3.1. 5 Позапічна десульфурація чавуну
Позапічна десульфурація чавуну одержує усе більш широкий розвиток у зв'язку з розширенням виробництва сталей відповідального призначення й недостатнім видаленням сірки при конвертерній плавці.
Десульфурацію проводять у чавуновізних ковшах, а на закордонних заводах також найчастіше в заливальних ковшах конвертерного цеху; у якості десульфураторів використовують магній, карбід кальцію, соду, вапно. Досвід десульфурації вдуванням порошкоподібного вапна показав, що процес вимагає великої витрати СаО, супроводжується значним зниженням температури чавуну, утворенням великої кількості шлаку і втратами металу із цим шлаком. Недоліками десульфурації содою є істотне зниження температури чавуну; зниження стійкості футеровки ковшів, шкідливі виділення в навколишнє середовище.
При десульфурації вдуванням меленого карбіду кальцію зниження температури чавуну порівняно невелике (15 - 30°С), але утворюється значна кількість шлаку (до 2,5 % від маси чавуну), як наслідок значні втрати металу; витрата реагенту приблизно в 10 разів більше, ніж витрата магнію й приблизно у два рази більше тривалість обробки; ступінь десульфурации, що досягається, нижче, ніж при використанні магнію. Десульфурація магнієм супроводжується мінімальним зниженням температури чавуну (5 - 10 °С); утворюється в кілька разів менше шлаку, ніж при використанні інших реагентів і мінімальні втрати заліза зі шлаком; менше тривалість обробки й вплив на футеровку ковша; відсутні шкідливі виділення в атмосферу; витрата магнію в кілька разів нижче, ніж інших реагентів.
При аналізі економічної ефективності різних способів десульфурації необхідно враховувати не тільки витрату і вартість реагенту, але й додаткові витрати внаслідок втрат металу з утвореними при десульфурації шлаками та погіршення показників конвертерної плавки при зниженні температури чавуну. Розрахунки цих сумарних витрат для умов вітчизняних заводів показали, що вони найбільш високі при використанні вапна; далі по зростанню економічності можна розташувати в наступній послідовності способи: із застосуванням соди, карбіду кальцію, магнію. При використанні магнію, незважаючи на його високу вартість, сумарні витрати на десульфурацію у два-чотири рази менші, ніж при використанні інших реагентів.
На вітчизняних заводах застосовують десульфурацію магнієм; його використання ускладнюється внаслідок низької температури кипіння (1117°С) і бурхливого випару при його введенні в чавун. Застосовують гранульований магній (частки розміром 0,5 - 2 мм) і рідше зливковий або пасивований (брикети із суміші часток магнію й обпаленого доломіту; його перевага в порівнянні зі зливковим магнієм - менш бурхливий випар).
Гранульований магній уводять у чавун у струмені газу-носія (повітря - природний газ) за допомогою занурювання на 2 - 2,5 м фурми - футерованої зовні сталевої труби, що має знизу розширення (випарна камера). У випарній камері, стикаючись із рідким чавуном, магній випаровується й разом з газом-носієм через нижній зріз камери або через наявні в ній бічні отвори випливає в обсяг рідкого чавуну, викликаючи його барботаж. Десульфурація відбувається по реакції:
Mgгаз + [S] = MgSтв. (3.2)
Твердий сульфід магнію MgS, що утворився (температура плавлення 2000°С), спливає в шлак. Ці сірчасті шлаки необхідно скачувати із ковша перед заливанням чавуну в конвертер.
Особливості використання зливкового й пасивованого магнію полягають у наступному. Зливковий магній уводять у випарну камеру через фурму за допомогою механічних пристроїв і подають газ для створення протитиску рідкому металу й витиснення парів магнію в рідкий чавун. Брикет пасивованого магнію закладають у випарній камері, після чого фурму опускають у рідкий чавун. Оскільки в ківш необхідно ввести кілька брикетів, послідовно занурюють у ківш кілька фурм, що збільшує тривалість обробки. Крім того, відсутня можливість регулювання процесу паротворення й швидкості введення реагенту в метал. Більш широке використання гранульованого магнію пов'язане з тим, що процес уведення його в чавун повністю механізований, піддається регулюванню й автоматизації.
Швидкість випару гранульованого й зливкового магнію підтримують у межах 0,1 - 0,2 кг/с. На вітчизняних заводах вміст сірки знижують із 0,040 - 0,045 до 0,01 - 0,016% у рідкому переробному чавуні, до 0,005 - 0,009 % у товарному рафінованому чавуні й до 0,002 - 0,005 % у чавуні для виплавки особливо чистої по сірці сталі. Витрата магнію становить 0,4 - 1,0 кг/т чавуну й тим вище, чим вище необхідний ступінь десульфурації чавуну. Мінімальна питома витрата магнію отримана на металургійному комбінаті «Азовсталь» - 0,17 кг/т на 0,01 % вилученої сірки.
1 - ківш із чавуном; 2 - фурма; 3 - нижня стаціонарна напрямна; 4 - штанга фурми; 5 - трос; 6 - видатковий бункер гранульованого магнію; 7 - верхні напрямні; 8 - фурмений візок; 9 - лебідка
Рисунок 3.1 - Устаткування ділянки десульфурації чавуну гранульованим магнієм відділення десульфурації комбінату «Азовсталь»
На вітчизняних заводах споруджують спеціалізовані відділення десульфурації чавуну (ВДЧ), розташовані на шляхах проходження чавуновізних ковшів з доменного цеху в сталеплавильний. ВДЧ металургійного комбінату «Азовсталь» розміщено у двоповерховому будинку, перший поверх якого чотирипрольотний. Два прольоти із залізничними коліями мають по п'ять секцій для ковшів; всі секції обладнані парасолями для відводу газів і візком із двома фурменими приладами (рис. 3.1); кожна фурма має окремий видатковий бункер. Третій проліт служить для доставки каркасів фурм, вогнетривкої маси й ін. У четвертий проліт надходять вагони із гранульованим магнієм, що розвантажують у бункери для зберігання. Відділення обладнане ділянкою виготовлення фурм. Поруч із відділенням перебуває будинок газоочищення (газ, що виділяється при десульфурації, й відводиться через парасолі містить 3 - 35 г/м3 пилу, що складається в основному із графіту й оксидів заліза).