автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Одновременная десульфация и дефосфация железоуглеродистых расплавов содосодержащих флюсами

П6 ОД

,, О ЮЗ

ц

московсш

ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

на правах рукописи Экз. Иг 60

РОМАШИН Андрей Рудольфович■

УДК ! 669.14.018.262.046,554

'Одновременная десульфурация и дефосфорация ж&лэзоуглородистых расплавов содосодерхащимм флюсами"

Специальность 05.16.02 - "Моталпургия черных металлов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технически! наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московском институте стали и сплавов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А.Ф. ВИШР£В

Официальные оппоненты: доктор технических наук В.Я. ДАШЕВСДО1 •кандидат технических наук А.Е. СЕМИН

Ведущее предприятие: Новолипецкий металлургический комбинат

Защита состоится " 1994 г. в час.

на заседании сп'евда^зированного совета К-053.08.01 Московского института стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан "/6 » 1994 г.

Справки по телефону: 236-82-17

Учений секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

профессор И.Ф. КУРУНОВ

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность теш исследования

Все возрастающие требования к качеству металлопродукции обуславливают необходимость выплавки стали с .осо0онизким содержанием вредных примесей, особенно серы и фосфора ( S + Р < 0,01% ).

Однако получение в достаточных количествах'''таких сталей только за счет вшхавки в сталеплавильных агрегатах связано со значительными трудяостяки.

Одним из путей, позволявшим выплавлять сталь с низким содер-1 жанием вредных примесей, является применение ьнепечного рафинирования металла. Однако, внепечная обработка стали, успешно решая задачу десулбфурации расплава, практически ке обеспечивают требуемой степени удаления фосфора.

В связи с перечисленными выше факторами возникает потребность повышения качества шихтовых материалов ( пониженное содержание в ша Р и S.), применяемых в сталеплавильном производстве и, в первую очередь, повышения качества чугуна.

Вместе, с тем, доменные цехи не всегда в состоянии обеспечить стабильное получение качественного чугуна при 'одновременной достаточно высокой производительности и экономичности процесса.

Вса вышесказанное указывает на необходимость применения для повышения качества чугуна, направляемого на сталеплавильный передел, внедоменого рафинирования, обослечивзнгцего последующею выплавку высококачественных сталей с суммарным содержанием серы и фосфора щеке 0.01%.

Применение знедомепного рафинирования чугуна также позволило' бы снизить затраты на рафинирование рядовых сталей и повысить производительность сталеплавильных агрегатов, особенно кислородных конвертеров.

На сегодняшний день извс стны технологии внедомешюго рафинирования чугуна, позволяющие раздольно во времени и в различных агрегатах проводить его десшшхонизацию, десульфурацию и дефосфо-рацию. Однако, раздельное проведение этих процессов требует значительных технологических и экономических затрат, что не всегда целесообразно. .

-4В связи с этим работа направленная на исследование принципов совместного проведения внедоменной дефосфоращш и десульфурации чугуна кальцинированной содой, обладающей как хоршэй десульфури-руюцей способностью, так и высокой фосфатной емкостью, является актуальной, имеющей как научный, так и практический интерес.

1.2. Цель работы

Целью настоящей работы является исследование совместного проведения десульфурации и дефосфорацшг железоуглеродистых расплавов содосодержащими флюсами.

Задачами исследования предусматривалось:

- провести термодинамический анализ взаимодействия кальцини-рованнной сода с элементами, растворенными в железоуглеродистом расплаве, и на .основании его выявить факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность совместного протекания процессов дефосфоращш и десульфурации;

- разработать методику экспериментов по изучению дэсульфури-руадей и дефосфориругацей способностей содосодержащих флюсов;

- исследовать рафинирующую способность кальцинированной соды, с позиции совместного удаления фосфора и серы;

- выявить влияние состава железоуглеродистого расплава на эффективность совместного протекания процессов удаления фосфора и серы;

- исследовать влияние состава флюса систем На2С03 - СаО и Иа2С03 -'ВаО-на одновременное протекание процессов десульфурации л дефосфорации;

- оЦенить влияние добавок СаО, ВаО, Б102 и СаР2 к содосодер-кащим флюсам на эффективность удалений фосфора-и серы.

