Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Октября 2014 в 14:18, реферат
Еще 10-20 лет назад широкое практическое использование различных методов внедоменной обработки чугуна для дефос-форации казалось проблематичным. За последние годы положение изменилось. Использование различных реагентов (железной руды, окалины, CaF2, CaO, Na2CO3) для удаления из . жидкого чугуна фосфора рассмотрено уже в большом числе Исследований, причем число таких работ непрерывно растет.
Еще 10-20 лет назад широкое практическое использование различных методов внедоменной обработки чугуна для дефос-форации казалось проблематичным. За последние годы положение изменилось. Использование различных реагентов (железной руды, окалины, CaF2, CaO, Na2CO3) для удаления из . жидкого чугуна фосфора рассмотрено уже в большом числе Исследований, причем число таких работ непрерывно растет. В настоящее время многие работы прошли лабораторные испытания и внедряются в промышленность [14, 15]. Работы по организации дефосфорации чугуна с использованием железной руды и окалины, вдуванию этих материалов струей кислорода в чугун известны. Исследования, проведенные в шведском технологическом институте в лабораторных и полупромышленных (в б-т ковше) условиях, показали, что удовлетворительные результаты по дефосфорации могут быть получены, при использовании в качестве реагентов и Na2CO3 и СаО [7]. Отмечено поддержание на протяжении почти всей обработки высоких значений константы скорости дефосфорации, причем стадией, лимитирующей реакцию при вдувании Na2CO3, является массоперенос ионов (СО,)2", а при использовании СаО — ионов (Fe)z+. Таким образом, суммарную скорость реакции лимитируют в обоих случаях компоненты, обеспечивающие доставку кислорода к межфазной поверхности раздела шлак (частица вдуваемого флюса) — металл. По мере снижения концентрации фосфора наступает момент, когда реакция начинает лимитироваться массоперенором фосфора в металле. В работе, проведенной в лабораторных условиях (в металл в токе кислорода вдувается порошок СаО), удалось установить, что ошлакование вводимого в жидкий чугун СаО состоит в формировании соединения типа CaO-Fe(Mn)O, находящегося при температурах обработки в жидком состоянии, на основе которого, в свою очередь, начинают формироваться соединения типа CaO-Fe(Mn)O-P2O3 или, при содержании кремния в расплаве,— типа 2 CaOSiO2—3 СаО-Р2О5, с включением фаз типа нагельшмидтита (7 СаО-2 SiO2'P2O3) и си-ликокарнотита (5 CaOSiO2-P;O5). Последние соединения при температурах обработки чугуна находятся в твердом состоянии. Все эти соединения при содержании углерода в расплаве могут формироваться лишь в зоне воздействия фурмы, через которую подают кислород. По мере удаления от этой зоны преобладающей становится реакция окисления углерода. В работе [20] показано, что согласно термодинамическим оценкам в зоне переокисления в районе кислородных фурм за . счет СаО содержание фосфора может быть уменьшено до 0,001 %. Было высказано предположение, что из частиц порошка СаО в токе кислорода формируются мелкодисперсные частицы феррита кальция, которые, поднимаясь сквозь чугун, дефосфорируют его. Вместе с тем выяснилось, что образование соединения 3 СаО • Р2О5 практически возможно лишь при очень низком содержании кремния.
