Реагенты для внедоменной десульфурации чугуна

На современных металлургических предприятиях обязательным является наличие отделений внедоменной десульфурации чугуна (ОДЧ), которые позволяют решать следующие задачи:

• глубокая десульфурация чугуна для выплавки низкосернистых марок стали;
• устранение периодического повышения содержания серы в чугуне (до 10 – 15% общего его объема), а также последствий нарушений хода доменных печей, промывок и др.;
• десульфурация всего количества выплавленного чугуна при работе доменных печей на шлаках пониженной основности с целью снижения расхода кокса. .

В промышленных масштабах для десульфурации чугуна в разное время широко использовали порошкообразную известь, кальцинированную соду, порошкообразный карбид кальция и магниевые реагенты.

Известь является наиболее дешевым реагентом, который доступен в практически неограниченных количествах.

Основными его недостатками при использовании в качестве десульфурации чугуна являются:

• высокие расходы десульфуратора (до 10 – 15 кг/т чугуна);
• большие потери чугуна со шлаком, который удаляется из ковша после обработки;
• большие потери температуры чугуна.

Кальцинированная сода (Na₂CO₃) также является сравнительно дешевым реагентом. После обработки чугуна содой шлаки имеют малую вязкость, в результате чего потери чугуна с ковшевым шлаком практически полностью отсутствуют.

Основными недостатками применения кальцинированной соды в качестве десульфуратора чугуна являются:

• ограниченная глубина десульфурации металла при подаче соды в ковш под струю чугуна;
• ресульфурация чугуна после обработки вследствие понижения основности ковшевого шлака в результате разрушения футеровки чугуновозных ковшей в шлаковом поясе;
• ухудшение санитарно-гигиенических условий в цехе;
• большие потери температуры чугуна;
• шлаки с высоким содержанием оксида натрия требуют специальных способов переработки.

Карбид кальция (CaC₂) является эффективным десульфуратором чугуна, применение которого позволяет понижать концентрацию серы в металле до 0,005% и менее.

Главными причинами, которые препятствуют широкому использованию карбида кальция в качестве десульфуратора чугуна, являются следующие:

• в странах СНГ порошкообразный карбид кальция в промышленных масштабах не производится;
• дробление карбида кальция на металлургических заводах должно выполняться в инертной атмосфере с использованием оборудования во взрывобезопасном исполнении, чем обусловлена высокая его стоимость;
• интенсивное образование настылей на стенках ковшей и большой объем работ по их очистке;
• ковшевые шлаки после обработки чугуна карбидом кальция требуют специальных способов переработки.

Магний является наиболее дорогостоящим из применяемых промышленностью десульфураторов. Применение магния позволяет понижать содержание серы в чугуне до 0,002 – 0,005%. При этом расходы десульфуратора минимальны. Пыль и ковшевые шлаки не требуют специальных способов очистки и переработки.

Главным недостатком десульфурации чугуна магнием является необходимость значительного недолива подаваемых на обработку чугуновозных ковшей.

В результате исследований, проведенных Институтом черной металлургии МЧМ СССР в 1980 – 1985 г.г., показано, что при учете сопутствующих затрат при глубокой десульфурации чугуна наименьшие затраты имеют место при использовании магния. При этом затраты, связанные с десульфурацией чугуна, увеличивается в следующей последовательности: магний > карбид кальция > кальцинированная сода > порошкообразная известь.

По этой причине в последние 10 – 15 лет в мире строятся, главным образом, отделения внедоменной десульфурации чугуна магнием или смесями Mg + CaO, Mg + CaC₂, Mg + CaO + CaC₂. На металлургических предприятиях Украины магний является единственным реагентом, который используется для десульфурации чугуна в промышленных масштабах.

Основные требования к организации процесса десульфурации чугуна магнием обусловлены особенностями физических свойств этого реагента, важнейшие из которых приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Физические свойства магния и железа

Из таблицы видно, что плотность магния значительно меньше плотности чугуна и шлака, в связи с чем необходимо принудительное погружение магния в обрабатываемый металл.

Температуры плавления и кипения магния значительно ниже температур внепечной десульфурации чугуна. Поэтому введенный в металл магний плавится и испаряется. При температурах внепечной обработки чугуна испарение 1 кг магния сопровождается образованием около 5,5 нм³ пара. По этой причине для безопасной обработки необходима рассредоточенная во времени подача диспергированного магния в металл. При обработке чугуна слитковым магнием необходимы мероприятия по ограничению скорости его испарения. При скорости ввода магния 6 – 8 кг/мин подаваемые под обработку 100 – 140-т чугуновозные ковши должны быть наполнены не более чем на 70 – 75% номинальной вместимости.

Ввиду значительного различия атомных радиусов магния и железа растворимость магния в железе и чугуне очень мала. Пар магния практически не растворяется в металле и удаляется из расплава в виде пузырей, у поверхности которых протекают химические реакции между магнием и примесями чугуна. Поэтому эффективная обработка чугуна магнием возможна только при вводе его в расплав на максимально возможную глубину (300 – 400 мм от дна ковша).

Для предотвращения ресульфурации чугуна после обработки из ковша необходимо в кратчайшее время удалить высокосернистый шлак.