\

1.3. Научная новизна

Проведенные исследования позволит выявить факторы, оказывающие .существенное влияние на процесен десульфурации и дефосфорации .железоуглеродистых расплавов сосдосодержащими флюсами (состав металла, количество флюса). В результате исследования систем Ка2С03 - СаО и Иа2С03 - ВаО определены флюсы оптимального состава

с рафинирующей и экологической точки зрения. Показано влияние добавок ВаО, СаО к №аоС03 на эффективность одновременного удаления фосфора и серы. Установлена, зависимость степеней удаления серн и фосфора от добавок к содосодержащим флюсам БК^ и Са]^.

1.4. Практическая значимость

Полученные в ходе лабораторных исследований и оггатно-промяшенного опробывания результаты позволяют создать технологические .рекомендации для промышленного использования " содосодержа-щих флюсов при внедоменном рафинировании железоуглеродистых расплавов от сэры и фосфора.

1.5. Апробация работы

Материалы диссертации доложены и обсуждены на 10-й Всесоюзной конференции "Физико-химические основы металлургических, процессов", Москва, 199' г.

1.6. Структура и объен диссертации

Диссертация состоит из введения, У глав, выводов и списка литературы. Работа содержит /3£ страниц, 39 рисунков и /2 таблиц.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Термодинамический анализ пзаныодейстгам На2С03 элементами,' растворенными в железоуглеродистой расплаве

С целью прогнозирования результатов обработки железоуглеродистых расплавов содосодоржащими флюсами был проведен термодинамический анализ рзаюдай взаимодействия Яа^СОд и !!а,0 с элемента-га, растворенными в металле.

Результаты анализа показали, что в условиях внедоменного рафинирования чугуна (1350-1450 С) наибольшей вероятностью протекания обладают реакции одновршенкого взаимодействия соды с рас-твороннъки в металле серой и углеродом (Г) и между содой и кремнием (2).

-б-

Ка2С03 + [Б] + 2ССЗ = На23 + 3(С0> (1)

ДС, = 391216.68-312.78 Т На2С03 + [Б1] = (3102) + 2Ша> + (СО) . (2) Ьй2 = 327455-266.75 Т

Анализ реакций взаимодействия кальцшшрованной соды с фосфором позволил сделать вывод, что в вышеуказанных условиях с термодинамической точки зрения наиболее вероятна реакция (3).

№2С0з +' ^[РЗ = |(ЗЫа20 Р205) + |(Ка> + (СО) (3) ДС3 = 126317.5-133.3 Т

По результатам термодинамического анализа, сделали такке вывод о том, что при внедомэнной обработке чугуна самопроизвольное разложение соды (4) (т.е. без взаимодействия с элементами, растворенными в железе, или с футеровкой ковша) маловероятно.

На2С03 = №20) + {С02> (4)

= 309570-126.8 Т

2.2'. Термодинамическая модель одновреценной десиликонйзации, десульфурации и дефосфорации железоуглеродистых расплавов кальцинированной содой

На основании результатов термодинамического анализа реакции (1)-(3) были положены в основу термодинамической модели одновременного рафшшрования железоуглеродистых . расплавов от кремния, серы и фосфора кальцинированной содой.

Основные уравнения термодинамической модели мокко предста-

вить следующим образом:

а Р •

N. в со

к = -з---(5)

1

а А Я

Не СО 13) 1С) 3 э

2

а Р Р

ЕЮ' СО На

V -Г3-:--<б)

я й

«.аСОэ 181) .

1'Э

а Р Р

ЗН» О Р О СО не

V--- (7)

«аСО |Р) 3 3

с°в,= а*Б>> • <а>

<9>

С<Р)+С,Р ГС«Р,+ С«Р1 <11>

где К,- константы равновесия для реакций (1-3), соответственно; а! » а„ „,а„,„ , а„„ , „ - активности На С0„, На Б,

На СО Ив В В ¡О" ЗНа 0 Р„0_ 3 Э 2

3 3 3 3 3 3 Б

Б103, ЗКад0 Рд06 в плзкч, соответственно;

а1з)' э(о'-а(в|"]' а1Р1 ~ активностя ^ с» 51 • р в металле, соответственно;

Рсо, ?)и - парциальные давления СО и Ма в отходящих газах, соответственно;

и' 1 )• 1 > ~ К01гаиес,ГВ0 элемента, соответственно, в металле , в шлаке и в газовой фазе; . ,

индекса "о" и "к", обозначают начальное и' конечное содержание элемента. ■

Результаты расчета, полученные б результате реализации модели на ЭВМ, показывают, что эффективность дефосфорации железоуглеродистого расплава содой снижается с повыкением в нем как начального содержания кремния, так и серы.

