Спосіб ківшового рафінування чавуну

Реферат: Спосіб ківшового рафінування чавуну, який включає одночасне вдування через дві занурені фурми газових струменів, що несуть у порошкоподібному стані суміші на основі вапна та магнію, крім того, здійснюють попереднє розкислення чавуну при наповненні заливального ковша присадкою чушкового алюмінію з витратою 0,10-0,18 кг/т чавуну із подальшим вдуванням вглиб розплаву через одну занурену фурму порошкоподібного доломітизованого вапна з 3 витратою 0,16-0,27 кг/(т·хвил.) чавуну при питомій витраті кисню 0,25-0,60 м /(т·хвил.) та азоту 3 0,040-0,070 м /(т·хвил.) при вдуванні через другу занурену фурму вглиб розплаву у потоці азоту 3 з питомою витратою 0,020-0,025 м /(т·хвил.) порошкоподібної суміші диспергованого магнію із доломітизованим вапном з витратою 0,040-0,060 кг/(т·хвил.) та 0,15-0,19 кг/(т·хвил.) відповідно, при одночасному подаванні вглиб розплаву трайб-апаратом алюмінієвої катанки з витратою 0,40-0,80 кг/т чавуну. UA 79003 U (54) СПОСІБ КІВШОВОГО РАФІНУВАННЯ ЧАВУНУ UA 79003 U UA 79003 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до чорної мет алургії, зокрема до способів попереднього ківшового рафінування чавуну перед киснево-конвертерною плавкою. Відомий спосіб ківшового рафінування переробного чавуну перед сталеплавильним переділом, яким передбачається постадійне вдування через занурену вглиб розплаву фурму порошкоподібних сумішей реагентів на основі вапна 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 вказаного способу рафінування чавуну можна віднести: складність організації та багатостадійність операцій, суттєве спінювання кислого шлаку під час знекремнювання, обов'язкове скачування шлаку перед десульфурацією, значні втрати чавуну (10-23 кг/т чавуну) зі шлаками, що скачують після рафінування, та зниження температури чавуну на 100-150 °C. Відомий також спосіб попереднього рафінування чавуну у ковші [Патент України № 6699, С21 С1/02, 2005 p.], згідно з яким рафінування чавуну з метою видалення кремнію та сірки здійснюють вдуванням вглиб розплаву через занурену багатосоплову фурму типу "труба в трубі" порошкоподібної суміші доломитизованого вапна та алюмінію (у співвідношенні 9:1) 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 СаО-SіО2-Аl2О3), які під час спливання у межах вторинної реакційної зони до поверхні ванни забезпечують процес десульфурації розплаву. Вадою даного способу є необхідність використання дорогих порошкоподібного алюмінію у складі рафінуючої суміші та природного газу для створення кільцевої захисної оболонки навколо киснево-порошкового струменя, що зменшує економічну ефективність операції. Зміна складу рафінуючої суміші внаслідок розшарування вапна та алюмінію у процесі транспортування та зберігання ускладнює отримання стабільних показників рафінування. Крім того, вдування порошкоподібного алюмінію у потоці кисню викликає необхідність забезпечення підвищених заходів протипожежної безпеки та використання спеціальних складних конструкцій заглибних фурм. Недостатня рідкорухомість покривного шлаку зменшує ступінь засвоєння вапна, що вдувається в розплав. Відомий також спосіб попереднього рафінування чавуну у ковші [Echelmeier A. Influence of the Hot Metal Temperature on the Desulfurization Process with Calcium Carbide and Magnesium // The International Desulphurization Seminar, 21 October, Hilton Hotel, Prague, Czech Repablic, 1999. - P. 103-124], згідно з яким вдування порошкоподібної суміші на основі карбіду кальцію та магнію у відповідному співвідношенні здійснюють через заглибну фурму з подвійним каналом або одночасно через дві заглибні фурми, які пов'язані із двома незалежно працюючими коінжекційними системами подавання реагентів. Відомий також, вибраний як прототип, спосіб попереднього ківшевого рафінування чавуну [Освоение технологии производства сталей с использованием установки десульфурации чугуна в условиях конвертерного производства ОАО "Северсталь" / А.