Спосіб ківшового рафінування чавуну

Реферат: Спосіб ківшового рафінування чавуну включає введення у розплав алюмінію і вдування через багатосоплову занурену фурму кисневих струменів у кільцевій оболонці захисного газу, розкислення чавуну при наповненні заливального ковша присадкою чушкового алюмінію. UA 76749 U (54) СПОСІБ КІВШОВОГО РАФІНУВАННЯ ЧАВУНУ UA 76749 U UA 76749 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до чорної металургії, зокрема до способів ківшового рафінування переробного чавуну по кремнію та сірці перед киснево-конвертерною плавкою. Відомі способи ківшового рафінування чавуну перед конвертерною плавкою [Внедоменная обработка чугуна за рубежом // Ин-т "Черметинформация". М., 1986. - Вып. 2.-32 с.], якими передбачається проведення роздільних послідовних операцій з видалення кремнію на жолобі доменної печі та подальшою десульфурацією та дефосфорацією знекремненого чавуну у ковші. Відомий також спосіб ківшового рафінування переробного чавуну, яким передбачається постадійне вдування через занурену вглиб розплаву фурму порошкоподібних сумішей реагентів на основі СаО у потоці окислювального та нейтрального газів з метою видалення відповідно кремнію та сірки [Инжекционная металлургия' 86: Труды конференции. - М.: Металлургия, 1990. - С. 44-54]. До основних недоліків вказаних способів рафінування можна віднести: складність організації та багатостадійність операцій, суттєве спінювання кислого шлаку під час знекремнювання, обов'язкове скачування шлаку перед десульфурацією та дефосфорацією, значні втрати чавуну (10-23 кг/т чавуну) зі шлаками, що скачують після рафінування, та зниження температури чавуну на 100-150 °C. Найближчим аналогом є спосіб попереднього рафінування чавуну [Патент України № 6699, С2101/02, 2005р.], згідно з яким рафінування чавуну здійснюють вдуванням вглиб розплаву через занурену багатосоплову фурму типу "труба в трубі" порошкоподібної суміші доломітизованого вапна та алюмінію (у співвідношенні 90:10) у потоці кисневих струменів із захисною оболонкою природного газу. Вказаний спосіб забезпечує знекремнювання розплаву чавуну в межах первинної реакційної зони взаємодії газопорошкових струменів з розплавом зі створенням крапель синтетичного шлаку (системи CaO-SiO2-Al2O3), які під час спливання у межах вторинної реакційної зони до поверхні ванни забезпечують процес десульфурації розплаву із частковою компенсацією втрат тепла чавуну під час рафінування. Вадами даного способу є використання коштовних порошкоподібного алюмінію у складі рафінуючої суміші та природного газу для створення кільцевої захисної оболонки навколо киснево-порошкових струменів, що зменшує економічну ефективність операції. Використання природного газу призводить до охолодження розплаву у зонах його конверсії та зниження економічного ефекту операції. Зміна складу рафінуючої суміші внаслідок розшарування вапна та алюмінію у процесі транспортування та зберігання ускладнює отримання стабільних показників рафінування. Вдування порошкоподібного алюмінію у потоці кисню обумовлює необхідність забезпечення підвищених заходів протипожежної безпеки та ускладнення конструкції заглибної фурми. