Спосіб дефосфорації і десульфурації чавуну

1. Спосіб дефосфорації і десульфурації чавуну, що включає позапічну обробку чавуну флюсом, який містить солі натрію - сульфат і карбонат натрію, який відрізняється тим, що флюс вводять у рідкий чавун у вигляді сплаву цих солей. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення вмісту карбонату і сульфату натрію у флюсі складає 1:4-4:1. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що частину флюсу вводять шляхом вдування в масу чавуну за допомогою фурми занурення. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що флюс одержують шляхом спалювання відходів виробництва капролактаму й адипінових кислот у вуглеводневій атмосфері. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сплавляють флюс безпосередньо перед введенням його у рідкий метал. Винахід відноситься до галузі чорної металургії, зокрема, до позапічної обробки чавуну, і може бути використаним переважно при дефосфорації і десульфурації передільного чавуну. При виплавці чавуну із шихти, яка містить сірку і фосфор, їхній зміст у готовому чавуні найчастіше перевищує припустимі норми. Одним зі способів доведення чавуну до потрібної кондиції є позапічна обробка - десульфурація і дефосфорація, які дозволяють знизити зміст небажаних домішок до необхідних значень. Позапічна обробка рідкої ванни здійснюється спеціальними реагентами - флюсами. Відомий спосіб дефосфорації і десульфурації чавуну, що полягає в обробці розплаву содовмісним флюсом. Як флюс використовують суміш карбонату натрію і кисневмісного матеріалу (прокатна окалина і т.п.). [1. Дефосфорація розплавленого чавуну. (Ниппон Кокан к.к.). Заявка 57-98617. МПК IЗ21С1/02, Японія, заявлено 11.12.80, Р.ж. Металургія, 6В140П, 1983]. Істотним недоліком способу є висока вартість обробки, обумовлена використанням дорогих чистих матеріалів (карбонат натрію), а також підвищеною витратою реагенту, обумовленою віднесенням у газову фазу пилоподібної фракції. Крім того, при використанні способу спостерігається значне (до 100°С) зниження температури чавуну в процесі обробки, за рахунок великої кількості заліза, яке міститься в окислювачі, що приводить надалі до підвищення витрат чавуну на виплавку сталі і, отже, до підвищення собівартості готової сталі. За прототип прийнято спосіб дефосфорації і десульфурації чавуну, що полягає в обробці розплаву флюсом, який складається із суміші рівних часток карбонату натрію і сульфату натрію, що використовуються у виді порошків. [2. Inoue R., Suito, H. "Dephosphorization of Molten Iron by Sodium Carbonate and Sodium Sulphate" // "Research Article" Transactions ISIJ, 1981, Vol.21, №8, p.545-553]. (19) UA (11) 66219 (13) (21) 2003087830 (22) 19.08.2003 (24) 15.11.2006 (46) 15.11.2006, Бюл. № 11, 2006 р. (72) Шевченко Анатолій Пилипович, Вергун Олександр Сергійович, Большаков Вадим Іванович, Приходько Едуард Васильйович, Двоскін Борис Вульфович, Александров Віктор Олександрович, Шевченко Віктор Миколайович, Башмаков Олександр Михайлович, Баранник Іван Андрійович (73) ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ ІМ.З.І.НЕКРАСОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU, 1624041, A1, 30.01.1991 SU, 272332, 03.06.1970 GB, 738399, 12.10.1955 GB, 1192510, 20.05.1970 JP, 57098617, A, 18.06.1982 Реферативный журнал Металлургия. - ВИНИТИ. 1983. №6. - 6В140П. - С. 20 Кудрин В. А. Внепечная обработка чугуна и стали. - М.: Металлургия, 1992. - С.36 - 51 C2 1 3 66219 4 Використання такого способу дозволяє здійслять безпосередньо перед введенням компонентів нювати обробку чавуну зі ступенем дефосфорації у рідкий метал. рівним 98% при витраті флюсу 9% від ваги обробОтже, спосіб, що заявляється, відповідає крилюваного металу. терію «новизна». Основний недолік такого способу - висока варПорівняння з іншими технічними рішеннями в тість позапічної обробки чавуну, викликана велиданій галузі техніки не дозволило виявити в них кою витратою дорогого реагенту (флюсу). У рамознаки, що відрізняють спосіб, що заявляється, від ках