» » Применение кусковой сортированной извести
15.01.2015

Этот вариант в технологическом отношении является наиболее простым.
Роmреу-процесс. Подобная технология впервые была применена во Франции на заводе «Ротреу». На шлак предыдущей плавки заливают чугун, содержащий 1,7-1,9 % Р, 0,4-0,5 % Mn, 0,4-0,5 % Si. Для предотвращения возможных выбросов перед заливкой чугуна на шлак дают 20-25 % извести от общего ее расхода. Во время продувки фурму периодически поднимают для ускорения формирования шлака. Плавку ведут в два периода. К концу первого периода шлак содержит 20-25 % Р2О5, 10-12 % FeO и 40 - 45% CaO. К этому моменту в шлак успевает перейти до 80 % фосфора, содержащегося в чугуне; в металле остается 0,8-1,2 % С и 0,15-0,2 % Р.
Полученный таким образом маложелезистый высокофосфористый шлак скачивают, после чего в конвертер загружают лом (или руду) и известь небольшими порциями и продолжают продувку. К концу операции получают сталь требуемой марки с низким содержанием фосфора и шлак, состоящий в основном из FeO (25-30%) и CaO, и содержащий мало фосфора. Этот шлак оставляют для следующей плавки. Процесс имеет меньшую производительность, чем при переделе обычных чугунов, что связано, прежде всего, с потерями времени на промежуточное скачивание шлака.
Технология КарМК. На Карагандинском металлургическом комбинате (ныне «Миттал Стил Темиртау») апробирована в широких масштабах и осуществлена технология выплавки стали из чугуна, содержащего 0,8-1,1 % P и 0,7-1,0 % Si с использованием кусковой извести в конвертерах емкостью 300 т. На шлак предыдущей плавки присаживали 4-6 т доломита или извести для его загущения. После завалки 85-100 т металлического лома загружается известь (20-40% от общего ее расхода) и заливается чугун в количестве 240 - 250 т.
Продувка производится с расходом кислорода 800-1000 м /мин. Через 15-16 минут продувки при содержании углерода в металле 0,3 - 0,8% и температуре 1540-1580°С скачивают шлак, в котором содержится 6-10% P2O5 и 8-12% FeO. Второй период продувки продолжается 5-6 минут. Металл, выпускаемый из конвертера, содержит 0,04 - 0,09% С и 0,010-0,020% Р. Конечный шлак имел основность 3 - 4 и содержал 5 - 7% P2O5 и 18-25% FeO. Расход кислорода на первый период продувки составлял 14 тыс. м и более (70 -80% от общего расхода на плавку).
Особенностью переработки фосфористых чугунов является то, что цех использовал три типа извести: шахтную (ШП), известь, получаемую во вращающихся печах (ВП) и в печи кипящего слоя (КС), химический и фракционный состав которых приведен в таблицах 3.1-3.3.
В первоначальном варианте технология передела фосфористых чугунов не предусматривала раздельную подачу извести в зависимости от способа ее производства; весь материал подавался в конвертер в общем потоке.
Учитывая значительные различия физико-химических свойств извести разных типов, интерес представляет сравнительная оценка рафинирующей способности этого материала в зависимости от способа его получения.
Влияние типа извести на технологические показатели плавки.
Первостепенное значение при переделе фосфористых чугунов приобретают вопросы, связанные с удалением фосфора. Окисление фосфора можно считать надежным критерием удовлетворительного шлакообразования, поскольку никаких других путей, кроме окисления его закисью железа и связывания в прочные фосфаты, не существует.
Влияние закиси железа на коэффициент распределения фосфора для плавок с использованием извести разных способов получения представлено на рис. 4.1. Необходимо отметить, что окисленность конечных шлаков колеблется в широких пределах (18-34%).
Применение кусковой сортированной извести

Анализ данных рис. 4.1 свидетельствует о том, что наилучшие условия дефосфорации достигаются в случае использования извести печей кипящего слоя. При одинаковых содержаниях закиси железа в шлаке величина Lр для данного типа извести заметно превалирует по сравнению с известью шахтных и вращающихся печей.
Влияние основности шлака на коэффициент распределения фосфора общеизвестно. В то же время оценка этого показателя в зависимости от типа используемой извести представляет практический интерес.
Экспериментальные данные зависимости коэффициента распределения фосфора от основности шлака представлены на рис. 4.2. Данные рисунка позволяют сделать следующие выводы:
1. С увеличением основности шлака коэффициент распределения фосфора возрастает для всех типов извести.
2. Данная зависимость для извести печей кипящего слоя носит прямолинейный характер в диапазоне исследуемых величин. Для извести двух других типов эта зависимость представлена параболами.
3. С увеличением основности (более 3-3,5) прирост величины Lp для извести шахтных печей незначителен.
4. Для данной основности шлака наилучшим показателем Lp характеризуются плавки, проведенные с использованием мягкообожженной извести, причем с увеличением основности шлака разница в значениях коэффициента распределения для разных типов извести возрастает.
Применение кусковой сортированной извести

