автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и развитие теории и технологии процессов внепечной десульфурации чугуна в ковшах вдуванием диспергированных реагентов

^ Г ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

РАЗРАБОТКА И РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ . ПРОЦЕССОВ ЬНЕПЕЧНОЯ ДЕСУЛЫЬУРАЦИИ ЧУГУНА В КОВШАХ ПДУВАШЕМ ДИСПЕРГИРОВАННЫХ РЕАГЕНТОВ

05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических нау*

ШЕВЧЕНКО Анатолий 5илиппоеич

УДК. 669.162.20?.642.083.133.

Днепропетровск - 1997

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Институте черной металлургии НАН Украины им.З.И.Некрасова и на металлургических предприятиях Украины и СНГ. ,

Официальные оппоненты:

Академик Академии наук Высшей школы, член-корреспондент Инженерной Академии Украины, Лауреат премии Совета Министров СССР, Лауреат премии Яроо-лава Мудрого, доктор технических наук, профессор, ваводущий 1-афедрой металлургии отели Государственной металлургической академии Украины

Бойченко В.М.

Доктор технических наук, профессор, еаведавдий кафедрой металлургии чугуна днепродаержинского государственного технического университета

Чернятевич а.Г.

Доктор технических наук, профессор, ваведующий кафедрой металлургии отали Приавовского государственного технического университета

Харлашнн П.С.

Ведущее учреждение - Фиэико-технологический институт металлов и сплавов HAH Украины, г.Киев.

Защита состоитоя 199рг. на васедании Специаливи-

рованного Совета ( шифр Д. 03.11.02 "Металлургия черных металлов") по валите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Государственной металлургической академии Украины (320635, Днепропетровск, пр.Гагарина, 4).

С диссертацией можно -ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат рааоолан " " 199 г.

УуупыЛ секретарь Специализированного Совета, доктор технических наук, профессор

В.К.Цапко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА °ЛЬОТН

Актуальность работы. Основными тенденциями развития и важнейшими задачами металлургии в псзледние годы и на перспективу является обеспечение эсоломичного производства широкого соргамен-та кочлурентоспособных и выеоко.гачественных марок стали, снижение энергетических и ь.атериалышх ватрат производства и потребления металла, повышение гибкости и надежности сталеплавильного передела, а такие улучшение экология. Одной аз мжнеГашк прсЗ^еа ь решении этих вадач является создание наиболее атюмичзюго и надежного процесса внепечной десульфурации чугуна - основной еихтовой составляющей сталеплавильного производства.

В мировой практике однозначно решен вопроо о необходимости внепечной десульфурации чугуна. Имеется значительное ;«ышчество научных и технических наработок, а также промышленный опыт освоения этого процесса по различным технологическим решениям. С 70-х годов в чиоло ведущих разработчиков процессов внепечной десульфурации входят также ученые и металлурги Украины. Создаваема процессы базировались на научных наработках Куликова И.О., Воловика Г.A. j Красавцева Н.И., Вороновой H.A., Борнацкого И.И., Найдека В.Л., Мачикина В.И., Плискановского С.Т., Лаврентьева М.Л., Кудрина В.А., Глоеэцкого A.B., Половченко И.Г., Зборщика A.M., Смирнова H.A., Дворянинова В.А. и др. Благодаря этому на ряде металлургических комбинатов создаются установки (УДЧ) и отделения (ОДЧ) десульфурации чугуна.

Инфекционный ввод реагентов вглубь расплава создает благоприятные условия для обеспечения управляемого тепло- и массообмен-ного процесса в обрабатываемой ванне, в т.ч. за счет развитой реакционной поверхности реагентов, регулируемого подвода участников обменных процессов в реакционную зону, отвода продуктов реакции и ряда других факторов. Это позволяет исподьвовать широкий круг реагентов и варьировать глубиной десулгфурации чугуна.

