Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Процесс продувки с использованием кусковой извести не всегда обеспечивает достаточно низкой концентрации фосфора, характеризуется невысокой интенсивностью и зачастую наличием передувки (содержание углерода не выше 0,04-0,06%), повышенным содержанием железа в шлаке.
Полнота удаления фосфора определяется в основном условиями шлакообразования, т.е. скоростью перехода извести в шлаковую фазу, которая прямо пропорциональна площади ее контакта с жидкой фазой шлака или абсолютной величине поверхности кусков извести (ур-е 3.17). Увеличение поверхности контакта до максимума возможно при использовании пылевидной извести с величиной зерна не более 1 мм, вдуваемой на поверхность ванны струей кислорода. В этом случае скорость растворения извести должна возрасти не только вследствие увеличения площади контакта со шлаком, но и в результате резкого увеличения концентрации окислов железа, участвующих в растворении извести, так как она поступает в высокотемпературную реакционную зону, в которой концентрация окислов железа максимальна.
В лабораторных условиях удалось установить, что ошлакование вводимого в жидкий чугун CaO состоит в формировании соединения типа CaO*Fe(Mn)O, находящегося при температурах процесса в жидком состоянии, на основе которого, в свою очередь, начинают формироваться соединения типа CaO*Fe(Mn)O*P2O5. Из частиц порошка CaO в токе кислорода формируются мелкодисперсные частицы феррита кальция, которые, поднимаясь сквозь чугун, дефосфорируют его.
ЛД-АЦ-процесс. Этот способ передела фосфористых чугунов возник после войны в Европе. Во Франции и странах Бенилюкса одновременно вели исследования по переработке фосфористых чугунов. В странах Бенилюкса центром этих исследований был ЦNPM. Здесь проводились опытные плавки на 26-т конвертере завода Дудланге (АРБЕД) и был открыт так называемый ОСП-способ (Охуgene, Chau, Pueverisee - кислород, известь, распылять). В 1956 г. было выдано большое количество лицензий по способу передела фосфористых чугунов. Во Франции аналогичные исследования группировались вокруг ИР-СИД. Основные научно-исследовательские работы проводились на экспериментальном конвертере (Метц) и опытные плавки на 25-т конвертере завода Денайн (Усинор). Так был открыт ОЛП-процесс (Oxygenc, Lance, Poydre - кислород, фурма, порошок). Поскольку оба эти способа были разработаны в разных странах, естественно, имелась некоторая разница в конструктивных и технологических особенностях процессов, однако основная их сущность была одинакова. Возникший спор между тремя торговыми палатами за право приоритета в открытии был улажен, и открытый способ получил название ЛБ-АЦ-процесс.
Схема ЛБ-АЦ-процесса показана на рис. 4.8.
В общем, оборудование ЛD-АЦ-конвертера отличается от оборудования ЛБ-конвертера только наличием устройства для подачи мелкой извести.
Помол извести осуществляется таким образом, чтобы основное ее количество характеризовалось размером зерна не более 0,1 мм, так как увеличение крупной фракции в извести приводит к резкому падению стойкости трубопроводов и медных сопел дутьевых фурм.
Количество подаваемой извести регулируют дозатором, устанавливаемым в нижней части приемника извести 6. За рубежом, как правило, применяют игольчатые дозаторы. Принцип работы игольчатого дозатора основан на пропуске пылевидной извести через калиброванное отверстие в нижней части дозатора, перекрываемое игольчатым стопором. При перемещении стопор изменяет сечение проходного отверстия, регулируя расход извести. Принципиальная схема игольчатого дозатора приведена на рис. 4.9.
Технология ЛD-АЦ-процесса предусматривает следующие стадии плавки:
1. Использование оставленного в конвертере шлака предыдущей плавки.
2. Заливка чугуна на оставленный известково-железистый шлак.
3. Продувка конвертерной ванны с подачей пылевидной извести в струе кислорода. Продувка ведется с переменным положением фурмы: вначале высокое - для ускорения шлакообразования и соответственно максимального удаления фосфора, затем низкое - с целью обезуглероживания. Продолжительность периода - 14-16 мин.
4. Первая повалка конвертера, скачивание шлака, замер температуры ванны, отбор проб металла и шлака. Содержание углерода в металле в этот момент составляет около 1,0%, фосфора - 0,10-0,13%, температура металла ~ 1600°С. В скачиваемом шлаке содержится 20 -24% P2O5, около 50% CaO и 6-10% Fe.
5. Загрузка лома (или железной руды) и вторая продувка кислородно-известковой смесью. Этот второй, заключительный, период длится 3-8 мин в зависимости от содержания углерода и температуры на промежуточной повалке конвертера.
6. Вторая повалка конвертера, отбор проб металла и шлака, замер температуры. Металл в конце операции содержит 0,04-0,05% С и 0,015-0,017% Р, в шлаке содержится около 25% FeO.
После окончания второго периода продувки сливают часть шлака и выпускают металл. Раскисление стали производится в ковше.
