УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ В ОБЛАСТИ УПРАВЛЕНИЯ И ЭКОНОМИКИ ПРОЦЕССА ДЕСУЛЬФУРАЦИИ ЧУГУНА НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ЗАВОДЕ В РААХЕ КОМПАНИИ ТАУТАРУУККИ ОИ

В результате проведенных исследовании было показано, что эффективность данного реагента можно повысить путем распыления негашеной извести с добавками известняка и свободного углерода. Распыление негашеной извести увеличивает реакционную поверхность реагента. При вдувании известняка происходит его разложение, и выделяющийся диоксид углерода вызывает эффект перемешивания в жидком металле, что увеличивает эффективность десульфурации. Добавки угля в реагент для связывания выделяющегося в результате реакций кислорода более эффективны с экономической точки зрения, чем использование металлических раскислителей (Al, Mg). Проблем, связанных с вдуванием известковых смесей, можно избежать, если использовать добавки, уменьшающие электростатический заряд смесей.

Начиная с 1992 г., технология десульфурации жидкого металла на металлургическом заводе в Раахе полностью основана на использовании известковых смесей, разработанных на этом заводе. Стоимость десульфурирующей смеси примерно на 71 % меньше стоимости (Са D), а потери жидкого металла были уменьшены на 0,2%. Ресульфурация в жидком металле была уменьшена с 0,004 до < 0,001 %, а стандартное отклонение содержания серы в жидком металле при заливке в конвертер было снижено с 0,004 до 0,002%.

Известковая смесь является удобным, экономичным и безопасным реагентом для десуль-фурации чугуна в открытых ковшах.

Общий обзор производства

На металлургическом заводе в Раахе компании Таутаруукки Ои" чугун производится в двух доменных печах высокого давления объемом 1033 м3. Средняя суточная производительность каждой печи составляет 2800 т, соотвественно 2 млн.т чугуна в год. В цех десульфурации и из него в сталеплавильный цех чугун транспортируется в 100-т открытых ковшах. В таблице представлен химический состав чугуна и шлака при выпуске из доменной печи.

Хшпеспй состав чугуна шлака, % (во массе)

Сталеплавильный цех имеет два 1300-т миксера для промежуточного хранения чугуна и для усреднения химического состава. Про-изводительность цеха составляет примерно 2,15 млн.т стали в год. Чугун перерабатывается в сталь в трех 100-т кислородных конвертерах LD-KG. Около 50% всей производимой стали раскисляется алюминием, 25% — алюминием и кремнием и 25 % составляют микролегированные и специальные стали. Около 10 % выплавляемой стали подвергается продувке для снижения содержания серы или мо-дифицирования неметаллических включений. Состав стали для специального назначения доводится до заданного на участке внепечной обработки.

Всю производимую сталь разливают в слябы на пяти машинах непрерывной разливки. Ежегодно около 1,55 млн.т слябов прокатывают на рулоны и примерно 0,6 млн.т — на листы.

Цех десульфурации чугуна

На металлургическом заводе в Раахе компании Таутаруукки Ои" в 1981г. был пущен в эксплуатацию цех десульфурации чугуна. Цех был спроектирован в СССР на основе технологии пневматической продувки гранулированным магнием с солевым покрытием, разработанной Институтом черной металлургии (г. Днепропетровск). Обслуживающий персонал прошел стажировку в цехе десульфурации металЯщр мческого комбината "Азовсталь".

В начале цех десульфурации включал в себя четыре отдельных участка продувки грану-лированным магнием. В 1982 г. Три участка были оборудованы устройствами для вдувания порошковых реагентов. В это же время управление цехом и технологическими процессами было автоматизировано. Четвертый участок продувки был оборудован такими же устройствами в 1991г.

На завод реагент поступал по Железной дороге или морским путем, а затем транспортировался по пневмопроводу в два бункера для хранения объемом 200 м3 каждый. Бункеры разгружались с помощью осушенного сжатого воздуха или азота. Из бункеров магний поступал в бункеры суточного запаса объемом 5м3 и далее в диспергаторы объемом 0,5м3. Карбид кальция и известковые реагенты по-ступают непосредственно из бункера в дис-пергаторы объемом Зм3.