В то же время степень усвоения реагентов и, соответственно, показатели реально применяемых технологи)! находятся на недостаточном уровне и изменяются в очень широких пределах. Основной причиной этого является недостаточно глубокая и неполная научная проработка вопросов, относящихся к трактовке механизма и кинетики процессов, а также некЬмллексный подход к решению задач и выбору конкретных технологических решений. Не учитывался ряд особенностей обменных процессов в системе "металл-реагент-шлак-гагов'л зт-

моефера" при внепечной обработке чугуна. При рассмотрении механизма и кинетики упускаюсь то, что внепечная дэсульфурация - это не только ввод реагентов в металл и протекание реакций между еврей и реагентами, а весььа сложный и тонкий кооперативный процесс, требующий соблюдения комплекса условий для создан.« ютбо-}.ев выгодных параметров реаяизации именно оптимального мех шизма процесса. Поэклу применяемые технологии внепечной десульфурации чугуна осуществлялись, как правило, в условиях и рехимгх, отлича-сдахя о; оптимальных.

Решение всего круга задач является актуальной научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение. При ее решении автором на базе комплексного подхода к выбору принципиальных положений изучены и разработаны недостаточно исследованные и нерассмотренные ранее вопросы теории обменных процессов и технологии внепечной деоутфурации чугуна различными реагентами. Это позволило обработать наиболее материал о- и энергоэ .<онсмные, эффективные и надежные технологические процессы внепечной дес./льфу-раики чугуна рядом реагентов оо снижением содержав.« серы вплоть до 0,001-0,0033, что уошлвает актуальность и значимость данной работы.

Цель работы. Разработка л разьлие основных теоретических положений и технологических Пс'чаметров оптимальных вариантов прс-цвоов внепечной деоульфурации чупш. инжектиропанием рглличных реагентов о созданном наиболее млт>риало- и энерго.экономны* технологических решений на основе комплексного исследования и пнали-ва гакономерностей обменных процессов в системе "металл-реп-гечт-диак-газовая атмосфера".

Научная новизне. Разработаны основные научные положения и методология концепции выбора параметров оптимального, процесса внепечной деоульф^-рации чугуна различными {«агентами на баге широкомасштабного комплексного исследования и ашлиза.

Выполнен системный анализ имеющихся кш литературных, так к собственных науч:сых данных в области внепечной десульфуоации чугуна.

С единых методических позиций применительно к уешлиям вне-печного ратинирования и с учетом возможных фазових превращений реагентов при вводе их в чугун определены термодинамические параметры комплекса реакц'ш между реагентами, компонента ,01 чугуна, гааг.ой средой и окружения. В результата теоретического обобщения бол. лого объема^ информации введены уравнения для расчета величин

изменения иэобарно-иэотермического патегциала ряда реащий, лро-те1аюад1х при внепечной обработке чугуна, на основа чего обоснована исходные условия реализации оптимальнсго механизма и наиболее рац,тональной схемы обменных процессов.

Впервые раз работа}, а и пр:мзнена математическая модель для расчета параметров нагрева, превращений и всплываяия реагентов в жидко».; чугуне. Выведены аналитические выражения и получены диаграммы для оценки соотношения процессов нагреве, тфенрацекиЛ и всплывания реагентов. Теоретически обоснованы оптимальные размеры частиц применяемых реагентов и параметры их ввода в расплав. Показано, что магний, в отличие от других реагентов, при вводе в расплав чугуна должен быть предварительно испарен.

Разработаны ноьые теоретические представления о механизме процесса десульфурации .чугуна мггнием, вводимым в расплав в струе инжектирующих газов. Показана приоритетность и правомерность реализации механизма взаимодействия именно растворенного в чугуне магния с компонента»® расплава, газовой среды и ковиезого шла' з.

Сформулированы основные положения методов выбора схемы и механизма реализации обменных процессов при десульфурации чугуна в оптимальных условиях. Выведены и экспериментально проверены аналитические выражения для расчета параметров смешивания чугунов с различным содержанием серы после десульфурации растворяющимися и нерастворяющимися в чугуне реагентами.

Теоретически обоснованы и определены условия, при которых инжектирующий газ, обеспечивая требуемые условия перемешивания, не оказывает отрицательного влияния на процессы деоульфурацки. Установлены величины оптимальных концентраций реагентов в газовой среде.

Впервые теоретически изучены и оценены в сопоставимых условиях закономерности теплообменных процессов при деоульфурации чугуна различными реагентами. По выведенным аналитическим выражениям получены диаграммы для определения потерь тепла в переменных условиях рафинирования.