На 1.22 приведены результаты, полученные при обработке чугуна в 6-т ковше порошком Na2CO3, а также смесью извести, плавикового шпата и железной руды в струе азота, которые показывают преимущества использования соды. Метод обработки чугуна содой с целью десульфурации известен давно. В настоящее время все большее распространение получают методы обработки чугуна содой с целью дефосфорации. В 1982 г. на заводе "Kawasaki Steel", компании "Sumitomo Metals Ind." использован процесс SARP* . Разработанная технология включает следующие операции: 1) обескремнивание чугуна в процессе выпуска из доменной печи обработкой марганцевой или железной рудой; 2) обескремнивание чугуна в 400-т ковше миксерного типа продувкой порошком размолотого шлака; 3) скачивание обра зующегося шлака при помощи вакуумной установки (метод VSC) ; 4) дефосфорация чугуна в этом же ковше миксерного типа при помощи вдувания порошка соды; 5) скачивание образующегося шлака методом VSC и транспортировка его на установке восстановления (утилизации натрия); 6) подача дефосфорированиого чугуна в конвертер комбинированного дутья. Предварительные исследования показали, что в случае продувки содой чугуна, содержащего кремний, концентрация фосфора остается неизменной, так как окисляется преиму- ; щественно кремний. Сода может служить не только десульфу- < ратором, но также и десиликонизатором. Оказалось, что первые порции подаваемой в чугун соды расходуются прежде всего на окисление кремния. Расход соды на удаление кремния может быть достаточно большим. Ьредполагается, что в зависимости от расхода соды реакции обескремнивания могут быть записаны в следующем виде: 1) [Si] + Na2CO3 = 2 CO. = Na2O-SiO2 2Na2CO,= 2Na2O-SiO2 В случае продувки предварительно обескремненного чугуна количество удаленного фосфора (ДР) увеличивается по мере возрастания расхода соды (1.23). Одновременно с уменьшением содержания фосфора снижается содержание серы, содержания марганца и ванадия изменяются незначительно. Коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком (Р2О5)/[Р] в значительной степени зависит от отношения (Na2O)/(SiO2), причем при (Na2O)/(SiO2) > 3 коэффициент распределения фосфора (Р2О5)/[Р] возрастает до г 1000. Реакция дефосфорации сопровождается выделением тепла; для получения высоких значений коэффициента распределения фосфора (Р2О5)/[Р] желательно иметь температуру чугуна в процессе его обработки не более 1250°С. Реакция между - содой и содержащимся в чугуне фосфором может быть записана в виде: 4[Р] + 5 Na2CO3 = 5Na2O-2P2O5 + 5 С. В результате протекания этой реакции определенное количество углерода может быть обнаружено в пробах шлака. Замеры показали, что общее содержание углерода колеблется в пределах 0,2—1,1 % независимо от количества удалившегося фосфора. При работе без введения кислорода содержание углерода в шлаке составляет *0,5 %. На содержание углерода в шлаке в значительной степени влияет содержание (FeO). На плавках без введения кислорода содержание (FeO) в шлаке обычно не превышает °,5 % и в случае введения кислорода увеличивается до 0,5-~0,75 %. Одновременно с реакцией дефосфорации при про-Дувке чугуна содой окисляется определенное количество углерода. Окисление может протекать под действием газообразного кислорода или кислорода атмосферы, а также в результате взаимодействия с содой по реакциям: 1) Na2CO3 + 3 [С] = 2 Nar + 3 СО; 2)(Na2O)+ [C]= 2Nar+ CO. В результате протекания этой реакции температура отходящих газов повышается. Приведенные в работе [21] расчеты показали, что основная масса удаляемых примесей содержится в шлаке, в газовую фазу переходит не более 5 % фосфора и серы. Как правило, операция дефосфорации является одним из звеньев, составной частью комплексной технологии обработ-,ки чугуна. В качестве примера следует отметить разработанную в Японии технологию, названную ORP [22, 23]. В этом способе процесс рафинирования металла разделяется на три стадии. 1.Обескремнивание. Жидкий
чугун в процессе выпуска из
доменной печи на литейном