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу ківшового рафінування чавуну шляхом його попереднього розкислення присадкою чушкового алюмінію з наступним вдуванням порошкоподібного доломітизованого вапна та введенням алюмінієвої катанки у визначених режимах, використання газоподібного азоту, що призведе до підвищення температури чавуну перед конвертерною плавкою і стабілізації його хімічного складу. Поставлена задача вирішується тим, що за способом ківшового рафінування чавуну, який включає введення у розплав алюмінію і вдування через багатосоплову занурену фурму кисневих струменів у кільцевій оболонці захисного газу, що несуть у порошкоподібному стані доломітизоване вапно, згідно з корисною моделлю, здійснюють попереднє розкислення чавуну при наповненні заливального ковша присадкою чушкового алюмінію з витратою 0,25-0,45 кг/т чавуну, а подальше вдування вглиб розплаву через багатосоплову занурену фурму порошкоподібного доломітизованого вапна з витратою 4,0-9,0 кг/т чавуну при питомій витраті 3 3 кисню 0,20-0,45 м /(т·хвил) та захисного азоту 0,015-0,045 м /(т·хвил) здійснюють при одночасному подаванні вглиб розплаву трайб-апаратом алюмінієвої катанки з витратою 0,250,90 кг/т чавуну. Використання запропонованого способу дозволяє підвищити ефективність попереднього рафінування переробного чавуну з початковим вмістом кремнію (0,70-0,95 %) та сірки (0,0400,060 %) та отримати перед заливанням у конвертер оптимальний за хімічним складом чавун ([Si]=0,20-0,35 %, [S]=0,005-0,010 %) з підвищеною на 25-40 °C температурою. Внаслідок реакцій окислення розчиненого у розплаві алюмінію при глибинному вдуванні кисневих струменів, що несуть порошкоподібне доломітизоване вапно (СаО=82,0 %, MgO=12,5 %) у зазначених пропорціях та витратах забезпечується окислення кремнію у первинній реакційній зоні взаємодії струменів із розплавом та формування в межах вторинної реакційної зони спливаючих до поверхні ванни крапель синтетичного шлаку системи СаО-SiO2MgO-Al2O3 (основність CaO/SiO2=1,15-l, 30; MgO=7,0-10,0 %, А12О3=7,0-10,0 %) із пониженим 1 UA 76749 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 вмістом оксидів заліза (FeO=0,3-0,5 %), зниженою температурою плавлення та в'язкістю при збільшеній сульфідній ємності. Суттєва компенсація теплових втрат на засвоєння вапна та десульфурацію забезпечується теплом екзотермічних реакцій окислення кремнію чавуну та розчиненого і введеного у вигляді катанки алюмінію. Використання азоту як захисної оболонки дозволяє запобігти передчасному виходу сопел фурми з ладу під впливом високих температур у первинній реакційній зоні. Більш низький, у порівнянні із природним газом, охолоджуючий ефект захисного азоту забезпечує підвищення ступеня компенсації втрат тепла чавуну на проведення рафінування. Крім того, використання азоту забезпечує покращення перемішування та видалення продуктів реакції у шлакову фазу. Це підвищує техніко-економічну ефективність рафінування переробного чавуну у заливальному ковші з початковим вмістом кремнію (0,700,95 %) та сірки (0,040-0,060 %) з випереджаючим розвитком реакції десульфурації у порівнянні із знекремнюванням та отримати перед заливанням у конвертер оптимальний за хімічним складом чавун ([Si]=0,20-0,35 %, [S]=0,005-0,010 %) з підвищеною на 25-40 °C температурою. Подальша переробка такого чавуну у кисневому конвертері не супроводжується ускладненнями у шлакоутворенні, десульфурацією та дефосфорацією розплаву, розвитком заметалювання обладнання. У разі витрат чушкового алюмінію менше 0,25 кг/т чавуну ускладнюється формування необхідного складу синтетичного шлаку із належними фізико-хімічними властивостями, збільшується витрата більш коштовної алюмінієвої катанки, що погіршує показники процесу. При витратах чушкового алюмінію більш ніж 0,45 кг/т чавуну відбувається накопичення у шлаку оксидів алюмінію із погіршенням рафінуючих властивостей останнього та погіршенням показників обробки. При питомій витраті порошкоподібного доломітизованого вапна менше 4,0 кг/т чавуну знижується ступінь десульфурації чавуну, при перевищенні питомої витрати вапна більш ніж 9,0 кг/т чавуну - накопичення на поверхні розплаву синтетичного шлаку, який містить значну кількість незасвоєного вапна, що також знижує показники рафінування. 