Проведены широкомасштабные экспериментальные исследования закономерностей процессэ десульфурации чугуна различными реагентами. Подтверждены основные теоретические положение работы, уточнены принятые критерии л константы. Получены новые экспериментальные данные по комплексу показателей десульфурации чугуна.

Впервые разработаны-основные положения процесса десульфурации чугуна с корректировкой состава газовой атмосферы, ковиевого

шлака и чугуна о целью повышения эффективности рафинирования и предотвращения развития процессов реоульфурации.

Выработаны требования к аппаратурному оформлению процессов десульфурации и те.шологичеасому оборудованию; эксперимент эль но установлен ряд закономерностей инжектирования реагентов в расплав. Созданы принципиально новью конструкции фурм и оборудования для вдувания реагентов в жидкий чугун.

Установлены закономерности и параметры пылегазообрззо заний из ковшей при вводе различных реагентов.

Сформулированы основные положения, исходные требования и рекомендации для реализации высокоэффективны?', процессов внепечной десульфурации чугуна различными реагентами.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработаны оптимальные параметры промышленных технологий десульфу-рацик чугуна в ковшах вдуванием различных реагентов (магния, извести, карбида кальция, ссды, композиций н£ их основе) оо сличением содержания серы до О 001-0,005Х и степенью использования магния 95Х, извести - до кальцинированной соды - до 37Z и • карбида кальция - до 31Х. Разработаны номограмм^ для определения удельных расходов реагентов в иавись..ости от условии осуществления десульфурации чугуна. Сов; чны и прошли промышленную проверку мате; тала- и энергоэкономные технология десульфурации чугуьа различными реагентами с минимальными их расходами и наименьшими потерями температуры чугуна, в т.ч. при вдувании гранулированного магшя - 5-10°С, пэрспковой извести - 20°С.

Комплекс технологических и технических решений дачной работы составил основу исходных данных, технолог; weciз« рекомендаций и технологических заданий на создание новых и модернизацию имеющихся УДЧ и ОДЧ металлур! ических комбинатов "Ааовстаи", ДМК им. Дг ержинского, "Криворолстадь ", "Запорожатаы»", Новол: шец аэго, им. Ильича, Магнитогорского, заводи им.Пе! ровс:сого, "Свободный Сокол" и др.

Созданные технологии внедоменной десульфурации чугуна влува-нлем гранулированного магния и порошковой извести оо: оени и внедрены на металлургических комбинатах "Ааорстадь", Новолипецком, "Запорожстель", им.Дзержинского, "Криворожотапь", им.Ильича, заводов "Свободный Сокол" и Лутугинском прокатных гшкгв np:i произвол . тве высококачественных и ответственного назначения марок стали и чугуна.

Технологический ироцэос десульфурации чугуна гранулированным

магнием продан по лицензии АО "Раутаруукм" (Финляндия) и реализован в объеме 1,6 млн.т/год на осэружэннон УД1! Раахесского металлургического завода.

Суммарное годовое производство обессеренного чугуна по разработанным технологам составило 7,15 млн. т/год. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения и использования результатов работы составил 19,587 млн.руб. (в ценах до 1990 г.) и 428 илрд.крб. (в ценах после 1990 г.) с долевым эффектом автора соответственно 8,31 млн.руб. и 130,4 мдрд.крб.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Международных конгрессах литейщиков (Москва, 1973 г.), Воемирной магниевой ассоциации (Берлин, 1994 г., Сан-Фрагциско, 1977 г.), 1-1/ Конгрессах сталеплавильщиков (Москва, 1992, 1995, 1996 г.г., Липецк, 1993 г.), 3-х Международных семинарах (Москва, 1980, 1982 г.г., Магнитогорск, 1990 г.), на 14-ти Всесоюзных и стран СНГ конференциях и совещаниях, Б-ти Пленарных заседаниях Центрального правления научно-технического общества черной металлургии СССР и Украины, 10—га заседаниях Коллегии Министерств черной металлургии СССР и Украины, а также заседании Бора отделения физика-технических проблем материаловедения Национальной Академии наук Украины.