даного способу неможливо знизити витрати прототипу. флюсу, тому що значні втрати карбонату і сульфаОтже, технічне рішення, що заявляється, відту натрію обумовлені їхнім випаром у результаті повідає критерію «винахідницький рівень». термічної дисоціації при нагріванні в момент влуСутність способу, що заявляється, полягає в чення на поверхню рідкого чавуну і виносом дрібтому, що, при спалюванні вихідних матеріалів (рідних часток флюсу (використовувані компоненти ких відходів виробництва капролактаму й адипінофлюсу являють собою порошки) конвекційними вих кислот) у циклонних топках у вуглеводневій потоками з активної зони. атмосфері виходить зола такого складу: Крім того, підвищена кількість компонентів карбонат натрію (Na2СО3) 20-80%; флюсу, які виносяться потоками газу, негативно сульфат натрію (Na3SO4) 80-20%; впливає на навколишнє середовище. хлорид натрію (NaCl) 5-6%; В основу винаходу поставлена задача: знизиїдкий натр (NaOH) до 1,5%, ти вартість позапічної обробки (дефосфорації і високий зміст сульфату і карбонату натрію в десульфураціі) чавуну за допомогою використання якій і обумовило її використання як реагенту. в якості флюсу більш дешевого матеріалу - і сплаЗола являє собою тверду кристалічну речовивлених відходів, що містять сульфат і карбонат ну у виді плоских часток товщиною 5-6мм і розмінатрію. рами 30 50мм, які перед використанням подрібТехнічний результат, що досягається при винюють до фракції 1-3мм, наприклад з користанні винаходу - зниження витрат реагенту використанням грануляції. за рахунок обмеження випару компонентів флюсу і Сульфат натрію Na2SO4, що міститься в золі, є зменшення виносу флюсу в атмосферу за рахунок активним окислювачем, у 1см3 міститься 1,2гр. використання його у виді сплаву сульфату і карбоактивного кисню, тобто стільки ж, скільки в рідкому нату натрію, тобто у виді компактних часток (накисні при мінус 195°С [3. Oelsen W, Entphosphoring приклад, гранул). und Entshwefalung kohlenstoffreicher Крім того, знижується забруднення навколишEisenschmelzen unter Gewinnung нього середовища продуктами випару флюсу і Phosphorsaureriche, wasserlöslicher schlachen // частками, що виносяться з зони обробки конвекArch. Eisenhutt., 1965, 36, №12, p.861-871], a відсуційними потоками. тність в окислювачі баластового заліза (FeO, Рішення поставленої задачі досягається тим, Fe2C3) не супроводжує процес дефосфорації істощо в запропонованому способі позапічну обробку тним зниженням температури. рідкого чавуну роблять флюсом, що містить солі При контакті флюсу з розплавленим чавуном натрію - сульфат натрію і карбонат натрію, який відбувається його плавлення, часткова дисоціація вводять у чавун у виді сплаву цих солей. Флюс і взаємодія компонентів флюсу з домішками чавуодержують шляхом спалювання відходів виробнину. Сульфат натрію ефективно окислює фосфор, цтва капролактаму й адипінових кислот у вуглевощо міститься в чавуні, до п'ятиокису Р2О5. Цe з'єддневій атмосфері. нання нестійке, і фосфор з нього може бути легко Для підвищення ефекту, що досягається при відновлений вуглецем чавуну. Для запобігання використанні винаходу, флюс складають таким цього явища до складу флюсу включено карбонат чином, щоб співвідношення змісту карбонату і сунатрію, що як активний флюсоутворюючий матерільфату натрію у флюсі складало 1:4-4:1. ал, зв'язує п'ятиокис Р2О5 у стійкий комплекс Для підвищення ефекту, що досягається при фосфорнокислий натрій Na3P2O8, який переходить використанні винаходу частину флюсу вводять у шлак. шляхом вдмухування в масу рідкого чавуну за доКрім того, карбонат натрію (Nа2СО3) зв'язує помогою фурми занурення. наявну в чавуні сірку в стійкий сульфід натрію. Для підвищення ефекту, що досягається при При обробці рідкого чавуну матеріал, запроповикористанні винаходу, сплавлення флюсу робнований у цій заявці в якості флюсу (зола), поволять безпосередньо перед введенням компонентів диться трохи інакше, чим механічна суміш порошу рідкий метал. коподібних карбонату і сульфату натрію, який Порівняння