дворе доменного цеха 2. Дефосфорация в ковше миксерного типа (типа "Торпе до"). Жидкий чугун продувают смесью порошков, состоящей Из прокатной окалины, CaO, CaF2 и СаС12. Основные пара метры технологии продувки следующие: вместимость ковша Торпедо" 290 т; фурма для вдувания порошков имеет огнеу порную оболочку; газом-носителем является азот; расход газа 3-5м3/мин; размер частиц порошка ~1мм; интенсив ность подачи порошка ~ 60.0 кг/мин; продолжительность об работки 25 мин. Образующийся при обработке шлак скачивают, смешивают со шлаком, образовавшимся в процессе обескремнивания и гранулируют. Обескремненный и содержащий малое количество фосфора чугун заливают в конвертер комбинированного дутья LD-OB. 3. Обезуглероживание в конвертере. Полученную сталь перед разливкой на УНРС обрабатывают в ковше вакуумирова- нием или продувкой порошками. Предварительно удаляют ко нечный окисленный шлак методом отсоса способом VSC. Полученная сталь содержит * 0,01 % Р. На 1.24 приведены сравнительные данные для процессов удаления примесей при продувке обычного (Si', P' и С) и рафинированного от примесей (Si, P, С) чугуна в конвертере комбинированного дутья LD-OB. Из 1.24 видно, что во втором случае обеспечивается получение стали с очень низким содержанием фосфора. В большинстве случаев успешное использование методов внедоменной обработки чугуна связано с использованием для этого ковшей миксерного типа. Конструкция чугуновозного ковша миксерного типа обеспечивает минимальные потери тепла в процессе обработки. При обработке чугуна в чугу-новозных ковшах открытого типа обнажение поверхности металла при вдувании в него порошка соды и вызываемом при этом барботировании существенно увеличивает потери тепла. В связи с тем что вдувание порошка соды в металле в обычном чугуновозном ковше сопровождалось заметным снижением температуры, на заводе "Fukuyama Works" компании Nippon Kokan" (Япония) провели серию опытов по трем ва-РИантам введения соды; 1) ссыпание из бункера сверху на поверхность чугуна ("быстрый метод"); 2) вдувание в глубь металла; 3) введение к ковш со специальной крышкой. Схема установки показана на 1.25. Все плавки были разделены на две группы: А- подача соды с интенсивностью >0,67 кг/(т-мин); Б- подача соды с интенсивностью < 0,67 кг/(т-мин). Различия между сериями плавок с различными способами введения соды оказались не столь заметны, однако они свидетельствуют в пользу метода вдувания. Авторы работы [24] указывают, что быстрый метод (подача соды сверху) позволяет уменьшить продолжительность обработки на 15-20 мин, соответственно улучшаются условия службы огнеупоров и снижается их расход. Наилучшие результаты получены при использовании крышки специальной конструкции, предохраняющей футеровку ковша от контакта с активным шлаком. Использование крышки позволяет уменьшить подвод тепла при достижении той же степени дефосфорации и десульфурации. Решая вопрос об интенсивности введения соды, предпочтение отдают первому варианту, в основном благодаря уменьшению продолжительности обработки (1.26). При более интенсивной подаче порошка обеспечивается также получение более низких концентраций серы (< 0,004 % против 0,02-0,009 % в случае менее интенсивной подачи порошка). Следует отметить и другие возможные способы дефосфорации чугуна. В ряде отечественных институтов (ВНИИМетМаш, ЦНИИЧМ, МИСиС и др.), проведены широкие исследования возможности дефосфорации чугуна с использованием агрегата струйногв рафинирования. Был создан опытный агрегат струйного рафинирования и определены основные закономерности процесса. При обработке чугуна, содержащего до 1.2 % Р, получали полупродукт с содержанием ~ 0,2 % Р. При этом получали фосфат-шлаки с содержанием 10-18 P2OS. В работе [25] обращено внимание на возможность ор ганизации обработки чугуна в воссгановительных условия смесями СаО—СаС12 при образовании соединени СаС12-Саз(РО4)2. Проведенные авторами работы [25] опыты методом плавки во взвешенном состоянии свидетельствовали о возможности глубокой дефосфорации фосфористых чугунов (0,72 % Р) при обработке их смесями состава: 66 % (мол. СаС12, 33 % (мол.) СаО [25]. Ниже показано, что процессы дефосфорации чугуна протекают эффективно в случае предва рительного их обескремнивания. Совместное проведение операций десульфурации и дефосфации
|
Как известно, для проведения операций дефосфорации и де сульфурации требуются различные условия. Для успешной дефосфорации желательно иметь высокий окислительный потенциал и невысокую температуру, для десульфурации — невысокий окислительный потенциал и повышенную температуру. Это является основной причиной, затрудняющей проведение обработки чугуна с целью дефосфорации и десульфурации одновременно. При использовании в качестве флюса Na2CO3 необходимо иметь в виду, что активность серы и фосфора при 1400 °С может быть ниже, чем 0,001 в широком диапазоне значений р (1.27): от 0,1 до 0,0001 [13]. Таким образом, процессы десульфурации и дефосфораци» не зависят ох р и, следовательно, могут иметь место обе реакции в пределах возможных колебаний значений Вязкость Na2CO3 при температурах обработки жидкого чугуна очень мала, поэтому интенсивность массопереноса серы фосфора в шлаке не лимитирует массоперенос серы и фосфор' из чугуна в шлак.