Разработки по теме диссертации экспонировались на международных выставках, ярмарках, ВДНХ СССР и УССР и отмечены дипломами и медалями.

Результаты исследований и разработок автора по внепечной обработке чугуна магнием являются составной частью работы, удостоенной Государственной премии Украинской ССР в области науки и техники.

Публикации. По материалам исследований и разработок диссертации опубликована 101 статья, получено 34 авторских свидетельства на изобретения и 16 зарубежных патентов (США, Германии, Франции, Швеции, Бельгии, Австралии и др. стран).

Объем работы. Работа состоит из введения, 8 глав, ааключе-ния, библиографического списка - 242 наименования, 252 страницы машинописного текста, 133 рисунка и 36 таблиц.

с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Рабата представляет собой результат законченного комплекса теоретических и экспериментальных исследований, а также технологически): и технических разработок по внепечной десульфурации чугуна, выполненных автором в гериод о 1968 по 1997 г.г. в Институте черной металлургии, а также на предприятиях Украигы и России.

В первой глаье приведены результаты системного анализа науч-лого уровня и полноты приработки, а также юказателей существую-сдх в мировой практике процессов десульфурации чугуна в ковша;: ¿пэличными реагентами. Перечень анализируемых факторов включил вопросы термодинамики, механизма и кинетики процессов, наличие методов регулирования процессов и их надежность, параметры и свойства вводимых обессеривающих реагентов, г&юномерности ряда массообменкых процессов, параметры вдуваемых в расплав двухфазных потоков, показатели эффективности и глубилы десульфурации чугуна, степень усвоения реагентов, аппаратурное оформление процессов и др. Определен достаточно широкий круг вопросов и пар метров, которые в требуемой мере изучены. Покаэшэ, что г яд процессов при определенных условиях обеспечивают онижениэ содержания серы в чугуне до 0,005-0,0102 и ниже.

Вместе с этим при ш лиае данных исследований и разработок показано, что применяемые п^эцесзы имеет н£достаточно высокий и стабильный уровень ресурсосбережения ввиду г?-да нерошеннух проблем и недоработок. Выявлено, что ^отсутствует в полной л эре комплексный подход в исследованиях и разработках.Терь'одигамика, механизм и кинетика процессов изучены недостаточно глубоко и без должного системного анализа.(применительно именно к условиям ков-ллевой обработки чугуна).. Тепло- и массиобманные процессы не сориентированы в направлении наиболее выгодных условий усвоения реагентов. Оценка влияния типа и параметров инжектирующее газов базируется на недостаточно глубоком анализе процессов; отзутотвуот сопоставимые данные о влиянии концентрации реагентов в газе-носителе, глубины ввода реагентов в расплав, массы металла, его температуры и других параметров ввода на уезоенле реагентов. Угг.цекь вопросы влияния ковлевьх шлаков и атмосфер 1 в саван над расплг-лом. Не/уэстатоию изучены характеристики образующие л отхедов при внепечной десульфурации и соответственно .че сформулированы ре» у-1с9ндацни по г'калэпм. Отсутствует научный подхэд в создании опти-I ильной аппаратуры и технологичесгазго оборудования для ввода ре а-

гентов в жидкий чугун. Методически не в.юлне корректно проводите« сравнение различных технологий десульфурации, в т.ч. Оез учета всего перечня показателей и в несопс«ставимых условиях. Не сформулирован комплекс требований и положений» обеспечиваэдих надежность управления процессами ратинирования и наиболее материало- и внергоэкономныи режим внепечиой десульфурации чугуна.

Изложенное являетоя основной причиной нивкой степени использования реагентов и высокой ватратнооти стапельной* чаши реализованных на практике и предлагаемых процэссоа ¡соз^бабй десульфурации чугуна. На базе выполненного анализа и выводов автором сформулированы аадачи исследований и разработок Диссертации.

Во второй главе 'изложены результаты термодинамического анализа процессов, протекающих при ковшевой гаиекциоиной десульфурации чугуна различными реагентами. Показано, что яри ввода реагентов в расплав происходят не только процессы нагрева, на и плавления (Са, МагСОз, А1, Са51 и др.)» иопарения (Мз-, На, огиагы), разложения (карбонаты, композиция) й растворения в расплаве (Ме\ А1, сплавы, композиции). Для реализации реакций взаимодействия реагентов с серой чугуна эти процессы должны быть завершены на максимальной глубине обрабатываемого расплава.