Со синением начального содержания углерода в металле эффективность десульфурации его содой падает, в то время как степень дефосфорации изменяется мало.

Степени как десульфурации, так и дефосфорации возрастают с увеличением количества И^СОд, применяемой в качестве реагента.

Необходимо однако отметить, что в связи с том, что на протекание и эффективность рафинирования расплавов келеза Ма2С03 не менее существенное воздействие оказывают кинетические факторы, которые не Сшш учтены в модели, а такие в связи с высокой химической активностью кальцинированной соды и взаимодействием ее с материалом тигля, получение результаты расчета следует рассматривать не как количественную, а лишь как качественную оценку влияния различных факторов друг на друга.

2.3. Исследование одновременной десульфурации и дефосфорации ■ хелезоуглеродистых расплавов содосодернащми флюсами

Лабораторные эксперименты по исследованию одновременной десульфурации и дефосфорации расплавов на основе железа содосодер-кащими флюсами проводили в печи сопротивления (Таммана) с графитовым нагревателем.

В качестве шихты для выплавки обескремненного расплава на основе, келеза использовали карбонильное железо следующего состава <Ж-):Ре-99,9б; Сг-0,00б; N1-0,003; Т1-0.003; С-0,003; 51-0,009; • Нп-О.'сОб; 8-0,0017.

Необходимые по условиям эксперимента содержания фосфора и серы в расплаве получали вводя в исходный металл по расплавлении,

с учетом угара вводимых элементов, фосфид (16,13% Р) и сульфид (36,36% Б) железа.

Во всех экспериментах масса расплава на основе железа составляла 320 г. При проведении экспериментов по определению дефос-рирущеЯ и десульфурирующей способностей содосодержаща флюсов различных систем использовали флюс в количестве .16 г. (5% от массы металла). В исследованиях по сценке влияния расхода Ка2С03 на эффективность удаления фосфора и серы масса фиюса . изменялась з . зависимости от цели эксперимента.

Флюсы приготовляли из предварительно измельченных хкмичес-кичистых реагентов путем их механического смэиивания. Хальщширо1 ваннув соду №2С03), перед добавкой во флюс, с целью удаления влаги, предварительно переплавляли в тиглях из армкожелеза при температуре 900°С. •

Олюс при помошд воронки вводили на поверхность расплава. Момент добавки фигоса рассматривали как момент начала отсчета вре-' меня рэакции.

2.3.1 .Эффективность рафинирования рзсплзвоз на основе железа кальцинированной содой

Исследования, проведенные по вше описанной методике, с целью определения дефосфорьрущей и десульфурирувдей способностей И^СОд показали, что с увеличением количества кальцинированной ^да, применяемой з качестве флюса, степени'как дефосфорации, так и десульфуращм возрастают. Так, при увеличении количества ^СОд от 3,2 г (1 % от массы металла) до 32 (10 %) степени десульфура-ции и дбфосфорации повышаются.с 44% и 8% до 97,5% и 74%, соответ-■ ственно (ряс.1).

Результаты, проведении; исследований подтвердили вывод сделанный по результатам термодинамического моделирования, что степень удаления фосфора из железоуглеродистого расплава Ка2соз существенно зависит на только от начального содержания в нем кремния, но и начального содержания серы (рис.2). Видно, что с повы-шэрем начального содержания серы эффективность дефосфорации падает.

Пр. %

100

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

в «

• —

□

•

1 1 О 1

,п °

ь

Рис.

1ЁО 90 80 70 60 бо

40 30 20 10 3

Рис,

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Расход На2С03, {% от массы металла)

» - десульфурация, а - дефосфорация ,1. Зависимость степеней дефосфорации и десульфурации от количества кальцинированной соды (С»1350-15°С).

%

1 1 £%51] = 0 Т = 1623 К Кол-во ^СОз - 5 % от массы металла

□

1

а □ о

□

О .0.1 0.2 , 0.3 0.4 0.5

Начальное содержание серы, %

2. Зависимость степени дофосфоращш от начального содержания серы в расплаве.

Результаты.экспериментов, проведенные в алундовом тигле, показали что при повышении в расплаве на основе железа начального содержания углерода степень десульфуращш ого 'кальцинированной содой существенно возрастает. Результаты экспериментов приведены в табл.1.

Таблица 1.

Влйящ{8 начального содержания углерода в расплаве на эффективность его рафинирования от сери И'фосфора кальцинированной содой (алундовый тигель, г=1600 ± Ю°С).