При обработке чугуна содой практически всегда удаляю!' ся и фосфор и сера. Перспективной является организации процесса, учитывающего различные условия удаления серы фосфора, с использованием обычных дешевых флюсов на осн<г ве СаО. жидком чугуне а 0,001 и о < 0,001. При этом процесс Желательно организовать так, чтобы место (область) преимущественного протекания реакции дефосфорации было отделено от места (области), где условия особенно благоприятны для протекания реакции десульфурации (в том же агрегате). Один из вариантов такой технологии реализован яа практике (1.28). Накопленный опыт показал, что в начальный период вдувания окислительной смеси образуется шлак, состоящий из (СаО), (CaF2), (P2O5) и (SiO2). Пока в чугуне остается кремний, концентрация SiO2 в шлаке не снижается менее 40%; основность, соответственно, невелика (CaO)/(SiO2) < 1,5. После завершения окисления кремния основность возрастает и при (CaO)/(SiO2) * 4 содержание (P2OS) в шлаке начинает приближаться к составу 3(СаО)-Р2О5. Последующее снижение уровня pQ в шлаке обеспечивается изменением состава вдуваемого порошка и отношения O2/N2 в газе носителе. При EFe в поверхностном шлаке не более 3% и (CaO)/(SiO2)s 3 отношение (S)/[s]« 50, что свидетельствует о достаточно хороших условиях для удаления серы. На 1.29 показано типичное изменение состава чугуна в 100-т ковше при использовании данной технологии. В работе [26] со ссылкой на результаты, полученные японскими исследователями, приведены результаты совместного проведения операций десульфурации и дефосфо-рации различными методами (1.30). Совместное проведение операций десипиконизации и дефосфации
|
Решение вопроса выбора рациональной технологии обработки жидкого чугуна в значительной степени зависит от технологии дальнейшего сталеплавильного передела, наличия оборудования и возможностей для внепечной обработки стали. Характерным примером является опыт завода "Oxelosund" фирмы SSAB (Швеция). Завод имеет две доменные печи, восемь чугуновозных ковшей миксерного типа вместимостью по 325 т. оборудованных для продувки чугуна порошками, конвертер комбинированного дутья (LBE-процесс), установки для вне-печной обработки стали (ASEA—SKF) и для вдувания порошков (TN). В чугуновозных ковшах миксерного типа производится продувка чугуна (газ-носитель- азот) смесью СаС2 + СаСО3> при этом содержание серы снижается с 0,05—0,07 до 0,005-0,02 %. При продувке такого низкосернистого чугуна в обычном конвертере верхнего дутья содержание серы не только не уменьшалось, но часто несколько возрастало. После переоборудования конвертера для работы с комбинированной продувкой появилась возможность проводить в конвертере в конце плавки операцию перемешивания ванны при помощи нижнего дутья (так называемое послепродувочное перемешивание). Все это способствовало существенному изменению многих параметров технологии: уменьшилось содержание кремния в чугуне с 0,80 до 0,35 % и соответственно количество шлака в конвертере; вдвое снизились потери железа со шлаком; уменьшился расход извести, повысился срок службы футеровки и т.д. Перемешивание металла с высокоосновным и сравнительно маложелезистым шлаком в конвертере позволило приблизить степень распределения серы между металлом и шлаком к равновесному. В результате при использовании чугуна, содержащего 0,007—0,025 % S, содержание серы в конвертере в конце послепродувочного перемешивания снизилось до 0,0015 %. Для получения в обычной стали 0,010-0,015 % S дальнейшей обработки стали для ее десуль-фурации не требовалось.