Необходимо отметить, что содержание окиси кальция на опытных плавках колебалось в следующих пределах: для извести печей кипящего слоя - 86-88 %, вращающихся печей - 87-90 %, шахтных печей - 84 - 88%. В то же время не было выявлено значимой связи между содержанием CaO в извести и коэффициентом распределения фосфора, что подтверждает данные о том, что в скоротечном кислородно-конвертерном процессе превалирующее значение приобретают такие показатели извести, как ее реакционная способность и суммарная поверхность.
Несомненно, что малореакционная известь шахтных печей из-за малой длительности продувки не всегда успевает прореагировать в шлаковом расплаве.
Определенный практический интерес представляют данные, представленные на рис. 4.3. Анализ результатов опытных плавок позволяет сделать следующие выводы:
1. Коэффициент распределения фосфора увеличивается с уменьшением содержания углерода в продутом металле, причем наихудший его показатель во всем диапазоне концентраций углерода характерен для случаев использования извести шахтных печей.
2. При одинаковых концентрациях углерода после окончания продувки коэффициент распределения фосфора выше для плавок, проведенных с использованием мягкообожженной извести, т.е. только применение извести высокой реакционной способности делает возможным заканчивать продувку для углеродистых марок сталей типа Ст3, Ст10 и т.д. на «своем» углероде.
Остановка продувки на заданном углероде может заметно улучшить технико-экономические показатели процесса: уменьшается расход кислорода и извести, увеличивается производительность агрегатов, возрастает выход жидкого, исключается или заметно сокращается расход углеродсодержащих материалов для науглероживания металла.
В то же время в случае использования твердообожженной извести даже значительный передув плавок не всегда обеспечивает требуемой степени дефосфорации. Так, даже при содержании углерода после окончания продувки 0,04% остаточные концентрации фосфора могут быть значительными. Малореакционная известь шахтных печей не успевает раствориться в шлаковом расплаве.
Применение кусковой сортированной извести

В условиях передела фосфористых чугунов при продувке металла до низких концентраций углерода проблема десульфурации не представляет особых трудностей, в то же время использование активной извести мягкого обжига и в данном вопросе выглядит предпочтительнее (рис. 4.4).
Применение кусковой сортированной извести

Анализ данных рисунка показывает, что остаточное содержание серы в продутом металле меньше в случае применения мягкообожженной извести. Лучшее использование серопоглотительной способности шлака при использовании мягкообожженной извести, по-видимому, связано с большей ее чистотой по содержанию серы. Среднее содержание серы в твердообожженной извести шахтных печей составляет 0,063%, в то время как для продукта вращающихся печей этот показатель равен 0,033%, а для мягкообожженной извести КС он имеет наименьшую величину 0,025%. При выплавке малоуглеродистых сталей степень десульфурации всегда выше. Расчеты показывают, что даже при использовании твердообожженной извести шахтных печей она составляет более 30%. Однако в случае остановки продувки на повышенном содержании углерода (более 0,1%) низкие концентрации серы в металле могут быть гарантированы только при использовании высокореакционной извести мягкого обжига.
Данные плавок, проведенных с раздельной подачей извести в конвертер, подтверждают незавершенность процесса шлакообразования в случае использования извести шахтных печей, время растворения которой, как показали лабораторные исследования, соизмеримо с длительностью второго периода продувки. Следовательно, поздний ввод этого материала в ванну конвертера снижает жидкоподвижность шлака и не всегда обеспечивает требуемую степень дефосфорации и десульфурации.
Влияние режима окончания первого периода продувки на технико-экономические показатели кислородно-конвертерной плавки.
При ведении плавки двушлаковым процессом определяющее значение имеет режим окончания первого периода. Важнейшим фактором оптимизации процесса дефосфорации при этом является содержание углерода после первого периода продувки.
Анализ данных около 30 плавок показал целесообразность окончания первого периода продувки при остаточном содержании углерода более 0,8% (рис.4.5).
Применение кусковой сортированной извести

С целью выявления оптимальных параметров ведения кислородно-конвертерной плавки были изучены технологические и техникоэкономические показатели в зависимости от режима окончания первого периода продувки.
Исследовались данные опытных плавок, проводимых по двум вариантам: с присадкой извести в конвертер по обычной технологии (без разделения по способу производства) и с раздельной ее подачей, заключающейся в том, что в первый период продувки присаживали известь без разделения по фракции, во втором периоде - известь мягкого обжига вращающихся печей и печи кипящего слоя. Широкий диапазон расхода кислорода на первый период продувки (9-16 тыс. м3) предусматривал анализ плавок как с ведением режима продувки по принятой технологии (14 тыс. м3 и более), так и с более ранним его окончанием (на 2-5 минут). Содержание углерода при этом составляло 0,17-1,6%.
На рис. 4.6(a) представлены данные по удельному расходу кислорода (O2 уд) в зависимости от его количества, пошедшего на первый период продувки ΣO2.
Уравнения парной регрессии кривых, изображенных на рис. 4.6 (а) имеют вид:
Применение кусковой сортированной извести