нпл [£С]Н [*Р]Н к [Я>]к

47 0.18 0.222 0.155 0. 144 0. 155 35 0.0,

51 0.54 0.194 0.093 0.064 0.093 67 5.0

52 0.12 0.270 0.163 0.120 0.153 56 . 6.'1

72 3.57 0.199 0.098 0/061 0.010 69.3 89.8

73 3.63 0.293 0.163 0.148 0.029 49.5 82.7

151 3.26 0.219 0.128 0.112 0.010 48.9 92.2

Кохжэсхбо флюса - 5 % от массы металла.

На основании-результатов лабораторных исследований и термодинамического анализа'сделали вывод, что удаление сэры из расплава нелеза при обработке его содой происходит по реакции' (1), в ходе которой На СО одновремешшо взаимодействует'с серой и'.углеродом.

Увеличение эффективности десульфуращш при использовании графитового тигля надо пологать связано с тем, что часть- серы также удаляется по реакции (14).

' НааС03 + [Б! + 2Срр = (КааБ) + ЗСС0> (14) Ай, = 93.260-659.3 Т

I 4

Заметного влияния начального содержания углерода на степень

дефосфоращш отмечено не было.

При обработке расплавов на основе кэлеза кальцинированной содой необходимо обратить внимание на то, что увеличение количества реагента приводит к значительному повышению пыле-гэзовыделе-ний, что несомненно ухудшает условия труда и снижает эффективность обработки. На основаши регрессионного анализа экспериментальных данных была получена зависимость объема отходящих газов от количества введенной в расплав Ыа3С0э, которая шэет следущий вид: •

^газа - т-978 + 2*5'84Т со '

2 3

Из вышесказанного сделали вывод о необходимости частичной замены во флюсе кальцинированной соды другими компонентами без потери эффективности рафинирования.

2.3.2. Влияние состава флюса на эффективность одновременного удаления фосфора и серы

На практике, широкое распространение получило использование в качестве рафинирующего реагента оксидов кальция и бария, которые являются хорошими двсульфураторами, а при определенных условиях и дефосфораторами. В связи с этим, совместное применение с кальцинированной содой СаО или ВаО представляет большой интерес как с экологической точки прения, так к с позиции рафинирования.

Термодинамический анализ реакций СаО с серой и фосфором показал наибольшую вероятность протекания реакции десульфуращш (16). Хотя при обработке железоуглеродистого расплава кальцинированной содой выделяется большое количество СО, реакция дефосфора-ции (17) термодинамически маловероятна.

СаО + [S 3 + ГС) = Cas + (СО) (16)

ДС° = 54679.5 - 50.705 Т

л 6

СаО + ¿n?j + jj{C0>'» j(4Ca0-P20s) + |[С1 (17)

дС°7= - 289699.37 + 176.08 Т .

Т.к. известь но растворяется в расплаве кальцинированной сода, то при обработке железоуглеродистого расплава флюсом Na2C03 - СаО оба компонента шлака будут реагировать р элементами металла самостоятельно.

Как известно, взаимодействие Na2C03 с железоуглеродистым расплавом сопровождается интенсивным перемешиванием металла со шлаком,, выделяющимся в ходе рафинирования СО. Этот факт, а такзке значительная шдкоподвикность расплава' кальцинированной соды обеспечивают высокую скорость как подвода реагентов к месту реакции, так и отвода от нее продуктов взаимодействия.

На основании вышесказанного можно предположить, что при частичной заменене во флюсе Ife2C03 на СаО, оксид кальция будет непосредственно реагировать с серой,.высвобождая некоторое коли-' чество кальцинированной сода (1 г СаО . высвобождает из процесса десульфурации 1.89 г кальцинированной соды) для взаимодействия с фосфором.

Результаты лабораторных исследований показали, что при замене во флюсе до 25% Na2C03 на оксид кальция эффективности как десульфурации, так и дефосфорации меняются слабо. Повышение содержания извести во флюсе, более 25%, приводит к .снижению эффективности удаления фосфора, а более 502, к снижению и степени удаления серы. Использование для рафинирования железоуглеродистого расплава флюса только из СаО показало слабое протеките процесса десульфурации, в то время как удаления фосфора совсем не наблюдалось (рис.3). Этот факт подтверждает результаты выполненного выше термодинамического анализа.

На основании результатов экспериментов можно сделать вывод, что оптимальными с точки зрения совместного рафинирования распла--вов на основе аелеза от серы i фосфора, в системе Na2C03 - СаО являются флюсы ej которых содержание сода изменяется от 75 до 90 %, а содержание извести от 10 до 25 %. С позиции экологии наиболее оптимален флюс 75 % NaPC0o - 25 % СаО.

