ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ ПЕРЕДЕЛЬНОГО ЧУГУНА В КОВШЕ МАГНИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ

В последние годы получили развитие самые различные способы десульфурации, в которых используются разные реагенты. В табл. X приведены данные об использовании этих де сульфураторов при обработке жидкого чугуна [1—3]. Анализ данных табл. 1 показывает, что десульфураторы, содержащие магний, обладают несомненными преимуществами, что обусловило их широкое применение в последнее время, особенно за рубежом.

Наряду с традиционными методами ввода магнийсодержащих реагентов — вдувание их в струе инертного газа в объем металла— все большее количество заводов внедряет перспективный метод ввода реагентов в мэталл в виде порошковой проволоки — стальная оболочка с порошковым наполнителем.

Таким образом, в настоящее время в металлургии используются два конкурентных способа десульфурации чугуна: продувка жидкого чугуна в ковше порошком магния в струе инертного газа через фурмы различных конструкций; ввод в ковш магнийсодержащих реагентов в порошковой проволоке при помощи трайбаппаратов.

У технологов вызывает опасение, что высокая стоимость порошковой проволоки превысит экономический эффект, несмотря на низкие капитальные затраты при внедрении этой технологии. Трудность сравнения экономичес кЬй эффективности продувочного и проволочного вариантов технологий заключается в. том, что эти способы используются на разных заводах различных стран с трудносопоставимыми стоимостными и ценовыми уровнями. Косвенное представление об экономической стороне этих технологий можно получить, сравнивая эффективность применения этих двух способов при обработке стали силикокаль цием, используя данные фирмы "Elkem" (Швеция) [8], где в одном и том же цехе мощностью 900 тыс.т стали в год применяют оба метода (табл. 3).

Таким образом, технология обработки металла порошковой проволокой имеет не только высокие технические показатели, но и экономически конкурентоспособна с технологиями продувки чугуна порошками в струе инертного газа.

При температуре жидкого чугуна (1250—1450 °С) давление насыщенного пара магния составляет 3000—11000 кПа. Ферро статическое давление даже самых глубоких ковшей значительно меньше этих значений, поэтому в жидком чугуне магний полностью испаряется и взаимодействие его с серой протекает на границе раздела газ—жидкость по следующей схеме [9].

Пузырек магния, поднимаясь в объеме металла, адсорбирует на себе ’ растворенную се ру, образуя твердые сульфиды магния, которые, срываясь с пузырька, остаются в объеме металла. Магний также обладает относительно высокой растворимостью в чугуне, приблизительно подчиняясь закону Генри: [Mg] = Яр, где [Mg] — равновесная концентрация магния в чугуне, % (по массе); Я — Постоянная Генри (при ~ 1250 °С Я« 0,0071 %/кПа); р — фактическое давление пара магния в пузырьке, кПа.

Таким образом, при ферростатическом давлении ~ 100 кПа в чугуне может равновесно раствориться до 0,7% Mg. Однако на практике остаточное содержание магния не превышает 0,004 %, т.е. отсутствует равновесие. Тем не менее растворение магния в чугуне имеет место, как и взаимодействие его в объеме металла с серой с образованием MgS. По данным [10] таким образом из чугуна ухо

Поэтому для наиболее полного удаления серы необходимо, чтобы пузырек магния прошел максимально длинный путь в объеме металла, т.е. от днища ковша до поверхности. Наиболее удобным технологическим приемом для достижения этой цели является ввод в металл магния в порошковой проволоке. При этом необходимо, чтобы момент начала взаимодействия магния, содержащегося в проволоке, с чугуном совпадал с моментом ее касания с днищем.

Авторами настоящей работы были проведены исследования по кинетике растворения магнийсодержащей порошковой проволоки в жидком чугуне. Эксперименты проводились на индукционной печи вместимостью 150 кг. Испытаниям подвергалась однозамковая проволока различного диаметра, различного состава с разной толщиной оболочки (рис. 1). Временем растворения проволоки считался промежуток между погружением проволоки в металл и началом пироэффекта.