На каждом участке продувки имеются две фурмы, покрытые обмазкой с высоким содержанием алоксита. Внешний диаметр фурм составляет 420 мм. Для лучшего парообразования нижние концы продувочных фурм для магния имели расширение. В процессе продувки ковши закрывают, чтобы избежать расплескивания металла, а также для направления пыли и выделяющихся газов В' вытяжную систему очистки газов, оборудованную циклонами и фильтрами.

Температуру чугуна измеряют в выпускной летке на разливочном дворе. Для разжижения шлака на поверхность ковша (на разливочном дворе) присаживают соду в количестве 0,6 кг/т чугуна. От каждого ковша на анализ берутся пробы чугуна. Ковши с чугуном взвешиваются на специальном устройстве, расположенном между доменными печами и цехом десульфурации.

Компьютер управления доменным процессом рассчитывает необходимое количество реагента для каждого ковша. При необходимости с пульта центрального управления оператор может изменить количество реагента. После команды начала продувки управление фурмами и скоростью подачи реагента осуществляется автоматически.

Реагенты для десульфурации

Магний. С 1981 по 1987 гг. в качестве реагента для десульфурации в цехе применяли гранулированный магний с солевым покрытием. Солевое покрытие использовалось дляпред-, отвращения окисления магния и для замедления растворения магния при продувке. Солевое покрытие состоит главным образом из хлоридов К, Na и Mg. Содержание магния в реагенте колебалось от 90 до 92%, а размер гранул составлял 2 мм. В качестве носителя использовался осушенный сжатый воздух. Ц поток газа-носителя магний подавался с помощью специальных питателей. При вдувании магния легко достигалось конечное содержание серы [1, 2] (S < 0,015 % для миксера N*1 и <0,0020% для миксера №2) в чугуне перед заливкой в конвертер.

Десульфурирующий шлак, образованный при вдувании магния, имел высокую жидкотекучесть, и поэтому содержание железа в шлаке было очень низким (5—10%). С помощью механического скребка жидкий шлак было тяжело скачивать, поэтому скачивание шлака приводило к большим потерям жидкого металла. Общие потери жидкого йеталла на этапе доменная печь—конвертер при использовании гранулированного магния составляли примерно 19 кг/т чугуна. Приведем основные параметры процесса продувки гранулированным магнием.

В процессе генеральной реконструкции в 1985 и 19861т. отсекающие сифоны шлакоуловителей доменных печей были модернизированы. Количество шлака, попадавшего в ковш с жидким металлом, уменьшилось примерно от 15 до 2—4 кг/т. Вследствие меньшего количества шлака содержание серы в шлаке при продувке магнием возросло до 10—15%. Это привело к очень сильному восстановлению серы в чугун, поскольку перед сливом в миксер высокосернистый шлак было очень трудно удалить достаточно полно. Вследствие ресульфурации содержание серы в жидком металле возросло на 0,01%, считая от конца продувки и перед заливкой в конвертер.

Диамитовая известь CaD. Вследствие возникшего дефицита на магщш в 1982 г. начались попытки использования десульфурирующих агентов на основе карбида кальция. Первые испытания проводили на смеси, содержащей 20% диамитовой извести CaD. Смесь содержала 45—$5 % карбида кальция СаС2. Позднее диамитовую известь заменили на известняк (СаСОз). Однако вследствие больших потерь жидкого металла в это время экономически было невыгодно переходить на использование продувки CaD [1, 2, 5].

Вследствие проблем, возникших с восста-новлением серы в жидком металле из-за уменьшения количества шлака в ковше, в 1987 г. началось использование ?аD как десульфурирующего реагента, которое продолжалось до конца 1991г. Содержание СаС2 составляло в среднем 63 %. Смесь содержала 15% СаО, а дисперсность ЗМкм составляла примерно 70%. Приведем основные параметры процесса продувки CaD:

Образующийся при десульфурации CaD вязкий шлак удаляется достаточно легко. Содержание железа в шлаке было очень высоким (55—60%). Общие потери жидкого металла на этапе доменная печь—конвертер составляли примерно 24 кг/т чугуна. Вследствие ресульфурации содержание серы в жидком металле возрастало на 0,004%, считая от конца продувки и перед заливкой в конвертер. Стан-дартное отклонение содержания серы в жидком металле перед заливкой в конвертер составляло 0,004%. Общие затраты на десульфурацию металла по сравнению с использованием магния были ниже примерно на 9%.