Термодинамический анализ реакций БаО с серой к фосфором, растворенными в- железоуглеродистом расплаве показал, что в условиях лабораторных экспериментов оксид бария может взаимодействовать с серой по реакции (18)и с фосфором-по реакции (19).

БаО'+ CS1 + [С! = BaS -i- (СО) . (18)

AG°8= -3933.8 - 29.035 Т

ВаО + §ГР] + |{С0> = ^(3BaO-P2Os) +-|[СЗ (19) ¿G° = -478565.83 + 255.7 Т

1 9

Т.к. взаимодействие кальцинированной соды с железоуглеродистым расплавом сопровождается выделением большого количества СО, то при частичной замене ее во флюсе на BaG создаются условия, при которых оксид бария, в отличие.от СаО, может непосредственно реагировать с фосфором по реакции (11).

Результаты экспериментов показали, что при замене до 60% кальцинированной соды' во флюсе на ВаО наблюдается слабое измене-,ние эффективности как десульфурации, так и дефосфорации.

. С заменой более 60% Ка2С03 во флюсе на ВаО наблюдается постепенное снижение эффективности дефосфорации, а в дальнейшем (более 12,5%) и степени- десульфурации. При использовании в качества рафинирующего реагента только ВаО наблюдается малоэффективное совместное протекание процессов дефосфорации и десульфурации, что подтвервдает выйод сделанный по результатам термодинамического анализа. Причем можно полагать, что СО выделяющийся в ходе реакции (18) способствует осуществлению процесса дефосфорации''по реакции (19) (рис.4).

• На основании результатов экспериментов можно сделать вывод, 4ío оптимальными в системе - ВаО с точки зрения эффектив-

ности совместного рафинирования келазсуглеродистого расплава от •серы и фосфора являются флюсы, б которых содержание Na2C03 изменяется от 40 до 70S, а содержание ВаО - с 25 до 60%. С позиции

10С 90 80 ТО 60 50 дО 30 20 10 О

. é •9 a ¿ i

я » 5

8

□ a

t n U D

ó

□ □ 3

i

□ о- а i 1

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Содержание Ка2С03 ео флюсе, %.

в - десульфурация, а - дефосфорация Рис.3. Зависимость степеней десульфурации и дефосфорации от

состава флюса системы Ш2С0з - Cao (t=l350¿15°C). Чр ' « % юо

90 80 70 • 60 50 40 30 20 10 О

, ! ,,,. « ¿ 1 * 0 Г • 0 <¿

0 ь íü <3

□ a

□ с в □ □ □ U T

i

И

9

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Содержание Ма2С03 во флюсе, %.

о - десульфурация, □ - дефосфорация Рис.4. Зависимость степеней десульфурации и дефосфорации от состава флюса системы Ка2С03 - БаО (t=!350-l5°C).

8кологик из вше ухазашшх флюсов оптимальным можно считать флюс 40% Na2C03 - 60% БаО.

Непохожий характер изменения дефосфорирующей способности фшосов при замене в них кальцинированной соды на СаО или ВаО можно объяснить различной их ролью в ходе взаимодействия флюса с расплавом. Если ВаО непосредственно реагирует с фосфором по реакции (19), то влияние извести на эффективность удаления фосфора проявляется лишь через высвобождение из процесса десульфурации некоторого количества кальцинированной соды, которая затем частично реагирует с фосфором.

Из выше представленных результатов видно, что если максимальные степени дефосфорации и десульфурации достигнутые при использовании флюсов оптимального состава выше указанных систем близки по значению, то с экологической точки зрения использование флюсов оптимального состава системы Na2C03 - ВаО более выгодно, вследствии меньшего содержания в них Na2C03.

С целью изучения влияния добавок СаО и ВаО к Na2C03 на эффективность рафинирования расплавов на основе железа от серн и фосфора, были проведены исследования в ходе которых к постоянному количеству калыцгаировной соды добавляли различные количества СаО и ВаО.

Результаты исследований показали повышение эффективности дефосфорации при большой массе добавки как оксида кальция, так и оксида бария. Заметного влияния добавок СаО и ВаО на эффективность десульфурации отмечено не было (рис. 5,6).