3 Питома витрата кисню нижче 0,20 м /(т·хвил) не дозволяє досягти зменшення концентрації кремнію в чавуні до необхідного рівня за визначений час обробки, при питомій витраті кисню 3 більш ніж 0,45 м /(т·хвил) процес обробки чавуну приймає бурхливий характер із втратами розплаву, що викликає необхідність зниження рівня наповнення ковшів чавуном. 3 При витратах азоту менш ніж 0,015 м /(т·хвил) можливий розвиток прискореного спалювання сопел фурми, при перевищенні витрат азоту більш ніж 0,045 м /(т·хвил) ускладнення у формуванні крапель синтетичного шлаку та розвитку процесу десульфурації чавуну. При витраті алюмінієвої катанки менш ніж 0,25 кг/т чавуну ускладнюється процес формування крапель синтетичного десульфуруючого шлаку належного хімічного складу, витрата алюмінієвої катанки більш ніж 0,9 кг/т чавуну погіршує фізичні властивості синтетичного шлаку та показники десульфурації. Невиконання кожної з цих вимог негативно позначається на процесі рафінування переробного чавуну по кремнію та сірці та ускладнює у подальшому проведення кисневоконвертерного процесу із отриманням заданої марки сталі. Приклад. Рафінування розплаву чавуну проводили у 160кг кварцитовому тиглі по запропонованому способу. Обробці піддавали чавун наступного складу, %: 3,95-4,38С, 0,08-0,18Мn, 0,81-0,98Si, 0,043-0,060S, 0,040-0,056P, з початковою температурою 1320-1360 °C. Питома витрата чушкового алюмінію складала 0,3-2,0 кг/т чавуну, витрата порошкоподібного доломітизованого вапна - від 2,0 до 12,0 кг/т чавуну. Для обробки чавуну використовували доломітизоване вапно складу: 82,0 % СаО; 12,57 % MgO; 1,04 % SiO2; 0,01 % S; 4,38 % пп. п. Тривалість обробки складала 12-16 хв. Результати обробки чавуну наведено у таблиці. 2 UA 76749 U Таблиця Результати рафінування чавуну по запропонованому способу Вміст у Ступінь чавуні раХімічний склад шлаку, % до/після фінування обробки, чавуну, % % Питомі витрати № Номер варі- плаалюміні- порошанту вки чушкового євої ка- коподіб- кисню/ алюмінію, танки ного азоту Cao Sio2 MgO FeO Al2O3 S кг/т 3 кг/т вапна, м /(т·хвил) чавуну чавуну кг/(т·хвил) 1 6 0,22 0,26 0,30 2 8 0,15 0,98 0,40 3 11 0,45 0,56 0,15 4 14 0,36 0,84 0,50 5 15 0,31 0,76 0,40 6 17 0,42 0,79 0,30 7 20 0,32 0,89 0,65 8 21 0,45 1,10 0,40 [S] [Si] ΔS 0,056 0,86 64,3 0,020 0,25 0,043 0.92 0,4/0,036 43,8 33,5 8,2 0,52 13,9 1,12 76,1 0,006 0,18 0,048 0,87 0,30/0,024 38,3 42,2 8,1 0,50 10,1 0,71 70,8 0,014 0,31 0,055 0,98 0,50/0,045 45,0 33,5 7,3 0,41 12,6 1,16 87,3 0,007 0,25 0,051 0,80 0,40/0,040 44,6 36,4 6,8 0,38 10,5 1,26 88,2 0,006 0,19 0.06 0,81 0,25/0,015 42,9 35,7 7,4 0,45 12,4 1,20 82,6 0,011 0,24 0,054 0,85 0,20/0,012 52,1 24,4 10,2 0,42 11,6 1,23 53,7 0,025 0,34 0,048 0,96 0,40/0,040 44,3 29,4 6,9 0,30 18,1 1,40 67,4 0,014 0,28 0,30/0,030 53,6 29,6 7,9 0,80 7,1 0,92 ΔSi 70,9 70,4 64,4 74,5 76,3 68,1 60,2 69,3 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб ківшового рафінування чавуну, який включає введення у розплав алюмінію і вдування через багатосоплову занурену фурму кисневих струменів у кільцевій оболонці захисного газу, що несуть у порошкоподібному стані доломітизоване вапно, який відрізняється тим, що здійснюють попереднє розкислення чавуну при наповненні заливального ковша присадкою чушкового алюмінію з витратою 0,25-0,45 кг/т чавуну, а подальше вдування вглиб розплаву через багатосоплову занурену фурму порошкоподібного доломітизованого вапна з витратою 3 4,0-9,0 кг/т чавуну при питомій витраті кисню 0,20-0,45 м /(т·хвил) та захисного азоту 0,015-0,045 3 м /(т·хвил) здійснюють при одночасному подаванні вглиб розплаву трайб-апаратом алюмінієвої катанки з витратою 0,25-0,90 кг/т чавуну. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3