Таким образом, в данном случае в результате организации внедоменной обработки чугуна и замены обычной продувки в конвертере комбинированной исклю чена необходимость внепечной обработки стали. Не меньшее влияние на технологию оказал ввод в эксплуатацию установ ки ASEA-SKF и TN. На основе опыта, накопленного в процес се эксплуатации этих установок, оказалось рациональным разделение всех производимых на заводе марок сталей на четыре группы в зависимости от содержания серы и выбора технологии обработки для каждой группы. Для групп марок сталей I, II, III, IV содержание серы в готовой стали должно быть соответственно 0,015-0,030, 0,01-0,015, < 0,007, < 0,004 % и минимальное количество водорода. Для группы I рекомендуется облегченная, для остальных — глубокая десульфурация жидкого чугуна. Десульфурация стали проводится в случае необходимости — для групп I, II; глубокая— для групп Ш, IV. Обработка синтетическим шлаком и вакуумирование проводится только для группы IV. Таким образом, оказалась рациональной оптимизация технологии десульфурации чугуна и стали в зависимости от требуемого содержания серы в стали, условий удаления серы в конвертере (или восстановления ее из шлака) и стоимости обработки. Комплексное решение по организации внепечной обработки чугуна и стали принято на заводах "Thyssen Stahl AG" (ФРГ), где работают девять установок для десульфурации чугуна (вдуванием смеси СаС2 + Mg), девять конвертеров комбинированного дутья типа ТВМ, три установки циркуляционного вакуумирования, установки вакуум-кислородного рафинирования типа VOD и VODC, пять установок TN для десульфурации стали путем инжекции десульфураторов [32]. Особенностью является разработка двухступенчатой технологии десульфурации чугуна: 1)до «0,020% S в ковше миксерного типа; 2) до 0,001 -0,003 % S в заливочных ковшах (1.36). В 1982 г. на заводе "Kimitsu Works, NSC" (Япония) Внедрена ORP-технология. Основной целью разработчиков гехнологии является снижение до минимума потерь железа и затрат энергии при максимальной производительности и максимальном использовании оборудования [33]. Обработка начинается проведением обескремнивания чугуна на желобе при выпуске чугуна из доменной печи введением порошка железной руды в струю чугуна из расчета 45 кг кислорода на 1 т. При этом содержание кремния снижается с 0,5 до 0,15 % при основности шлака 1,5—2,0. В результате обес-кремнивания облегчается проведение операции дефосфорации. Окисление фосфора производится в 290-т передвижном ковше миксерного типа вдуванием порошка (газ-носитель— азот). Продолжительность обработки — 45 мин, продувки — 25 мин. Порошкообразная смесь состоит из 55 % FeO (окалина), 35%СаО, 5% CaF2 и 5% СзС\2. Образующийся при обработке такой смесью высокоосновный шлак обеспечивает также десульфурацию чугуна. Содержание фосфора снижается с 0,12 до 0,015%, серы- с 0,025 до 0,005%. Расход порошка составляет 52 кг/т. Окисление углерода осуществляется в 300-т конвертере с верхним и нижним дутьем (LD—ОВ). При использовании 21кг флюса (40% СаО; 12% MgO; 39 % Fe2O3; 9 % МпО) на 1т стали содержание углерода снижается с 4,67 до 0,05 %. Сталь после выпуска продувают в ковше смесью извести и ферросплавов в струе аргона, а также, при необходимости, вакуумируют. Производимая сталь содержит гарантированно низкое содержание нежелательных примесей [22]. Наряду с ORP-технологией компанией "Nippon Steel Corp." (NSC) широко используется технология, названная SMP (Slag Minimising Process). SMP-процесс используют в основном для получения стали промышленного производства с минимальными затратами на рафинирование путем стабилизации содержания кремния в чугуне на низком уровне (0,2—0,25 %). При этом увеличивается выход годного, снижается расход флюсов в конвертерном цехе (1.37), увеличивается стойкость футеровки, производительность и т.