книги из ГПНТБ / Внедоменная десульфурация чугуна

ц е в, Н. И., К о р н e е в Ю. А., М а ч и к и н В. И.,

десульфурации чугуна, даны характеристики различных способов осуществления этого процесса (содой, карби­ дом кальция, известью, магнием и др.), которые приме­ няются в СССР и за рубежом, приведена оценка этих способов, рекомендации по дальнейшему развитию десульфурации чугуна.

Рассчитана на инженерно-технических работников ме­ таллургических заводов.

Табл. 15, ил. 22, библ. 134.

Рецензент канд. техн. наук S. А. Шурхал

Редакция литературы по тяжелой промышленное^ Заведующий редакцией инж. В. И. Кравец

„31004—216___ _

ВМ202(4)-7564'75

1

(^Издательство «Техніка», 1975 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время внедоменная десульфурация чугуна получила широкое развитие во многих странах. Количество чугуна, подвергающегося внедоменной де­ сульфурации, исчисляется миллионами тонн. При этом челі шире внедряется в практику внедоменная десуль­ фурация чугуна, тем ясней и очевидней становятся все выгоды этого нового процесса.

Металлургический процесс — внедоменная десуль­ фурация чугуна зародился еще в прошлом столетии. Тогда было проведено несколько опытов, показавших, что удаление серы из литейного чугуна за пределами доменной печи, с технической точки зрения, вполне

3

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВНЕДОМЕННОЙ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ ЧУГУНА

Причины, обусловившие постановку вопроса внедоменной десульфурации чугуна

Сера — неизбежный компонент продуктов черной металлургии, но повышение ее содержания в металле сверх определенных пределов крайне нежелательно — в железе и стали она вызывает красноломкость, ли­ тейные чугуны с большим содержанием серы характе­ ризуются повышенной вязкостью, отчего чугун плохо заполняет формы, отливки из такого чугуна получа­ ются пузыристыми. В металле стремятся иметь ми­ нимальное содержание серы; полный же вывод ее из металла сопряжен с большими затратами и вряд ли имеет смысл, более того, в некоторых случаях малые содержания серы придают специальным сталям полез­ ные с определенных точек зрения качества.

В доменную печь сера попадает с сырыми материа­ лами. В руде и флюсе она находится в составе пирита

в виде твердых растворов с углеродистой массой, мо­ жет входить в состав содержащихся в коксе органи­ ческих соединений, в золе кокса — в составе сульфи­ дов и сульфатов.

В чугуне при 1000—1500° С может раствориться до 0,9 % S. Эта величина намного больше допустимой. Поэтому необходимо принимать меры для предупреж­ дения перехода серы в чугун при его образовании в доменной печи, поскольку борьба с ней в дальней­ шем переделе довольно затруднительна.

5

В доменной печи сера может частично улетучива­ ться, а частично распределяться между чугуном и шла­ ком. Доменщики заинтересованы в том, чтобы как можно больше серы улетучилось с газами, а из неуле­ тучившейся серы максимальное количество перешло в шлак. Сера в доменном процессе улетучивается в виде паров элементарной серы, сернистого газа,

части шихты, флюса, кокса еще до прихода их к гори­ зонту фурм, так что до фурм часто доходит только половина или три четверти первоначального количест­ ва серы. Перешедшая в газ сера лишь частично уно­ сится из печи газами, основное ее количество погло­ щается шихтовыми материалами с образованием сер­ нистого кальция и сернистого железа.

. То же происходит и с серой кокса, которая дохо­ дит до фурм и окисляется до SO.,. Последняя, подни­ маясь с газами, восстанавливается твердым углеродом до элементарной серы или переходит в соединения CS, CS2, HS, COS, H2S, из которых сера энергично погло­ щается шихтой также с образованием CaS и FeS. Эти соединения образуются и в случае, если сера содержа­ лась в шихте в виде соединений не с железом, а с медью, цинком, свинцом. Все эти сульфиды разлагаются желе­ зом или известью с образованием FeS или CaS. Таким образом, сера кокса и рудной части шихты легко пере­ ходит в газ, из которого снова энергично поглощается материалами.