Известь. В 1984 г. были начаты исследования методов десульфурации с использованием негашеной извести (СаО). Основной реакцией десульфурации при вдувании извести является СаО + [S] (CaS) + [О]. (1)

Эффективность десульфурации известью СаО уменьшается при наличии в металле растворенного кислорода. Для повышения эффективности десульфурации содержание кислорода в металле необходимо снижать как можно сильнее [3]. Чугун сам по себе содержит элементы, которые имеют сильное сродство к кислороду, такие как углерод и кремний. В присутствии углерода реакция десульфурации может протекать по следующей схеме: СаО + [S] + С (CaS) + СО(г). (2)

Когда чугун содержит кремний, возможна сле-дующая реакция: 2СаО + [S] + l/2[Si] (CaS) + + l/2(Ca2Si04). (3)

Температура плавления полученного в результате реакции силиката кальция очень высокая (2135 °С). Оболочка из силиката кальция, образующаяся на поверхности частицы извести, препятствует диффузии серы в частицу извести.

В соответствии с теорией эффективность десульфурации с помощью СаО можно повысить введением в реагент элементов, имеющих большое сродство к кислороду, увеличением удельной поверхности реагента, увеличением интенсивности перемешивания при продувке и использованием флюсов для облегчения плавления извести [4].

На металлургическом заводе в Раахе проводили исследования раскисления чугуна перед десульфурацией с использованием алюминия (0,4 кг/т) в ковше при выпуске из доменной печи. Расход извести составлял 7,8кг/т, при этом содержание серы уменьшилось с 0,048 до 0,022 %. В данном случае расход извести был сравнительно высоким, кроме того, требовался достаточно дорогой алюминий [5].

Магний имеет сильное сродство к кислороду. Была предпринята попытка использования магния для улучшения обработкой известью. При такой комбинированной продувке известь и магний из разных бункеров вдували одновременно в чугун через соединительный клапан. Соотношение извести и магния в исходной смеси составляло 10:1. Расход реагентов в данном случае составил 4,8 кг извести и 0,49 кг магния на 1т чугуна, при этом содержание серы в чугуне было уменьшено с 0, 059 до 0,019 %. Однако технико-экономические показатели данного метода были не лучше, чем при обработке CaD [5].

В 1987 г. начались исследования совер-шенствования эффективности десульфурации известью с увеличенной удельной поверхностью. Негашеная известь (30 %) измельчалась до размера приблизительно 32мкм. При пробных продувках было обнаружено, что порошок извести обладает низкой текучестью вследствие электростатического заряда, полученного в процессе измельчения. Угол естественного откоса порошка извести составил 55-64°. Были проведены исследования влияния различных добавок в процессе измельчения на снижение статического заряда.

При использовании добавок угол естественного откоса уменьшился до значений <40° м.

При усилении перемешивания увеличивается время нахождения частиц реагента в жидком металле, что повышает степень усвоения реагента. Была предпринята попытка увеличения эффективности десульфурации порошковой из-вестью путем введение добавок, которые быстро выделяют большое количество газа. Дешевой добавкой такого рода является известняк СаСОэ, который также использовался вместе с карбидом кальция. При высокой температуре известняк разлагается с образованием негашеной извести и диоксида углерода. Реакция разложения известняка протекает по следующей схеме: СаС03-^Са0 + С02. (4)

Соответствующее количество известняка в смеси определяли по силе расплескивания при продувке, а также по весу полученных брызг. Оптимальная степень разбрызгивания была по-лучена при содержании известняка примерно 12% и скорости вдувания 80 кг/мин.

Ранее было показано, что добавка углерода э реагент повышает эффективность десульфурации карбидом кальция и известью [4].

Дальнейшие исследования

Дальнейшие попытки будут направлены на улучшение соотношения затраты — эффективность для процесса десульфурации чугуна таким образом, чтобы сделать возможным использование в доменных печах более дешевого топлива с более высоким содержанием серы. Показатель затраты — эффективность процесса десульфурации может быть улучшен при:

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