НЕКОТОРЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПАРЕНИЯ МЫШЬЯКА, СЕРЫ И ФОСФОРА ИЗ ЧУГУНА ПРИ ЕГО ВАКУУМИРОВАНИИ

Бендич А.В., Приазовский государственный технический университет
Руководитель – д.т.н., профессор кафедры МС Харлашин П.С.

Создание новых высокопроизводительных процессов качественной металлургии требует всемерного развития металлургической науки.

Немаловажное значение имеет вакуумная обработка жидкого чугуна как эффективное средство облагораживания этого металла, что влияет на повышение качества получаемой из него стали и на снижение себестоимости его передела.

Цель данной работы – изучить кинетику процесса удаления примесей из чугуна в вакууме.

На специальной установке были проведены экспериментальные исследования, которые дали возможность выявить некоторые кинетические особенности испарения As, S и P из чугуна при его вакуумировании. Исследования по выявлению зависимости степени их извлечения проводились по разным направлениям.

1. Влияние длительности вакуумирования и давления

Выплавили слитки массой кг 5,0 одинакового химического состава из передельного фосфористого чугуна. Каждый слиток в корундовом тигле помещали в нагревательное устройство установки и подвергали вакуумированию, изменяя длительность выдержки от 6*10² до с 3,6*10³(с интервалом с 6,0*10² c) при температуре 1380 +,- 30^oC, близкой к температуре чугуна на выпуске его из доменной печи. Вакуумирование образцов производили при трёх различных режимах давления:I 6,7*10^-2...1,3*10^-1 Па; II 1,3...19,9 Па ; III 1,3*10²...2,7*10² Па.

После завершения эксперимента образцы извлекали из тигля и подвергали химическому анализу на содержание мышьяка, серы и фосфора. Согласно полученным данным, наиболее интенсивное испарение всех трёх примесей чугуна происходит при первом режиме вакуумирования (давление 6,7*10^-2...1,3*10^-1 Па). В этом случае за первые с 1,2*10³ с процесса степень извлечения мышьяка достигает % 20, а серы – % 40.

2. Влияние диффузии чугуна в пограничном слое жидкий чугун – вакуум

Согласно экспериментальным данным было установлено, что удаление мышьяка из чугуна при его вакуумировании лимитируется диффузией его в пограничном слое жидкий чугун – вакуум. Это подтверждается малой энергией активации процесса удаления мышьяка из чугуна.

Энергия активации невелика (менее кДж/моль 150). Следовательно, процесс испарения мышьяка в опытных условиях лимитируется диффузионной стадией.

3. Увеличение поверхности раздела фаз расплав – вакуумная среда

Экспериментально было доказано, что как скорость удаления вредных примесей, так и степень их извлечения из чугуна при его вакуумировании (использовали давление (1,3...2,7)*10² Па) могут быть доведены до экономически целесообразного уровня за счёт соответствующего увеличения поверхности раздела фаз расплав – вакуумная среда при достаточной длительности их взаимодействия.

Рисунок – Изменение степени извлечения примесей (As, S и P) чугуна при различных режимах вакуумирования: а – 0,067...0,013 Па; б – 1,3...19,9 Па; в – 130...270 Па

Используя исследовательские данные по удалению As и S из чугуна при его вакуумировании, в промышленных условиях получат эффективный результат. Прежде всего, при выпуске чугуна из доменной печи в установку для вакуумирования должна быть увеличенная высота падения струи жидкого чугуна; быстрое создание рабочего давления (1,3*10² Па) в вакуумной системе перед поступлением в неё чугуна; продолжительность вакуумирования струи в течение всего времени выпуска чугуна из доменной печи должна составлять в среднем (1,8...2,1)*10³ c.

Были также проведены исследования на промышленной установке, которая включала в себе все выше перечисленные особенности.

В указанных условиях достигли значительного снижения содержания As и S без нарушения технологического потока на линии «домна – сталеплавильный цех», а P удалялся незначительно. В экспериментах проведенных на такой установке в опытно-промышленном варианте, степень извлечения As и S составила соответственно 25-30 и 55-60 %.