7.6. Внепечная десульфурация чугуна
Внепечная десульфурация чугуна получает все более широкое развитие в связи с расширением производства сталей ответственного назначения и недостаточным удалением серы при конвертерной плавке.
Десульфурацию проводят в чугуновозных ковшах, а на зарубежных заводах также зачастую в заливочных ковшах конвертерного цеха; в качестве десульфурирующего реагента используют магний, карбид кальция, соду известь. Опыт десульфурации вдуванием порошкообразной извести показал, что процесс требует большого расхода СаО, сопровождается значительным снижением температуры чугуна образованием большого количества шлака и потерями металла с этим шлаком. Недостатками десульфурации содой является существенное снижение температуры чугуна; понижение стойкости футеровки ковшей, вредные выделения в окружающую среду.
При десульфурации вдуванием молотого карбида кальция снижение температуры чугуна сравнительно невелико (15—30 °С), но образуется значительное количество шлака (до 2 5 % от массы чугуна), поэтому значительны потери металла; расход реагента примерно в 10 раз больше, чем расход магния и примерно в два раза больше длительность обработки; достигаемая степень десульфурации ниже, чем при использовании магния. Десульфурация магнием сопровождается минимальным снижением температуры чугуна (5-10 °С); образуется в несколько раз меньше шлака, чем при использовании других реагентов и минимальны потери железа со шлаком; меньше длительность обработки и воздействие на футеровку ковша; отсутствуют вредные выделения в атмосферу; расход магния в несколько раз ниже, чем других реагентов.
При сопоставлении экономической эффективности различных способов десульфурации необходимо учитывать не только расход и стоимость десульфурирующего реагента, но и дополнительные затраты вследствие потерь металла с образующимися при десульфурации шлаками и ухудшения показателей конвертерной плавки при снижении температуры чугуна. Расчеты этих суммарных затрат для условий отечественных заводов показали, что они наиболее высоки при использовании извести; далее по возрастанию экономичности можно расположить в следующей последовательности способы: с применением соды, карбида кальция, магния. При использовании магния, несмотря на его высокую стоимость (~900 руб/т), суммарные затраты на десульфурацию в два-четыре раза меньше, чем при использовании других реагентов.
На отечественных заводах применяют десульфурацию магнием; его использование осложняется вследствие низкой температуры кипения (1117 °С) и бурного испарения при его введении в чугун. Применяют гранулированный магний (частицы размером 0,5—2 мм) и реже слитковый или пассивированный (брикеты из смеси частиц магния и обожженного доломита; его преимущество по сравнению со слитковым магнием— менее бурное испарение).
Гранулированный магний вводят в чугун в струе газа-носителя (воздух, природный газ) при помощи погружаемой на 2—2,5 м фурмы — футерованной снаружи стальной трубы, имеющей внизу расширение (испарительная камера). В испарительной камере, соприкасаясь с жидким чугуном, магний испаряется и вместе с газом-носителем через нижний срез камеры или через имеющиеся в ней боковые отверстия вытекает в объем жидкого чугуна, вызывая его барботаж. Десульфурация происходит по реакции: Мgгаз + [S] = МgSТВ
Образующийся твердый сульфид магния МgS (температура плавления 2000 °С) вплывает в шлак. Этот сернистый шлак необходимо скачивать из ковша перед заливкой чугуна в конвертер.
Особенности использования слиткового и пассивированного магния заключаются в следующем. Слитковый магний вводят в испарительную камеру через фурму при помощи механических устройств и подают газ для создания противодавления жидкому металлу и вытеснения паров магния в жидкий чугун. Брикет пассивированного магния закладывают в испарительной камере, после чего фурму опускают в жидкий чугун. Поскольку в ковш необходимо ввести несколько брикетов, последовательно погружают в ковш несколько фурм, что увеличивает продолжительность обработки. Кроме того, отсутствует возможность регулирования процесса парообразования и скорости введения реагента в металл. Более широкое использование гранулированного магния связано с тем, что процесс введения его в чугун полностью механизирован, поддается регулированию и автоматизации.
Скорость испарения гранулированного и слиткового магния поддерживают в пределах 0,1—0.,2 кг/с. На отечественных заводах содержание серы снижают с 0,040—0,045 до 0,01 — 0,016% в жидком перельном чугуне, до 0,005—0,009 % в товарном рафинированном чугуне и до 0,002—0,005 % в чугуне для выплавки особо чистой по сере стали. Расход магния составляет 0,4—1,0 кг/т чугуна и тем выше, чем выше требуемая степень десульфурации чугуна. Минимальный удельный расход магния получен на металлургическом комбинате «Азовсталь»,— 0,17 кг/т на 0,01% удаленной серы; затраты на десульфурацию составляют ~1 руб/т чугуна.
Рис. 36. Оборудование участка десульфурации чугуна гранулированным магнием отделения десульфурации комбината «Авзосталь»:
1 — ковш с чугуном; 2 — фурма; 3 — нижняя стационарная направляющая; 4 — штанга фурмы; 5 — трос; 6 — расходный бункер гранулированного магния; 7 — верхние направляющие; 8 — фурменная тележка; 9 — лебедка
На отечественных заводах сооружают специализированные отделения десульфурации чугуна (ОДЧ), располагаемые на путях следования чугуновозных ковшей из доменного цеха в сталеплавильный . ОДЧ металлургического комбината «Азовсталь» размещено в двухэтажном здании, первый этаж которого четырехпролетный. Два пролета с железнодорожными путями имеют по пять секций для ковшей; все секции оборудованы зонтами для отвода ^газов и тележкой с двумя фурменными приборами (рис. 36); каждая фурма снабжена отдельным расходным бункером. Третий пролет служит для доставки каркасов фурм, огнеупорной массы и др. В четвертый пролет поступают вагоны с гранулированным магнием, разгружаемым в бункера для хранения. Отделение оборудовано участком изготовления фурм. Рядом с отделением находится здание газоочистки (выделяющийся при десульфурации и отводимый через зонты газ содержит 3—35 г/ м3 пыли, состоящей в основном из графита и оксидов железа).