д. Окисление кремния производится в передвижном миксере путем верхней подачи окалины (28 кг/т) в струе газа. Полученный шлак удаляется отсосом при помощи вакуумной системы (VSC). К началу 1985 г. практически на всех заво дах компании использовался тот или иной, метод внепечной обработки [34): 1) Muroran-SMP, ORP; 2)Kimitsu-ORP; 3) N^goya-ORP; 4)Sakai-SMP; 5) Hurohata-SMP; 6) Jawata-SMP, ORP; 7) Oita-ORP. На 1.38 показаны возможные варианты SMP-процесса. Во всех случаях особое внимание уделяется обескремни-ванию чугуна (1.39). Интенсивное обескремнивание, проводимое на качающемся желобе доменной печи (порошками оксидов железа), обеспечивает на следующей стадии эффективную дефосфорацию под высокоосновным шлаком (вдуванием смеси 55-58% FeO; 33-36% СаО; 7-10% CaF2; до 2% СаС1г) и десульфурацию (1.40). Разработчики назвали WOT процесс "новым" сталеплавильным процессом [35]. На 1.41 показана схема производства на заводе "Kakogawa" той же компании [36]: в миксерном ковше окалиной удаляют кремний, затем скачивают шлак и в конвертере аналогичной продувкой (так же, как и на заводе "Kobe") Удаляют фосфор, а серу — вдуванием карбида кальция СаС2 с последующим обезуглероживанием в другом конвертере с комбинированной продувкой. В 1985 г. на заводе "Mizushima Works" (Япония) пущен комплекс ( 1.42) по внепечной обработке чугуна (более ЮОтыст чугуна в месяц). Комплекс состоит [37] из оборудования для десиликонизации чугуна на желобе доменной печи №4 и для десиликонизации, дефосфорации и лесульфу-Рации чугуна в передвижном миксере. Для десиликонизации в Иксерном ковше используется смесь агломерационной пыли 5 ™°) и извести (25 %); для дефосфорации смесь состоит из 54 % агломерационной пыли, 38 % извести, 4 % CaF2 и 4% NajCOj. Для инжекции служат четыре пневмонагнетателя с роторным питателем. Максимальная скорость инжекции 500 кг/мин. Система оборудования включает установку для грануляции шлака производительностью 24 т/ч. Чугун после обработки в передвижном миксере содержит * 0,03 % Si, 0,01-0,03% Р, 0,003-0,02% S. Практически все варианты технологических комплексов получения чистых по фосфору чугунов включают операции одно- или (чаще) двукратного скачивания шлака. Это позволяет гарантированно получать в готовой стали * 0,0015 % Р (при использовании для десульфурации силикокальция) и s 0,0010 % Р (без силикокальция). Комплексы включают также оборудование для извлечения соды из отработанного шлака как с целью экономии, так и для исключения опасности загрязнения среды вредными выделениями. Технология получения, а затем эффективного использования обескремненного чугуна получила название малошлаковой или бесшлаковой технологии (процесса). Бесшлаковый процесс имеет ряд преимуществ: экономия флюсов, уменьшение потерь железа в шлаке и соответствующее увеличение выхода стали, экономия ферросплавов и пр. Имеются сообщения о рентабельности использования в таком процессе марганцевой руды (в конвертере). При малом расходе флюсов "выход" по марЛнцу возрастает примерно вдвое [38]. Использование обескремненного чугуна имеет существенный недостаток: несмотря на некоторое повышение температуры чугуна в процессе обескремнивания и уменьшение потерь тепла на нагрев шлака, избыток тепла, используемый для переработки в конвертере лома, уменьшается. Вместе с тем, если имеются Другие потребители лома (электропечи, Мартеновские печи), ситуация рассматривается в комплексе. При этом следует учитывать возможность получать в конвер-!epHbix цехах сталь, чистую не только от серы и фосфора, но и от примесей цветных металлов. На заводах Японии затраты на производство стали при переходе на бесшлаковый процесс снижаются примерно на 28 % [38]. |
