Глава 8. Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали

Возможности получения стали той или иной степени чистоты существенно различаются для условий работы электростале­плавильных агрегатов и конвертеров (мартеновские печи за­нимают промежуточное положение). Конвертерное производст­во имеет то преимущество, что шихта состоит в основном из жидкого чугуна, не содержащего обычно заметных количеств примесей цветных металлов. Иногда для получения особо чистой стали металлошихта конвертеров состоит из чугуна на 100 %. Однако чугун содержит некоторое количество таких нежелательных примесей, как фосфор и сера. Вместе с тем современное металлургическое производство располагает

642

643

т ехнологиями, обеспечивающими весьма эффективную обработ­ку жидкого чугуна перед подачей его к сталеплавильным аг­регатам. Целями внепечной (внедоменной) обработки чугуна являются его десульфурация, дефосфорация и обескремнива-ние. В отдельных случаях осуществляется дополнительный подогрев чугуна.

§ 1. Внедомвнная десульфурация чугуна

В качестве реагентов-десульфураторов при внепечной обра­ботке чугуна используют магний (в виде чистого магния, смеси извести и магния, в виде кусков кокса, пропитанных магнием, в виде гранул магния, покрытых солевыми покры­тиями и др.), кальцийсодержащие материалы (в виде извес­ти, известняка, карбида кальция) и соду. Основные реакции десульфурации чугуна:

Mg_r + [S] = MgS; AG⁰ = -104100 + 44,077;

СаО_т+ [S] + С_гр = AG⁰ = 25320 - 26,337;

= CaS_T + CO_r; AG⁰ = -86900 + 28,727;

CaC₂ + [S] = CaS + 2C; AG⁰ = -2000 - 26,787.

Na₂0 + [S] + С =

= Na₂S + CO_r;

Расчеты показывают, что для связывания 1 кг серы необходимо 0,75 кг Mg, 1,75 кг СаО, 2 кг СаС₂, 3,31_кг Na₂C0₃. Наиболее низкий расход реагента — в случае ис­пользования металлического магния. При этом обеспечивает­ся высокая степень десульфурации. К преимуществам исполь­зования именно магния можно отнести такие факторы, как малое количество образующегося шлака и то, что в процессе десульфурации магнием практически не образуется продук­тов, вредных для окружающей среды. Однако стоимость маг­ния сравнительно высока и выбор реагента определяется в конечном счете экономическими соображениями.

Ввод реагентов в металл может осуществляться в виде кусков, гранул, порошков, проволоки. При вдувании порош­ков в качестве несущего газа используют воздух, азот, природный газ. Перемешивание реагентов с металлом можно осуществлять различными способами, в том числе:

644

1) падающей струей металла; 2) различными механическими мешалками; 3)барботажем под воздействием продувки газом; 4) пульсирующей затопленной струей и др. (воздействием вибрации, воздействием ультразвука, газлифтным перемеши­ванием).

Работа с магнием имеет свои особенности, связанные, во-первых, с тем, что магний при нагреве до температуры расплавленного металла испаряется, объем его возрастает в тысячи раз и, во-вторых, энергия взаимодействия паров магния с примесями жидкого металла и с окружающим возду­ хом (окисление магния с образованием MgO с выделением большого количества тепла 2Mg_r + 0₂ = 2MgO;

AG⁰ = -726900 + 202,027 настолько велика, что наблюдается пироэффект в виде яркой вспышки). Поэтому магний вводят в металл обычно под специальным колпаком — испарителем со щелями для выхода паров магния (рис. 213) или каким-либо иным способом, исключающим выброс жидкого металла (пасси­вированием кусков магния, заполнением магнием пор в кус­ках инертного материала, в пористых кусках кокса (рис. 214), введением в чугун гранулированного магния в токе природного газа или азота и т.п.).

Виды механического перемешивания чугуна приведены на рис. 215-217.

При использовании смесей типа [известь + плавиковый шпат + реагент, снижающий окисленность ванны (алюминий, кокс и т.п.)] используют мешалки (рис. 217, в). Перемеши­вание металла с реагентом достигается вращением ротора-мешалки и пропусканием через ротор газа-перемешивателя (обычно азота), создающего эффект кипения. В последнее время все большее распространение получает метод обработ­ки чугуна с использованием проволоки, наполненной реаген-тами-десульфураторами. Перемешивание массы металла дости­гается при этом дополнительной продувкой ванны газом (азотом).

При использовании азота необходимо учитывать реакцию

3Mg_r + N₂ = Mg₃N₂ + Q.

Лучшие результаты получают при использовании природно­го газа, так как в зоне реакции происходит диссоциация метана, снижающая температуру (до ~ 1200 °С), что способ­ствует протеканию экзотермической реакции образования MgS

645

0J2ff

и создает защитную восстано­вительную атмосферу над по­верхностью расплава в ковше, блокируя поступление кисло­рода из атмосферы.

Результаты обессеривания при использовании смесей на базе СаО зависят от ряда фа­кторов: а) конструкции ковша [в открытом ковше результаты хуже, чем в ковше миксерного типа]; б) количества попав­шего в ковш миксерного шлака (при значительном количестве миксерного шлака получение низких концентраций серы в чугуне практически недости­жимо); в) температуры чугуна (чем выше температура, тем лучше результаты десульфура-

/Ту-/

' ! ^N

^ЧйЁП

/ I Ч

Рис. 213. Фурма для ввода магния в чугун:

1 — испарительная камера с отверстиями для выхода паров магния; 2 — несущая труба; 5 — канал; 4 — стальная арматура (покрывается огнеупорной обмазкой); 5 — фланец

Рис. 214. Схема установки для десульфурации чугуна магниевым коксом: 1 — цепной подъемник; 2 — балласт; 3 — стальной вал; 4 — ковш "Торпедо"; 5 — графитовый стержень; 6 — чугун; 7 — магниевый кокс; 8 — графитовый ко­локол

ции; г) содержания в чугуне кремния (чем меньше в чугуне кремния, тем лучше для десульфурации); д) расхода реаген-тов-десульфураторов. При прочих равных условиях расход зависит от содержания серы в чугуне до обработки [S]_Ha4 и требуемого после обработки [Sj_KOH.

646

Рис. 215. Механическое перемешивание чугуна методом падающей струи

Рис. 216. Метод вибрационного перемешивания чугуна

Рис. 217. Перемешивание чугуна с использованием мешалок

Хорошие результаты по обессериванию чугуна могут быть получены при использовании соды, однако при обработке содой в атмосферу выделяется большое количество летучих веществ (включая испаряющийся Na₂0, образующийся при кон­такте соды Na₂C0₃ с расплавленным металлом). Этот метод требует обязательного наличия стендов, оборудованных хорошо действующими пылеулавливающими устройствами, и технологии утилизации уловленных соединений натрия.