где О1 2 - расход кислорода на первый период, м3; O1 2уд,O2 2уд - удельный расход кислорода для плавок без разделения извести и с раздельной ее подачей соответственно, м3; r - коэффициент корреляции.
Применение кусковой сортированной извести

Из данных рисунка просматривается четкая тенденция к снижению удельного расхода кислорода на плавку при более раннем окончании первого периода, причем аналогичная зависимость достоверна для обоих вариантов присадки извести. Данная закономерность объяснима с той точки зрения, что при укороченном первом периоде продувки в скачиваемом шлаке меньше содержание закиси железа, следовательно, меньше безвозвратных потерь кислорода, пошедшего на окисление последнего, а больший запас углерода перед вторым периодом продувки способствует более рациональному и полному усвоению кислорода дутья. Данные рис. 4.6(a) свидетельствуют о том, что при сокращении расхода кислорода на первый период с 15 до 10 тыс. м удельный его расход снижается на 10 м3/т стали, что может стать значительным резервом снижения себестоимости готовой продукции.
На рис. 4.6(б) представлены данные по выходу жидкого металла в зависимости от расхода кислорода на первый период.
Зависимость выхода жидкого для разных способов присадки извести в конвертер описывается уравнениями:
Применение кусковой сортированной извести

где G1АЕ, G2ФУ - выход жидкого, %.
Значительный разброс экспериментальных точек можно объяснить наложением большого числа других факторов, учесть которые в производственных условиях трудно, таких как точная оценка качества лома, количество и состав оставляемого в конвертере шлака, точный вес скрапа в ковше после разливки и т.д. Тем не менее, при обоих вариантах ввода извести в конвертер тенденция к увеличению выхода жидкой стали при более ранней промежуточной повалке конвертера несомненна. Очевидно, что в этом случае уменьшаются потери железа со скачиваемым промежуточным шлаком как из-за меньшей его окисленности, так и меньшей массы.
На плавках, проводимых с укороченным первым периодом, по-видимому, следует ожидать снижения расхода извести, так как становится бессмысленным ее большой расход в первой половине продувки. Повышенный расход извести в этот момент может привести даже к негативным явлениям: холодному началу процесса, снижению рафинирующей способности оставленного шлака предыдущей плавки, потерям ее со скачиваемым шлаком в виде неассимилированных кусков.
Данные рис. 4.7 свидетельствуют о заметном снижении удельного расхода шлакообразующих добавок (известь + доломит) с уменьшением длительности первого периода.
Применение кусковой сортированной извести

Применение кусковой сортированной извести

где G1Θ, G2Θ - удельный расход шлакообразующих (известь+доломит), кг/т. Анализируя кривые 1,2 можно сделать следующие выводы:
1. Удельный расход шлакообразующих снижается как при обычной схеме ввода извести в конвертерную ванну, так и с раздельной подачей.
2. При обычном режиме окончания первого периода продувки (остановка продувки при расходе кислорода 14 тыс. м3 и более) удельный расход шлакообразующих в случае раздельной подачи извести на 10-12 кг/т меньше, чем для плавок без разделения извести.
3. С уменьшением длительности первого периода кривые 1, 2 сближаются и при расходе кислорода 10 тыс. м3 и менее эффект от разделения извести теряется.
Аналогичная закономерность присуща и для выхода жидкого (рис.4.6(б)). Содержание фосфора на промежуточных повалках при укороченном первом периоде больше, чем при обычной технологии продувки, в то же время в конце продувки его средние концентрации соизмеримы для обоих вариантов окончания первого периода. Даже заметна тенденция к уменьшению фосфора при раннем окончании первого периода (табл. 4.1).
В табл. 4.1 приведены технологические и технико-экономические данные для плавок с обычной и раздельной подачей извести в конвертер, подтверждающие преимущества ведения продувки с более ранним окончанием первого периода.
Применение кусковой сортированной извести

На плавках с укороченным первым периодом практически отсутствуют выбросы, что можно объяснить, по-видимому, своевременным скачиванием промежуточного шлака, способного к пенообразованию.
Анализ данных таблицы 4.1 позволяет считать, что оптимальной технологией передела фосфористых чугунов является ведение плавки с укороченным первым периодом продувки (содержание углерода на промежуточной повалке не менее 0,8%) и раздельной подачей извести в конвертер, предполагающей использование во втором периоде продувки только извести мягкого обжига.