способу, що заявляється, із прототакож переходить у шлак. типом показує наступні відмінності: Відомо, що швидкість випару компонентів чи - флюс вводять у рідкий метал у виді сплаву з'єднання суміші залежить від активності компоненатрієвих солей, нтів. Зі зниженням активності компонентів швид- співвідношення змісту карбонату натрію і сукість їхнього випару зменшується. Компоненти льфату натрію у флюсі складає 1:4-4:1, механічної суміші мають активності рівні одиниці, а - Частину флюсу вводять шляхом вдмухуванв компонентів сплавленого матеріалу значення ня в масу чавуну за допомогою фурми занурення, активностей менше одиниці, тому в Na-вмістовних - флюс одержують спалюванням відходів висолей, що знаходяться в сплавленому стані втрати робництва капролактаму й адипінових кислот у на випар менше, ступінь використання реагенту вуглеводневій атмосфері, сплавлення флюсу робвище, а значить і питома витрата реагенту нижче. 5 66219 6 Використання флюсу у виді сплаву натрієвих нювали за даними хімічного аналізу проб чавуну, солей зменшує кількість речовини, що виноситься відібраних до і після обробки. Ефективність виков атмосферу в процесі обробки, що сприяє зниристання реагенту оцінювали величиною питомої женню забруднення навколишнього середовища. масової витрати реагенту на домішку, що видаляБільш високу ефективність запропонованого ється, (показник кг/кг). способу установили порівнянням результатів, Для порівняння були розраховані величини отриманих при його використанні, з описаними в показника β для експериментів, описаних у протопрототипі. типі. (Табл.1) Для цього було проведено експериментальне Отримані за результатами експериментальних дослідження рафінувальної здатності флюсу на обробок величини S і P дозволяють кількісно гарячих моделях з використанням лабораторної оцінити ефективність процесу видалення сірки і печі-опору за методикою, описаною в прототипі [2]. фосфору шляхом розрахунку витрат реагенту на Вага оброблюваного металу складає 300г. Вага видалення 1кг домішки (кг/кг) і є базою для порівприсадженого флюсу - 28г. Відношення у флюсі няння з показниками ефективності технології, що змісту карбонату натрію до змісту сульфату натрію заявляється. змінювали від 4,7:1 до 1:5,02. Про зміну в результаті обробки змісту в чавуні сірки і фосфору оціТаблиця 1 Величини S і P розраховані за результатами експериментальних обробок чавуну сумішшю Nа2СО3 і Na2SO4 № п/п 1. 2. 3. Рафінувальний флюс 2Na2CO3+Na2SO4 Na2CO3+Na2SO4 Na2CO3+2Na2SO4 Кількість видалених Фосфору Сірки % кг/т % 0,195 1,95 0,041 0,196 1,96 0,039 0,198 1,98 0,043 Перевага запропонованого способу (мінімальна питома витрата реагенту на видалення сірки і Питома витрата реагенту на видалення, кг/кг фосфору, P сірки, S 4,77 22,68 4,74 23,85 4,7 21,63 кг/т 0,41 0,39 0,43 фосфору S і P) ілюструється результатами, приведеними в Табл.2. Таблиця 2 Результати експериментальних обробок чавуну сталеплавильним флюсом, який містить сульфат і карбонат натрію (піч Таммана, маса оброблюваного чавуну 300г) Питомі Вміст компоне- Співвідношення масові ви№ нтів у флюсі, % Na2CO3/Na2SO4 трати флюп/п у флюсі су на оброкг бку, /т Na2CO3 Na2SO4 1. 70,0 15,0 4,7:1,0 9,3 2. 65,0 20,0 3,25:1,0 9,3 3. 43,0 43,0 1,0:1,0 9,3 4. 35,0 50,0 1,0:1,42 9,3 5. 17,0 68,0 1,0:4,0 9,3 6. 15,4 69,0 1,0:4,5 9,3 7. 14,1 70,8 1,0:5,02 9,3 Вміст у чавуні, % Сірки вих. 0,051 0,050 0,048 0,051 0,052 0,051 0,052 кінечн. 0,006 0,005 0,005 0,006 0,007 0,016 0,023 У результаті обробки чавуну сплавленим сульфатом і карбонатом натрію зі співвідношенням компонентів у межах 1:4-4:1 (експерименти №2-5) досягається максимальна ефективність використання реагенту, тобто мінімальна його витрата на видалення сірки ( S=18,97-21,63кг/кг) і фосфору ( P=4,3-4,42кг/кг). При обробці чавуну сумішшю сульфату і карбонату натрію (Табл.1) витрата реагенту на видалення сірки і фосфору ( S і P) трохи вище і складає відповідно 21,63-23,85кг/кг і 4,74,77кг/кг, що свідчить про меншу ефективність використання реагенту в результаті його більш високого ступеня випару. У результаті обробки чавуну сплавленими карбонатом і сульфатом натрію зі співвідношенням 4,7:1,0 (Експеримент 1) витрати реагенту на вида Фосфору вих. 0,215 0,214 0,213 0,219 0,220 0,220 0,218 кінечн. 