В результате опытов не было установлено влияния состава проволоки на скорость ее растворения. Наибольшее влияние оказывали температура чугуна, толщина оболочки и диаметр проволоки. Следует отметить, что проволока большего диаметра растворялась быстрее.

На Магнитогорском металлургическом комбинате при участии германской фирмы "Odermath Stahlwerkstechnik GmbH" была проведена серия экспериментов по десульфурации чугуна порошковой проволокой с магнием в заливочном ковше. Испытания проводились в отделении перелива чугуна кислородноконвертерного цеха.

Десульфурацию проводили в 350т заливочном ковше, куда заливали до 300 т передельного чугуна, содержащего, %: С 4,34,7; Si 0,40,7; Мп 0,100,15; S 0,0170,028. Температура чугуна составляла 1350—1430 °С. При переливе чугуна из миксеровоза в заливочный ковш отсечку шлака не проводили. В некоторых опытах в ковш перед заливкой чугуна загружали 1—2 т молотой извести. После десульфурации немедленно скачивали шлак.

Для десульфурации использовали порошковую проволоку "Trimtec" диаметром 9 мм с толщиной оболочки 0,4 мм, содержащую 78% гранулированного машия и 22% молотого карбида кальция. Плотность заполнения проволоки составляла 55 г магния на погонный метр. Проволоку в ковш вводили одноручьевым трайбаппаратом Trimmaster 12181". Проволока и трайбаппарат были изготовлены фирмой "Odermath".

Было изучено влияние скорости ввода проволоки в металл на степень десульфурации чугуна S, определяемую из уравнения: & ~ ($нач ^кон)/^нач ’ 100.

Средний расход магния составлял ~ 0,5 кг/т, температура чугуна 1375— 1415 °С. Из данных рис. 2 видно, что максимум десульфурации наблюдается при скорости ~ 130 м/мин. Нетрудно рассчитать, используя кинетические кривые рис. 1, что при этой скорости проволока диаметром 9 мм, толщиной оболочки 0,4 мм при температуре чугуна ~ 1400 °С начинает взаимодействовать с металлом на глубине ~6м. Учитывая, что глубина ванны в ковше ~ 4 м, следует сделать вывод, что проволока отражается от днища и растворяется на глубине 2—3 метра, т.е. десульфурация не должна быть максимальной. Однако, принимая во внимание, что эксперименты по определению скорости растворения проволоки проводились в индукционной печи с малоподвижной ванной, а в ковше проволока движется в турбулентной среде, повидимому, скорость растворения ее в ковше на 25—30% выше. Т.е. для практических расчетов величины времени растворения порошковой проволоки в чугуне, определенные из данных рис. 1, следует умножать на коэффициент 0,75.

При оптимальной скорости ввода 130м/мин было обработано несколько ковшей чугуна. Расход магния составлял 0,3—0,6 кг/т чугуна, время ввода проволоки 15—23 мин. Результаты экспериментов представлены на рис. 3, на котором для сопоставления приведены данные по десульфурации чугуна, полученные фирмой "Odermath" на заводе "Sollac" (Франция) [7], где аналогичной порошковой проволокой обрабатывался передельный чугун в 200т заливочном ковше.

Анализ данных, приведенных на рис. 2, свидетельствует о том, что степень десульфурации на двух заводах сопоставима, хотя в ковше большей емкости она несколько ниже. При расходе магния ^0,4 кг/т чугуна можно стабильно добиваться 50—70 %го снижения содержания серы в чугуне.

Таким образом, получены положительные результаты использования современной технологии для десульфурации чугуна в ковшах большой вместимости. Небольшое количество опытных данных не позволяет авторам проводить прямые сравнения с действующими технологиями десульфурации чугуна, но несомненно, что технология десульфурации чугуна порошковой проволокой с магнийсодержащими реагентами имеет реальную перспективу. Простота, удобство в эксплуатации, точность дозировки реагента, возможность компьютерного обеспечения позволяют надеяться, что эта технология займет достойное место на заводах России.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994