А. Степанов, A.M. Ламухин, С.Д. Зинченко и др. // VIII Международный симпозиум по десульфурации чугуна и стали, 20-24 сентября, Нижний Тагил, Россия, 2004. - С. 83-87] у якому з метою скорочення циклу обробки вдування вглиб розплаву порошкоподібних сумішей на основі вапна та магнію у співвідношенні 3:1 в потоці нейтрального газу здійснюють одночасно через дві заглибні фурми за методом коінжекції. До основних недоліків вказаних способів можна віднести: рафінування чавуну виключно по сірці, недостатньо високий ступінь засвоєння реагентів, утворення значної кількості шлаку, обмеженість використання у ковшах невеликого розміру, недостатню стабільність процесу рафінування. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу попереднього рафінування чавуну у заливальному ковші шляхом одночасного вдування через дві занурені фурми сумішей реагентів на основі порошкоподібного вапна та диспергованого магнію у визначених режимах та витратах, що призведе до зменшення тривалості операції та питомих витрат реагентів, забезпечить обробку розплаву із одночасним видаленням кремнію та сірки з чавуну, суттєвою компенсацією втрат тепла на засвоєння реагентів. Поставлена задача вирішується тим, що за способом ківшового рафінування чавуну, який включає одночасне вдування через дві занурені фурми газових струменів, що несуть у порошкоподібному стані суміші на основі вапна та магнію, згідно з корисною моделлю, здійснюють попереднє розкислення чавуну при наповненні заливального ковша присадкою чушкового алюмінію з витратою 0,10-0,18 кг/т чавуну із подальшим вдуванням вглиб розплаву 1 UA 79003 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 через одну занурену фурму порошкоподібного доломітизованого вапна з витратою 0,16-0,27 3 кг/(т·хвил.) чавуну при питомій витраті кисню 0,25-0,60 м /(т·хвил.) та азоту 0,040-0,070 3 м /(т·хвил.) при вдуванні через другу занурену фурму вглиб розплаву у потоці азоту з питомою 3 витратою 0,020-0,025 м /(т·хвил.) порошкоподібної суміші диспергованого магнію із доломітизованим вапном з витратою 0,040-0,060 кг/(т·хвил.) та 0,15-0,19 кг/(т·хвил.) відповідно, при одночасному подаванні вглиб розплаву трайб-апаратом алюмінієвої катанки з витратою 0,40-0,80 кг/т чавуну. Внаслідок реакцій окислення попередньо розчиненого у розплаві та уведеного по ходу рафінування алюмінію при вдуванні через одну занурену фурму кисневих струменів, що несуть порошкоподібне доломітизоване вапно (СаО=82,0 %, MgO=12,5 %) у захисній оболонці азоту у визначених 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-SiO2-MgO-Al2O3 із пониженим вмістом оксидів заліза (FeO=0,3-0,5 %), зниженою температурою плавлення та в'язкістю, при збільшеній сульфідній ємності крапель шлаку. Компенсація теплових втрат на реакцію десульфурації забезпечується за рахунок тепла екзотермічних реакцій окислення попередньо розчиненого та додатково введеного по ходу рафінування алюмінію та кремнію чавуну. Вдування через другу занурену фурму азотних струменів, що несуть суміш диспергованого магнію із доломітизованим вапном у зазначених пропорціях, забезпечує формування у розплаві відокремленої реакційної зони переважного видалення сірки з чавуну. У разі витрат чушкового алюмінію менше 0,10 кг/т чавуну ускладнюється формування на початковій стадії рафінування необхідного