Сравнение рафинирующего влияния добввок СаО и ВаО к кальцинированной соде показывает, что больше добавки оксида бария способствуют достижению более высоких степеней дефосфорации, чем при использовании таких же количеств (по массе) СаО, что объясняется непосредственным участие оксида бария в процессе удаления фосфора.

Как было показано выше, для успешного проведения внепечиой обработки чугуна1необходимо проведение предварительной его деси-ликонизвции, в ходе которой происходит образование оксида кремния. В связи с этим большой интерес вызывает оценка влияния доба-

г? , п Л ■ р 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

I 1 - I1 -1!

1 >

§ £ 1 1

8

Количество добавки СаО, г. в - десульфурация, а - дефосфорация Рис.5. Влияние добавки СаО к кальцинированной соде на эффективность десульфурации и двфэсфорации.

п.

X) ,% р 100

90

80

70

60

50

'40

30

20

10

О

| 8 1

1 \

О

8

2 4 б

■ Количество добавки ВаО, г. 9 - десульфурация, □ -'дефосфорация Рис.6. Влияние добавки ВаО к кальцинированной соде на эффективность десульфурации и дефосфорации.

вок ЗЮ2 на эффективность удаления фосфора и серы к содосодерка щим флюсам.

Результаты экспериментов показали, что эффективности как дефосфорации, так и десульфурации снижаются при увеличении массы добавки оксида кремния (табл. 2).

Такое влияние добавок 3102 на процессы удаления фосфора и серы обусловлено тем, что при увеличении массы окевда кремния во флтее, й102 вступает е реакцию с СаО и содой, исключая их из взаимодействия с фосфором и серой.

Одним из реагентов, часто используемых на практике при. вне-печной обработке металла является Са?2. В связи с этим представляет большой интерес исследование влияние его добавки к флюсам выше исследованных систем на эффективность дефосфорации и десуль-фурацшк. Результаты экспериментов по оценке влияния добавок СаР2 к флюсам оптимального состава вше рассмотренных систем показали снижение степеней удаления фосфора и серы с повышением массы добавки СаР2 во фгазее.

Совместная добавка небольших количеств 3102 и СаР2 к флюсу Ш2С03 - СаО (суммарная масса добавки 11.1% от массы флюса) привела к существенному повышению эффективности рафинирования расплавов на основе железа как от фосфора, так и от серы. Увеличение массы добавки до 20% вызвало снижение эффективности удаления примесей (табл.2).Однако необходимо отметить, что и в данном случае быж достигнуты степени дефосфорации и десульфуращш вшэ, чем при применении в таком количестве каждой из добавок раздельно.

На основании выше приведенных результатов можно сделать вывод, что совместное использование в качестве добавки к содосодер-кащим флюсам СаР2 и Б102 позволяет повысить эффективность удаления фосфора и серы. Раздельное применение выше указанных добавок благопрятного воздействия на процессы дефосфорации и десульфурации не оказывает.

-19> Таблица 2.

Влияние добавок Б10а и к флюсу системы НааС0з- СаО на эффективность удаления фосфора и серы.

[ЯЭЗд [%Р]К [И1к ПР

81 0.236 0.224 0.147 0.019 37.7 91.5

86 - 0.247 0.245 0.138 0.022 44.1 91.0

130 зю2 1 0.280 0.253 0.170 0.011 39.3 95.6

131 1 0.250 0.251 0.156 0.010 37.6 96.0

129 •2 0.250 0.253 0.176 0.009 29.6 96.5

125 4 0.280 0.240 0.23Т 0.035 17.5 85.4

126 4 0.247 0.284 0.211 0.032 14.6 88.7

118 СаР2 1 0.220 0.229 0.132 0.019 40.0 ' 91.7

122 1 0.238 0.188 0.159 0.015 33.2 92.0

119 2 0.230 0.200 0.139 0.007 39.6 96.5

123 2 0.214 0.200 0.132 0.014 38.3 93.0

120 4 0.214 0.156 0.155 0.021 27.6 86.5.

124 4 0.220 0.180 0.164 0.029 25.4 83.9

Б10 2 + Са?2

135 1+1 0.242 0.297 0.102 6.004 57.9 98.6

136 1+1 0.241 0.246 0.118 0.004 51.0 98.4

128 2+2 0.231 0.284 0.157 0.013 32.0 95.4

134 2+2 0.244 0.283 0.162 0.014 33.б 95.1

<3. - количество добавки, г.