Существенное, а в ряде случаев решающее влияние на протекание процессов внепечной обработки оказывает перемешивание расплава. Применительно к внепечной обработке чугуна основной задачей я гется интенсификация массообменных процессов. В зависимости от способа подвода энергии при перемешивании все методы внепечной обработки можно условно разделить на следующие основные группы: 1) перемешивание металла падающей струей или в потоке в ходе технологических переливов; 2) вибромеханическое перемешивание в результате создания вибраций встряхиванием или вращением емкости; 3) перемешивание металла различного рода механическими мешалками; 4) перемешивание металла под действием электромагнитного поля; 5) барботажное перемешивание металла посредством вдуваемого в него газа (свободный газовый поток); 6)газлифтное перемешивание при совместном движении газо-металлической смеси во внутренней полости агрегата; 7) перемешивание металла пульсирующей затопленной струей (пульсационное перемешивание); 8)акустические колебания, воздействие ультразвуком. В настоящее время при внепечной обработке чугуна используют главным образом механические и пневматические (продувка газами) способами. Авторы работы [39] предлагают следующую классификацию механических способов перемешивания: 1) падающей струей при переливе металла; 2) вибрацией расплава; 3) использованием различных
мешалок (1.43). Перемешивание падающей
струей, которое было и остается
при выпуске металла из Способ внепечной обработки в вибрационных ковшах был предложен авторами работы [40]. После экспериментов на водяной модели была сооружена первая установка для внедо-менной десульфурации чугуна на основе вибрационного ковша вместимостью 3 т. Ковш подвешивали на раме, установленной на трех кривошипах, соединенных с электродвигателем. При вращении кривошипов ковш описывает кругообразные движения вокруг оси, но сам не вращается вокруг нее. Возникающие на поверхности металла в ковше волны обеспечивают хорошее перемешивание его с реагентами: при частоте вращения КОЕ ша 70 мин"1 и эксцентриситете 0,061м за 0,5 ч удавалоа присадкой 2,3 % извести снизить содержание серы в металле с 0,078 до 0,003 %. При использовании карбида кальцщ (0,7—0,8 %) в процессе вибрационного перемешивания уже за 6 мин содержание серы снизилось с 0,14 до 0,01 %. В Япо нчи в 1965 г. функционировало 30 виброковшей, в которых обрабатывали треть всего чугуна, подвергаемого десульфу рации. На заводах фирмы "Kobe Steel Ltd." использовали виброковши, которые имели возможность эксцентрического вращения сначала в одном направлении, затем после резко] остановки— в другом. Металл в центре ковша продолжает вращаться в одном направлении, у стен- в противополож ном. Эффективность перемешивания существенно увеличивает ся. Однако все эти способы перемешивания оказались дороже, чем перемешивание мешалками или продувкой газами.
Газлифтное перемешивание основано на направленной циркуляции металла в специальной камере, снабженной всасывающим и сливным патрубками. Газлифтный эффект основан на том, что кажущаяся плотность газо-жидкостной смеси всегда меньше плотности жидкости, что обеспечивает подъем уровня газо-жидкостной смеси выше уровня жидкости по закону сообщающихся сосудов, поэтому при вдувании газа во всасы вающий патрубок происходит направленная циркуляция метал ла, которая зависит от основности металла в ковше. Наиболее широко газлифтное перемешивание используется при ва куумировании стали RH-методом (циркуляциоинМ вакуулшрование). Наивысшая интенсивность газлифтного ремешивания достигается в зоне всасывающего патрубка Причем удельный расход газа, который можно вдуть таких образом в металл, значительно выше, чем при барботажно* перемешивании. По данным Кнюппеля, скорость металла всасывающем патрубке достигает 5 м/с, что при правильно* выборе места введения реагентов позволяет обеспечивай высокую степень их усвоения [39]. В СССР успешные опыты по внепечной обработке литейнй* чугуна проведены на Донецком металлургическом завоД' (ДонМЗ) [41]. Целью применения пульсационного переметив» ния для получения синтетического литейного чугуна былс1ООкение температуры чугуна на выпуске из доменной печи по необходимой, повышение степени усвоения ферросилиция и уменьшение колебаний химического состава чугуна по высоге ковша. В условиях ДонМЗ установка для обработки чугуна методом пульсационного перемешивания смонтирована на одной из секций установки, предназначенной для внепечного рафинирования чугуна магнием (1.44) [42]. Чугун обрабатывали в чугуновозных ковшах вместимостью 80 т. Внутренний диаметр погружаемой в чугун футерованной трубы равен 0,6 м, глубина