складу десульфуруючого шлаку із належними фізико-хімічними властивостями у вторинній реакційній зоні, що погіршує показники операції. При витратах чушкового алюмінію більш ніж 0,18 кг/т чавуну погіршуються рафінувальні властивості крапель синтетичного шлаку та знижується ступінь десульфурації. Введення алюмінієвої катанки у кількості менш ніж 0,40 кг/т чавуну не забезпечує формування крапель рафінуючого шлаку належного складу у межах вторинної реакційної зони та знижує показники десульфурації чавуну. Витрата алюмінієвої катанки у кількості більш ніж 0,80 кг/т чавуну призводить до зменшення десульфуруючої здатності крапель рафінуючого шлаку та погіршення показників рафінування. При питомій витраті доломітизованого вапна через одну фурму менше 0,16 кг/(т·хвил.) зменшується степінь десульфурації чавуну, при перевищенні питомих витрат вапна більш ніж 0,27 кг/(т·хвил.) погіршується засвоєння вапна розплавом, можливе накопичення на поверхні розплаву шару, сформованого у вторинній реакційній зоні шлаку із підвищеною часткою незасвоєного вапна, що знижує показники рафінування та підвищує собівартість операції. 3 При питомій витраті кисню для вдування вапна через одну фурму менш ніж 0,25 м /(т·хвил.) не забезпечується зменшення концентрації кремнію в чавуні до належного рівня за визначений 3 час обробки, при питомій витраті кисню більш ніж 0,60 м /(т·хвил.) можливий розвиток бурхливого характеру обробки зі спінюванням шлаку, що викликає необхідність зниження рівня наповнення ковшів розплавом та погіршує ефективність операції. При витраті азоту на створення захисної оболонки кисневого струменя менш ніж 0,040 3 м /(т·хвил.) можливий розвиток процесу розгорання сопел фурми, а при перевищенні витрат 3 азоту більше 0,070 м /(т·хвил.) можливі ускладнення у використанні крапель синтетичного шлаку для видалення сірки з розплаву у межах відокремленої реакційної зони. При витраті диспергованого магнію у складі порошкоподібної суміші менш ніж 0,040 кг/(т·хвил.) не забезпечується належний ступінь десульфурації у відокремленій реакційній зоні ковша. При перевищенні витрати диспергованого магнію у складі порошкоподібної суміші більше 0,060 кг/(т·хвил.) частина магнію не засвоюється розплавом та виходить у вигляді парів, що догорають над поверхнею ванни. Зменшення витрат доломітизованого вапна, що вдувають у складі суміші через другу занурену фурму, менш ніж 0,15 кг/(т·хвил.) не забезпечує необхідну степінь десульфурації чавуну у відокремленій реакційній зоні. Перевищення витрат вапна у складі суміші більш ніж 0,19 кг/(т·хвил.) призводить до утворення підвищеної кількості малорухомого шлаку на поверхні ванни із погіршенням умов рафінування. При питомих витратах азоту для вдування через другу занурену фурму суміші диспергованого магнію з доломітизованим вапном менш ніж 0,020 м /(т·хвил.) погіршуються умови утворення відокремленої реакційної зони десульфурації, при перевищенні питомих 3 витрат азоту більше 0,025 м /(т·хвил.) знижується степінь засвоєння реагентів та можливе їх винесення у потоці газів, що відходять з ковшу. 2 UA 79003 U 5 10 15 20 25 30 Невиконання кожної з вказаних вимог негативно позначається на показниках процесу ківшового рафінування чавуну. Використання запропонованого способу дозволяє підвищити ефективність попереднього ківшового рафінування чавуну з початковим вмістом кремнію (0,60-0,90 %) та сірки (0,0400,060 %) та отримати перед заливанням у конвертер оптимальний за хімічним складом чавун ([Si]=0,25-0,30 %, [S]=0,004-0,009 %) з підвищеною на 25-30 °C температурою. Приклад. Відпрацювання запропонованого способу ківшового рафінування чавуну