в противоположном. Такое вихреобразное вращение металла способствует повышению усвое­ ния вводимого десульфуратора, значительно улучшая контакт его с обрабатываемым металлом. Скорость и глубина десульфурации при таком методе обработки существенно повысились [130]. Так, при расходе кар­ бида кальция 1 % от массы чугуна уже через 2 мин после начала обработки чугуна в «дважды вращающем­ ся конвертере» в чугуне содержалось 0,01% S [74].

В 1965 г. в Японии было построено 30 вращающих­ ся виброковшей различной вместимости, в том числе по 40 и 80 т [47]. Фирма «Кобэ» располагает проектом вращающегося ковша вместимостью 200 т, а в Швеции на одном из металлургических заводов успешно экс­ плуатируется 100-тонный вращающийся ковш [44].

По данным работы [73], в 1968 г. в Японии в кача­ ющихся ковшах обрабатывали 28,3% от всего чугуна, подвергавшегося десульфурации, а 31,4% — инжек­ ционными методами. Основным реагентом для внедоменной десульфурации чугуна в металлургии Японии является карбид кальция, с его помощью обрабаты­ вается 67,1% чугуна, 10,5% приходится на долю сме­ сей на основе карбида кальция, 2,6% — кальцини-

57

рованной содй, 2,2% — смесей на ее основе, 14,5% — на долю других реагентов, 2,6% чугуна десульфури­ руют без применения десульфурирующих реагентов.

Поскольку эффективная обработка чугуна карбидом кальция невозможна без обеспечения необходимого контакта металла с десульфуратором, японские ме­ таллурги сосредотачивают усилия на создании и со­ вершенствовании десульфурационных установок с использованием различного рода мешалок, продувки металла, «дождевания» и др.

Еще в 1963 г. на заводе «Хирохата» фирмы «Нип­ пон Стил Корп.» был разработан и опробован в про­ мышленном масштабе метод десульфурации чугуна, названный инициалами автора Кендзиро Комбара KR [82]. По этому методу сера удаляется из чугуна с по­ мощью вращающейся крыльчатки, обеспечивающей хороший контакт между чугуном и десульфуратором в ковше. Содержание серы в результате такой обра­ ботки уменьшается на 90%. Устройства для осу­ ществления этого способа очень просты. Мешалка представляет собой стальной стержень с несколькими лопастями, покрытыми огнеупорным материалом ме­ тодом торкретирования. Стержень соединяется с при­ водным механизмом. В связи с тем, что в процессе десульфурации образуется пыль, предусмотрено устройство для улавливания газов с подвижной крыш­ кой, которая устанавливается над ковшом перед на­ чалом обработки. Десульфурация чугуна производит­ ся в ковшах вместимостью 150; ПО; 75 и 60 т. При обработке чугуна с 0,03—0,04% Sb течение 10мин до­ стигается конечное содержание серы в чугуне 0,005% (расход десульфуратора — 2,5 кг/т чугуна). Потери железа в процессе такой обработки чугуна — 1,0— 1,5%.

Технологической лабораторией фирмы «Ниппон Кокан КК» разработан и реализован на заведе «Уоркс»

58