Расход извести за плавку составляет 80 - 120 кг/т чугуна, из них 60 - 80 кг в первом периоде продувки (до спуска шлака) и 20 - 40 кг во втором. Расход лома составляет около 20% от массы металлозавалки, выход шлака 150 - 170 кг/т стали.
Изменение температуры и состава металла. На рис.4.10 представлены данные по поведению примесей жидкой ванны и изменению ее температуры в ходе рафинирования в ЛD-АЦ-конвертере при одноразовом промежуточном сливе шлака.
Данные рисунка свидетельствуют о том, что одновременная продувка мелкой известью и кислородом вызывает исключительно быстрое протекание реакций дефосфорации и обезуглероживания, создает возможность определенного регулирования скоростей этих реакций и получения металла с достаточно низким содержанием фосфора при сравнительно высокой концентрации углерода.
Десульфурация. Быстрое формирование высокоосновного шлака позволяет также обеспечить достаточно высокую степень десульфурации металла; в готовом металле обычно содержится 0,010 - 0,025% серы.
Ход десульфурации и конечная концентрация серы в стали при переделе фосфористых чугунов практически не отличаются от таковых при переделе обычного мартеновского чугуна. Конечное содержание серы в стали в основном зависит от ее концентрации в чугуне и извести. В фосфористом чугуне могут быть допущены более высокие содержания серы, чем в обычном. Это объясняется тем, что низкая концентрация серы в металле в этом случае может быть получена значительно легче вследствие образования большего количества шлака. Поскольку количество шлака при фосфористом переделе в 1,7-2 раза превышает соответствующее количество при переделе обычного чугуна, концентрация серы в металле будет пропорционально ниже при одном и том же коэффициенте распределения. Коэффициент распределения серы при переделе фосфористых чугунов весьма велик и превышает его значения для передела обычных чугунов.
Производительность конвертеров при работе на фосфористом чугуне существенно снижается. Использование дополнительного оборудования для помола и подачи порошковой извести увеличивает стоимость конвертерного цеха на 10-15%. В то же время получение фосфатшлака является хорошей компенсацией неизбежных потерь, связанных с уменьшением производительности конвертера и увеличением расхода извести.
На территории бывш. СССР передел фосфористых чугунов с использованием пылевидной извести осуществлялся на одном из 300-т конвертеров Карагандинского металлургического комбината (ныне АО «Миттал Стил Темиртау», Республика Казахстан).
Чугун, полученный из руд Лисаковского месторождения, имел следующий химический состав, %: 0,6-0,8 Mn, 0,6 - 0,8 Si, 0,8 - 1,25 Р, около 0,03 S.
Продувка осуществлялась в два периода с интенсивностью подачи кисло-рода 750-800 м /мин. На шлак предыдущей плавки присаживали 4 т извести и 4 т доломита, загружали 100-110 т лома и заливали 250 т чугуна. С 3-й по 6-ю минуту продувки присаживают еще 4 - 6 т кусковой извести. Подачу пылевидной извести в струе кислорода начинают при содержании в отходящих газах 40% CO (3-5-я мин продувки). Второй период продувки ведется только с использованием пылевидной извести.
Отличительной особенностью использования пылевидной извести в этом случае является циклическая подача ее в конвертер. Суть подобной технологии заключается в следующем. Порошковую известь начинают вводить в струе кислорода в первом периоде продувки в момент устойчивого процесса обезуглероживания при содержании в отходящих газах 40-60% CO. Подача пылевидной извести в первые 2/3 длительности первого периода продувки даже в сравнительно небольшом количестве (1,0-1,5 т/мин) приводит к снижению содержания CO в отходящих газах до 30% и менее. Причиной этого является образование в реакционной зоне большого количества жидких известковых ферритов, снижение температуры реакционной зоны и, как следствие, уменьшение скорости обезуглероживания. Накопление окислов железа в шлаке выше оптимальных пределов может привести к нежелательным последствиям - выбросам шлако-металлической эмульсии. Поэтому при снижении в отходящих газах содержания CO до 30% подачу пылевидной извести прекращают. После этого происходит быстрый разогрев ванны в зоне продувки и через 10-30 с. содержание CO в отходящих газах достигает значения 40-60%, и подачу пылевидной извести возобновляют. Чередование продувки с пылевидной известью и чистым кислородом обеспечивает спокойный ход продувки (без выбросов) и сокращает длительность первого периода.
Второй период продувки заканчивают при температуре металла 1600-1630°С. Металл перед выпуском плавки содержит 0,05-0,10% С, 0,06-0,10% Mn, 0,008-0,012% Р, 0,010-0,015% S. Выход жидкой стали ~ 87%, общий расход извести 105-120 кг/т стали, цикл плавки 58 мин.
В Республике Казахстан, где имеются значительные запасы фосфористых руд Лисаковского месторождения, кослородно-конвертерный передел фосфористых чугунов может получить дальнейшее развитие, в т.ч. с использованием пылевидной извести.