з метою одночасного видалення кремнію та сірки із використанням двох занурених фурм проводили у кварцитовому тиглі 160-кг індукційної лабораторної печі. Обробці піддавали чавун наступного складу, %: 3,92-4,39 С, 0,08-0,19 Мn, 0,82-1,08 Si, 0,042-0,063 S, 0,041-0,056 Р, з початковою температурою 1320-1360 °C. Перед початком вдування порошкоподібних реагентів проводили присадку чушкового алюмінію у розплав (питома витрата алюмінію складала 0,08-0,30 кг/т чавуну). У подальшому, по ходу рафінування вглиб розплаву розосереджено присаджували алюміній із витратою 0,20-0,90 кг/т чавуну. Вдування у розплав чавуну (вага плавки 100 кг) порошкоподібного доломітизованого вапна (фракція менше 0,015 мм) із витратою в межах 0,10-0,45 кг/(т·хвил.) у киснево-азотних струменях при тиску 0,4-0,5 МПа через одну двосоплову занурену фурму типу "труба у трубі" здійснювали при інтенсивності подачі кисню по центральній трубі та азоту через кільцеву 3 3 щілину у межах 0,15-0,65 м /(т·хвил.) та 0,015-0,095 м /(т·хвил.) відповідно. Для обробки чавуну використовували порошкоподібне доломітизоване вапно складу: 82,0 % СаО; 12,57 % MgO; 1,04 % SiO2; 0,01 % S; 4,38 % пп. п. Для вдування порошкоподібної суміші диспергованого магнію (МГП - 99 фракції 0,67-1,0 мм) із доломітизованим вапном (фракція менше 0,015 мм) з витратою 0,040-0,060 кг/(т·хвил.) та 3 0,15-0,19 кг/(т·хвил.) відповідно у потоці азоту (0,010-0,050 м /(т·хвил.)) використовували другу занурену фурму з двома розташованими у лінію під кутом 45° до вертикалі циліндровими соплами Ø4,5 мм. Хімічний склад кінцевого покривного шлаку, у залежності від варіанту обробки чавуну змінювався за вмістом компонентів у межах: 32,14-45,91 % SiO2, 29,78-39,16 % СаО, 12,1113,14 % Аl2О3, 2,16-3,92 % MgO, 0,14-0,17 % МnО, 0,28-0,47 % FeO, 0,24-0,38 % Fe2O3, 1,922,31 % S. Тривалість обробки складала 14-16 хв. Результати обробки чавуну по запропонованому способу наведено у таблиці. Таблиця Результати рафінування чавуну по запропонованому способу № варіанту Вміст у чавуні до/після обробки, % Питомі витрати Алюмінію магнію, вапна, кисню/азоту, 3 кг/т чавуну кг/(т·хвил.) кг/(т·хвил.) м /(т·хвил.) Ступінь рафінування чавуну, % [S] [Si] ΔS ΔSi 1 0,42 0,48 0,27 0,44/0,08 0,052 0,021 0,84 0,26 59,6 69,0 2 1,10 0,38 0,42 0,42/0,06 0,044 0,008 0,90 0,23 81,8 74,4 3 0,96 0,46 0,38 0,16/0,04 0,049 0,013 0,86 0,30 73,4 65,1 4 1,16 0,52 0,64 0,56/0,09 0,054 0,007 0,92 0,24 87,0 73,9 5 1,07 0,54 0,58 0,61/0,10 0,048 0,006 87,5 75,6 6 1,24 0,47 0,54 0,21/0,05 0,058 0,009 0,82 0,20 0,94 0,28 84,5 70,2 3 UA 79003 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб ківшового рафінування чавуну, який включає одночасне вдування через дві занурені фурми газових струменів, що несуть у порошкоподібному стані суміші на основі вапна та магнію, який відрізняється тим, що здійснюють попереднє розкислення чавуну при наповненні заливального ковша присадкою чушкового алюмінію з витратою 0,10-0,18 кг/т чавуну із подальшим вдуванням вглиб розплаву через одну занурену фурму порошкоподібного доломітизованого вапна з витратою 0,16-0,27 кг/(т·хвил.) чавуну при питомій витраті кисню 0,253 3 0,60 м /(т·хвил.) та азоту 0,040-0,070 м /(т·хвил.) при вдуванні через другу занурену фурму 3 вглиб розплаву у потоці азоту з питомою витратою 0,020-0,025 м /(т·хвил.) порошкоподібної суміші диспергованого магнію із доломітизованим вапном з витратою 0,040-0,060 кг/(т·хвил.) та 0,15-0,19 кг/(т·хвил.) відповідно, при одночасному подаванні вглиб розплаву трайб-апаратом алюмінієвої катанки з витратою 0,40-0,80 кг/т чавуну. 15 Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 4