Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Внедоменная десульфурация чугуна в металлургии

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:

  • Mgг + [S] = MgS;
  • СаОт+ [S] + Сгр = CaSт + COг;
  • CaC2 + [S] = CaS + 2C; .
  • Na2O + [S] + С = Na2S + COг;

Расчеты показывают, что для связывания 1 кг серы необходимо 0,75 кг Mg, 1,75 кг СаО, 2 кг СаС2, 3,31 кг Na23. Наиболее низкий расход реагента - в случае использования металлического магния. При этом обеспечивается высокая степень десульфурации чугуна. К преимуществам использования именно магния можно отнести такие факторы, как малое количество образующегося шлака и то, что в процессе десульфурации чугуна 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 чугун может осуществляться в виде кусков, гранул, порошков, проволоки. При вдувании порошков в качестве несущего газа используют воздух, азот, природный газ.

фурма для ввода магния в чугун
Рисунок 1. слева - 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
справа - 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

Перемешивание реагентов с металлом можно осуществлять различными способами, в том числе:

  • падающей струей чугуна;
  • различными механическими мешалками;
  • барботажем под воздействием продувки газом;
  • 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 чугуна испаряется, объем его возрастает в тысячи раз и, во-вторых, энергия взаимодействия паров магния с примесями жидкого чугуна и с окружающим воздухом (окисление магния с образованием MgO с выделением большого количества тепла 2Mgг + O2 = 2MgO; настолько велика, что наблюдается пироэффект в виде яркой вспышки). Поэтому магний вводят в чугун обычно под специальным колпаком - испарителем со щелями для выхода паров магния (рис. 1) или каким-либо иным способом, исключающим выброс жидкого чугуна (пассивированием кусков магния, заполнением магнием пор в кусках инертного материала, в пористых кусках кокса (рис. 2), введением в чугун гранулированного магния в токе природного газа или азота и т.п.).

Внедоменная десульфурация чугуна
Слева- механическое перемешивание чугуна методом падающей струи
В центре - метод вибрационного перемешивания чугуна
Справа - перемешивание чугуна с использованием мешалок

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 чугуна 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 реагентами-десульфураторами. Перемешивание массы чугуна достигается при этом дополнительной продувкой ванны газом (азотом).

При использовании азота необходимо учитывать реакцию:

  • 3Mgг + 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 и создает защитную восстановительную атмосферу над поверхностью чугуна в ковше, блокируя поступление кислорода из атмосферы.

Результаты десульфурации чугуна при использовании смесей на базе СаО зависят от ряда факторов:

  • конструкции ковша [в открытом ковше результаты хуже, чем в ковше миксерного типа];
  • количества попавшего в ковш миксерного шлака (при значительном количестве миксерного шлака получение низких концентраций серы в чугуне практически недостижимо);
  • температуры чугуна (чем выше температура, тем лучше результаты десульфурации;
  • содержания в чугуне кремния (чем меньше в чугуне кремния, тем лучше для десульфурации);
  • расхода реагентов-десульфураторов. При прочих равных условиях расход зависит от содержания серы в чугуне до обработки [S]нач и требуемого после обработки [S]кон.

Хорошие результаты по внедоменной десульфурации чугуна могут быть получены при использовании соды, однако при обработке чугуна содой в атмосферу выделяется большое количество летучих веществ (включая испаряющийся Na2O, образующийся при контакте соды Na2CO3 с расплавленным металлом). Этот метод внедоменной десульфурации чугуна требует обязательного наличия стендов, оборудованных хорошо действующими пылеулавливающими устройствами, и технологии утилизации уловленных соединений натрия.

Источник [4] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Сталь и ее внепечная обработка
Вернуться на главную: Черная металлургия