-202.4. Опытпо-прошиешое опробывапие совместного удаления фосфора и серы мз железоуглеродистых расплавов содосо-дерясащчыи флюса/ш

По результатам исследований было проведено полупромышленное опробывание внепечного рафинирования расплавов на основе железа от серы и фосфора, в ходе которого металл выплавляемый в 100 кг индукцонной печи обрабатывался затем в 2-х 50-и кг ковшах флюсами различного состава. Результаты опытно-промышленного опробования (табл.3-5) показали, что без применения какого-либо дополнительного оборудования внеагрегатная обработка железоуглеродистых расплавов позволяет достаточно эффективно провести одновременное удаление фосфора и серы.

Таблица 3.

Условия проведения полупромышленных экспериментов.

N.

ты

тгг 1.2

Флюс

На2С03 На2С03

2.1 Ка2С03

2.2 Ыа,СОл- СаО

2 ° (3:1) 3 Иа^СОо- СаО 2 3 (1:1)

4.1 Ка,С0о- СаО

23 (4:1)

4.2 Ш2С03

5.1

5.2 6.1 6.2

ш2со3

Ка2С03'

Ка2С03 На2С03

Кол-во Начальный состав металла, % Т

флюса С 31 Б Р °С

2.5 2.5 4.26 0.10 0.137 0.168 1400

2.5 2.5 3.98 — 0.169 0.222 1400

2.0 4.61 — 0.220 0.293 1400

2.5 2.0 2.57 0.10 0.194 0.307 1460

0.5 2.67 0.09 0.035 0.319 1460

0.5 2.66 0.07 0.620 0.551 1460

0.5 2.82 0.05 0.166 0.769 1430

0.5 2.86 0.05 0.617 0.772 1430

* Влажность Ка,С0, - 30% а э

Таблица 4.

Состав конечного шлака (%)

Б Р ГеО М£0 На20 На2С03 СаО

2.1 0.99 1.32 4.6 32.0 19.2 30.12 —

2.2 1.40 1.86 4.4 9.8 21.08 43.03 5.3

4.2 0.95 3.08 1.53 1.33 21.39 8.56 --

5.1 0.0 2.18 - 17.65 14.09 13.41 — .

5.2 9.42 1.95 12.58 14.23 5.89 4.32 — ■

6.1 5.26 4.73 8.81 4.36 13.02 37.33 -

6.2 8.7 3.42 21.16 9.15 5.43 27.09 -

Таблица 5.

Результаты полупромышленных экспериментов

Упд ,{%Р]Н Г%33н [%Р]К [%Б]К . >70 [%31].

1.1 0.168

1.2 0.168

2.1 0.222

2.2 0.222

3' 0.293

4.1 0.307

4.2 0.307

5.1 0.319

5.2 0.551

6.1 0.769

6.2 0.772

0.137 0.111 0.036 33.9 73.7 0.10

0.137 0.106 0.027 36.9 80.3 0.10

0.169 0.155 0.070 30.2 58.6 —

0.169 0.129 0.082 41.9 . 51.5 ■ . —

0.220 0.233 0.089 20.5 59.5

0.194 0.276 0.121 10.1 37.6 0.10

0.194 0.237 0.103 22.8 46.9 0.10

0.035 • 0.252 0.026 21.0 25.7 0.09

0.620 0.519 0.411 5.8 33.7 0.07

0.166 0.687 0.110 10.7 33.7 0.05

0.617 0.312 0.190 59.6» 69.2 0.05

-223. ОБ'ДИЕ ВЫВОДЫ

1. Термодинамический анализ реакций взаимодействия кальцинированной сода и N320 с элементами, растворенными в железоуглеродистом расплаве показал, что в условиях внеагрегатного рафинирования в первую очередь будут происходить реакции, десульфурации и десиликонизации. Из рассмотренных в ходе анализа реакций дефосфорации с термодинамической точки зрения наибольшей вероятностью протекания (наименьшим значением свободной энергии Гиббса) обладает реакция На2С03 с фосфором, б результате которой образуется ЗШ20 Р205 и выделяется газообразный Ка и СО.

2. На основе результатов термодинамического анализа разработана математическая модель взаимодействия кальцинированной соды с железоуглеродистым расплавом, которая позволила качественно оценить факторы играющие важную роль при одновременном проведении процессов десульфурации, десиликонизации и дефосфорации. Было показано, что эффективность дефосфорации железоуглеродистого расплава содой снижается с повышением в нем как начального содержания кремния, так и серн. Со снижением начального содержания углерода в металле эффективность десульфурации его содой падает, в то время как степень дефосфорации изменяется мало. Степени как десульфурации, так и дефосфорации возрастают с увеличением количества Ка2С03, применяемой в качестве реагента.