погружения- 0,8 м. Частота колебаний давления по внутренней полости трубы составила 0,54 Гц, что близко к собственной частоте колебаний жидкого металла в системе труба — ковш. При давлении газа в трубопроводе 0,39 МПа и расходе 0,08-0,10 м3/с амлитуда колебаний металла внутри трубы достигает 0,6—0,65 м. Если при продувке газом через погружаемую фурму в течение 15 мин степень усвоения ферросилиция равнялась 70—75 %, то при пульсационном перемешивании 93-94 %. В работе [39] представлены результаты опробования на опытно-промышленных установках технологии десульфурацм чугуна магнием, известью, десиликонизации и подогрева чугуна применением циркуляционного газлифта. Опыты показали! перспективность работ в этом направлении. Заманчивым представляется использовать для интенсификации массооб^ менных процессов такой способ, как ультразвуковые колеба^ ния. На 1.45 показаны возможные способы введения] ультразвуковых колебаний в расплав. Обработка ультразвуком пока не получила распространения при организации вне-| печной обработки чугуна. Требует решения также проблема охлаждения металла в| процессе внепечной обработки. На 1.46 приведены данные, характеризующие средние показатели изменения темпер ратуры металла в процессе обработки до разливки, харак терные для двух заводов компании "Kobe Steel Ltd." [43]. Проблема возможности снижения и частичной компенсации па\ терь тепла при организации многостадийных процессов рафи-нирования чугуна перед заливкой полупродукта в конвертер; а также в ходе дальнейшего внепечного рафинирования И разливки остается актуальной. На стадии удаления кремнии в миксерных или обычных чугуновозных ковшах доля теплопо-терь в окружающую среду снижается с увеличением вместимости ковшей, с усилением слоя теплоизоляции, с применением крышек или шлаковых покрытий. При удалении фосфора И серы в агрегате конвертерного типа с основной футеров! возможна некоторая компенсация потерь тепла, благодаря вдуванию кислорода, увеличению доли дожигания СО в отходящих газах и вдуванием порошкообразного углерода. На стадии обезуглероживания в конвертере комбинированного дутья в дополнение к указанным мерам практикуют подогрев лома и введение экзотермических добавок, а в ходе внепечной обработки — дуговой нагрев и подогрев ферросплавов. По данным [43] наиболее существенным резервом снижения потерь тепла на всех стадиях следует считать уровень производительности (ритмичности) процесса. Показано, что при повышении производительности цеха с 80-т агрегатами с 25 До 40 плавок в сутки потери тепла могут быть снижены в три раза. Примечателен опыт завода ISCOR в ЮАР, где работает миксерный агрегат вместимостью 1500 т с индукционным нагревом чугуна. Горизонтальный миксер, имеющий цилиндрическую часть длиной 12 м и диаметром 7,3 м, оборудован Шестью канальными индукторами мощностью по 2500 кВт, размещенными с нижней стороны миксера. Миксер опирается на четыре направляющие через роликовые дорожки, состоящие из *б роликов и имеет два привода мощностью по 30 л.с. Пре- дусмотрены загрузка лома в миксер из совков и скачивание шлака. Рабочий слой футеровки выполнен из высокоглинозе- мистого кирпича с 85 % А12О3. При перегреве чугуна на 200 °С перед заливкой в конвертеры их производительность может быть увеличена на 22 % при том же количестве жидко го чугуна или уменьшен на 18 % его расход с соответствую щим увеличением количества лома. Стоимость стали за счет различия стоимости чугуна и лома снизится при этом на 19 %. Скорость движения чугуна в канале составляет 1 м/с. Повышение доли лома в шихте конвертеров при перегреве жидкого чугуна на 200 °С позволяет повысить выход жидкой стали на 2 %. Достигаемое при этом ускорение образования шлака приводит к снижению выбросов и уменьшению потерь металла на 1 %. Уменьшение расхода флюсов с соответствую щим снижением расхода тепла на плавление шлака позволяет дополнительно увеличить количество лома в шихте на 45 кг/т металла. Перегрев чугуна обеспечивает также сни жение расхода кислорода и постоянство температуры и сос тава чугуна |