0,026 0,004 0,003 0,003 0,007 0,009 0,009 Кількість видалених Сірки % 0,045 0,045 0,043 0,049 0,045 0,035 0,029 кг /кг 0,45 0,45 0,43 0,49 0,45 0,35 0,29 Фосфору % 1,189 0,210 0,210 0,216 0,213 0,211 0,209 кг /кг 1,89 2,10 2,10 2,16 2,13 2,11 2,09 Питомі витрати реагенту на видалення кг домішок, /кг S Ρ 20,80 4,90 20,66 4,42 21,63 4,42 18,97 4,30 20,80 4,35 26,00 4,40 32,10 4,44 лення фосфору P більш високі (4,9кг/кг), що свідчить про недолік сульфату натрію на окислювання фосфору (ступінь десульфурації чавуну при цьому досить висока). У результаті обробки чавуну сплавленими карбонатом і сульфатом натрію зі співвідношенням компонентів 1:4,5 і 1:5,02 спостерігається досить ефективний процес дефосфорації ( P=4,4-4,44кг/кг), однак процес десульфурації в цьому випадку утруднений, про що свідчать високі показники кг S=26-32 /кг. Сплавлений матеріал у меншому ступені випаровується при контакті з рідким металом і в меншому ступені виноситься з зони обробки конвекційними потоками. У такий спосіб досягається той ефект, що велика частина флюсу втягується в 7 66219 8 процес обробки і витрата компонентів флюсу знимістить 0,5% Si, 0,1% Μn , 0,050% S та 0,220% Ρ, жується. дали «під струмінь» кусковий сплавлений сульфат Зазначене співвідношення компонентів сплаві карбонат натрію з питомою масовою витратою леного флюсу забезпечує оптимальне співвідно15кг/т чавуну. У процесі наповнення ковша протяшення процесів дефосфорації і десульфурації при гом 3 хвилин відбувалося інтенсивне плавлення обробці чавуну за рахунок того, що рафінувальний суміші й ефективна взаємодія кремнію чавуну з шлак, що утвориться, володіє як досить високою киснем флюсу, у результаті чого зміст кремнію в окисною здатністю, так і високою сульфатною і чавуні було знижено до 0,11%. Шлак, що утворивфосфатною ємністю. ся в процесі знекремнювання, було скачано з поПодання частини флюсу на поверхню металу, верхні чавуну, після чого ківш із чавуном був а частини - в масу рідкого металу за допомогою спрямований на дефосфорацію і десульфурацію. заглибної фурми забезпечує ефективну обробку Для цього з бункера-дозатора в ківш на поверхню металу за рахунок підвищення ступеня викорисчавуну було видано 340кг (50% від необхідного) тання флюсу в результаті асиміляції часток, що сплавленого кускового сульфату і карбонату навиносяться з продувної реакційної зони покривним трію для формування на поверхні металу покрившлаком, що знаходиться на поверхні. ного рафінувального шлаку. Іншу кількість флюсу Сплавлення компонентів флюсу безпосеред(340кг) у виді близьких до сферичної форми часток ньо в процесі його введення в рідкий чавун забезрозміром 1-3мм було введено протягом 16 хвилин печує одержання необхідного матеріалу безпосев масу чавуну за допомогою фурми занурення редньо перед взаємодією компонентів реагенту з инжектуванням з інтенсивністю 22кг/хв. У резульдомішками чавуну. У цій ситуації відпадає необтаті такої обробки був отриманий чавун, що місхідність у додатковій операції -здрібнюванні. тить 0,01%Р і 0,005%S. При цьому були досягнуті Технічне рішення, що заявляється, реалізовупоказники S=20,2кг/кг і P=4,33кг/кг. вали в такий спосіб: Таким чином, використання способу дефосОскільки дефосфорація і десульфурація чавуфорації і десульфурації чавуну, що заявляється, ну Na-вмістовними флюсами ефективно відбувадозволяє вирішити задачу зниження вартості поється при змісті кремнію в чавуні на рівні 0,1% і запічної обробки чавуну і одержати технічний ременш, передільний чавун перед дефосфорацією і зультат, що полягає в зниженні витрат флюсу і десульфураціею був підданий попередньому знекзменшенні шкідливих викидів. ремнюванню. Для цього в ківш у процесі його наповнення передільним чавуном у кількості 75т, що Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601