3. Теоретически расчитано и экспериментально подтверждено, что как начальное содержание кремния, так и начальное содержание серы в металле оказывают существенное влияние на эффективность его дефосфорации содосодерзсащими флюсами. При обработке железоуглеродистого расплава флюсом из 100 % 11а2С03 повышение начального содержания серы в металле с 0.067 до 0.28% приводит к снижению степени удалениия фосфора с 54.7 до 30.8 %.

4. Лабораторными исследованиями подтверждены выводы о влиянии начального содержания углерода в расплаве на основе железа на эффективность совместного рафинирования его от серы и фософора. Показано, что процесс десульфурации осуществляется по одновременной реакции ?4а2С03 с серой и углеродом. При использовании в качестве флюса только кальцинированной соды, повышение начального

содержания углерода в расплаве с 0.54 до 3.57% позволило повысить степень удаления серы с 5% до 89.8%. Заметного влияния начального „содержания углерода на степень дефосфорации отмечено не было.

5. Исследовано влияние количества флюса (100% NagCOg), используемого для рафинирования железоуглеродистого расплава, на эффективность совместного удаления серы и фосфора. Получено, что увеличение массы флюса приводит к повышению степеней как десуль-фурации, так и дефосфорации (при количестве флюса 3.2 г (1% от массы металла) - r?8 = М%, r¡^ = 8S; при 32 г (10Ж) - г)0 - 97.5%, = 74 %), В тоже время, было показано, что повышение количества реагента (100% Na2C03) вызывает существенное увеличение пыле-газовыделений, ухудшающих условия труда. В итоге был сделан вывод о необходамоста проведения исследований о возможности частичной замены На2С03 во флюсе другими компонентами без потери эффективности рафинирования.

6. В лабораторных условиях исследовано влияние частичной замены во флюсе кальцинированной соды на СаО и ВаО. Определены оптимальные составы флюсов систем Na2C03 - СаО и Ка2С03 - ВаО как с точки зрения совместного проведения десульфуращщ и дефосфорации, так и с позиции экологии. Наиболее эффективными для одновременного удаления серы и фосфора являются флюсы содержащие в системе Ка2С03 - СаО 75-90 % Na2C03 и 10-25% СаО, а в системе Na2C03 - ВаО - 40-70 % Na2C03 и 25-60 % ВаО. Экологически наиболее опти-

. мальными являются флюсы 75%Na2C03 - 25£Са0 и 40Ш2С03 - 60%Ва0. Показана различная роль СаО и ВаО в ходе . взаимодействия флюсов вышеуказанных систем с расплавом. .

7.'Положительное влияние добавок СаО и ВаО к кальцинированной соды на эффективности дефосфорации и десульфурацщ) было отмечено только при значительной их массе (> 50% от содержания Na2C03).

8. Совместное использование в качестве добавки к содосодер-жавдм флюсам Са?2 и S102 позволяет повысить эф^ктивность удаления фосфора и серы. Раздельное применение выше указанных добавок Олагопрятного воздействия на процессы дефосфорации и десульфура-ции не оказывает.

9. Опытно-промышленное опробование содосодержащих флюсов показало эффективное их использование для одновременного удаления серы и фосфора из железоуглеродистых расплавов без создания спе-цального оборудования.

Основное содержание диссертации представлено в работах:

1. Вшвкарев А.Ф., Лонпшов A.M., Ромашин А.Р. - Одновременная десульфурация и дефосфорация железоуглеродистых расплавов содосодержапдами флюсами. - 10-я Всесоюзная конференция "Физико-химические основы металлургических процессов." Научные сообщения. Москва, Черметинформация. 1991, Часть III, с.З-б.

2. VlsMcaryev А.P., Longlnov A.M., Romashin A.R. -"Simultaneous desulptarlzatlon and üephosptorlzatlon oi

iron melts by. soda-based lluxes" - "Fourth International Conference on CLEAN STEEL". 8-10 June 1992, Balätonszeplak, Hungary.

3. Вишкарев А.Ф., Лонгинов A.M., Ромашин A.P. - "Труды первого Конгресса сталеплавильщиков", Москва, 12-15 октября 1992 г., М., 1993 г., с. 191-195.

шскоасш ИНСТИТУТ СТШ И СПЛАВОВ

Заказ-/'HQ Объем in тираж ЮО Типография ШСиС, ул. Орджоникидзе, 8/9