Часть серы, перешедшей в газ, выходит за пределы доменной печи. В обычных условиях количество уле­ тучивающейся серы колеблется в пределах 5—25 °6* от ее общего прихода. Оставшаяся в печи сера перехо­ дит в шлак и чугун. Поэтому основную роль в процессе десульфурации в доменной печи играет распределение

6

серы между чугуном и шлаком, переход ее в шлак.

В нижней части доменной печи обеспечивается хо­ роший контакт чугуна со шлаком, в то время когда жидкий чугун каплями проходит через слой шлака. Скопившийся на лещади чугун соприкасается со слоем находящегося над ним шлака. Поверхность их со­ прикосновения меньше, но длительность контакта больше, чем при прохождении капель металла сквозь слой шлака.

Сера в чугуне и шлаке находится в виде соедине­ ний с железом, марганцем, кальцием, магнием. Сернистое железо (FeS) растворимо в чугуне и шлаке; сернистый марганец (MnS) хорошо растворяется в шла­

в жидком шлаке и не растворяются в металле. Поскольку сернистое железо растворимо в металле

и шлаке, при контакте между металлом и шлаком

вту же сторону изменяется концентрация серы в ме­ талле. Речь идет о равновесных концентрациях серы

вметалле и шлаке.

Поскольку в шлаке одновременно с сернистым же- ■ лезом присутствует окись кальция, между ними про­ исходит реакция FeS + CaO = CaS -f- FeO. При бла­ гоприятных условиях она идет до состояния равнове-

'сия, т. е. до такого состояния, когда соотношение кон­ центраций в шлаке всех четырех соединений, участвую­ щих в приведенной реакции, называемое константой

7

отношение концентраций сернистого кальция в шлаке и сернистого железа в металле:

При данной температуре (7<s = const) металл обессе­ ривается тем лучше, чем больше в шлаке окиси каль­ ция и чем меньше в нем FeO. Закись железа, как и сернистое железо, растворима в шлаке и в металле. Поэтому изменение содержания FeO в шлаке сопрово­ ждается изменением концентрации ее в металле. Сни­ жение же концентрации FeO в шлаке возможно, глав­ ным образом, восстановлением ее твердым углеродом, марганцем или кремнием. Следовательно, процесс десульфурации протекает успешно при основном шла­ ке, в восстановительной атмосфере, обеспечивающей интенсивное удаление закиси железа из шлака, и при достаточно большом притоке тепла, необходимого для протекания эндотермической реакции

или при наличии в чугуне достаточного количества кремния или марганца.

Таким образом, в доменной печи можно получить чугун с достаточно низким содержанием серы даже в тех случаях, когда в шихту поступают загрязненные серой материалы. Однако получение в доменной печи очень чистых по сере чугунов требует больших затрат. Повышение основности шлака влечет за собой увели­ чение его количества, что требует дополнительного расхода кокса, вызывает необходимость введения в

шихту большого количества извести. Наконец, с повы-

8

шением основности шлака увеличивается его тугоплав­ кость, что также требует дополнительного расхода кокса.

При современных условиях ведения доменной плав­ ки не представляется возможным привести достаточ­ но надежные количественные данные о зависимости между количеством серы, вносимой шихтой в домен­ ную печь, и удельным расходом кокса. В литературе приводятся данные об увеличении расхода кокса при повышении в нем содержания серы. Так, в работе [11] указывалось, что при увеличении содержания серы

вкоксе на 0,1% расход кокса увеличивается на 5%.

Всовременных условиях в виду значительного снижения удельного расхода кокса и применения офлю­ сованного агломерата, что вызвало резкое снижение расхода сырого известняка в доменных печах, повыше­ ние содержания серы в коксе требует значительно меньшего увеличения расхода кокса. Так, по данным В. Н. Андронова и др. [67], на каждый килограмм

доменные печи или печи, работающие на малосернис­ том коксе) расход основного флюса сокращен до ми­ нимума: количество основных окислов, вводимых с флюсом в шлак, определяется требованиями получе­ ния достаточно легкоплавкого и жидкотекучего шлака, но не условиями удаления серы. Выход шлака резко уменьшается, требуется меньше тепла для его рас­ плавления и нагрева до температуры доменного про­ цесса. Кислые шлаки технологически более выгодны, чем основные: они устойчивы по вязкости и плавкости, способствуют ровному и спокойному ходу печи. Устой­ чивая работа печи на кислых шлаках может быть

9