Используя термодинамические характеристики реакции растворения магния в чугуне:

Мз-ГаЭ * СМгЗ (1)

йг°т = - 32032 + 23,33'Т ' (2)

1г Кр- 7000/Т - 5,1 (3)

1(Г СМвЗ « 7000/Т - Б/1 + 1в Рм? (4)

получена диаграмма предельного насыщения чугуна магнием (рис.1), показывавшая, что величина Ш^] может достигать IX и более. возрастает со снижением температуры и увеличением давления. Полученная закономерность предопределяет оообые достоинства магния, так как реакция вваимодейотвия растворённого (а не газообразного) в чугуне магния (ГМ»Э) с серой в этом случае протекает не только в зоне его ввода и активного бзрботированин, но к за ее пределами. С учетом изложениего, а такте данных диаграммы (рис.1) наиболее оптимальной схемой,использования магния для десульфурации чугуна определено насыщение расплата магнием и за счет создания благоприятных условий - обеспечение взаимодействия магния с серой во всем объеме обрабатываемой ванны.

На единой методологической основе (в т.ч. применительно к условиям' внепечной обработки) получены возможные »змбинацни вгзя-

Риа,1. Зависимость предельного насыщении чугуна магнием [Mffi от температуры (t) и давления (цифры у кривых,МПа).

//.то

изо

то t'C

ыодейотвия различных реагентов о серой чугуна и вшеделы выражения для расчета ¿Z°t реадаий. Показано, чтз прэцео ы взаимодействия метдшов (Wff, Са, Нз), карбида и силицида кальция с серой чугуна протекают по наиболее простой прямой схек.а - боа других "соучастников"!

.(iMgljCa.Na^CaOa.CaSi) + CS3 (Mg3,0aS,Na2S) + (2C,tsn), (5)

По величине Д2°т предпочтение в качестве обессеривающих near >нтов иа ттаддов следует с тдагь магнию и кальцию, Саединенгя типа кар-. бвдов и силицидов кальция отнесены к "сильным" десудьфуяаторам, достоинствами которых является то, что величина AZ°t реакций их . вааймод&йствия о. серой чугуна практически мало зависит от темге-ратуры.

|Ш(сзгано, что реакции 'взаимодействия всех оксидов с серой чугуна протекаю? обяаательно о участием воссланоаителя (В),' свя-вивЕсцего высвобЦедаюцяйся кислород оксида?

; ' MenO + CS1 + xCBI —. Me^S + B*Q (6)

кз 01«вдов к наиболее эффективный обесзеривающ \м pt. are;.там нами отнесены СаО и NagQ, При взаимодействии их с серой чугуна а качаема восстало? in едей предпочтение следует отдать кремнию и алюминию, растворенным в рглилаве, - Магний не рекомендован в качеств', вооот юзитё$я, так как отвхиометрцчески требуемое его количество

О - ----------------- ------" " ~ ".........

для "раскисления реакционной вони" соответствует количеству шг-шя по лрямой очеме (5) вваимодейо-шя его о серой расплава, что, естественно, Оолее рационально.

Установлено, что взаимодейотв1.е карбонатов а аесйй чугуне протекает по достаточно сложгой многоступенчатой схеме с диссоциацией карбонатов, двойным (по сравнению о оксидами) расходом восстановителей и последующим этапом вваимодейотвия о серой чугуна. При исключении одного ко ук&шких атапов коопвряттакмй про-' цеоо удаления серы из чугуна не реализуется. В условиях икжекцк-онной обработки наиболее приемлемым на карбокатоа определен КагСОз, результирующая реакция взаимодействия которого о серой чугуна при учаотии [513 имеет вид»

3/2Ма2С0з+СБ)+б/4СЗП - МагЗ+3/4310в+1/Я(НааО*310г)+3/2СО (7)

Одним из основных преимуществ КагСОэ перед другини карбонатами при вкепечкой обработке чугуна является то, что коьаавш тепли- и массообменкых процессов при вводе ооды протекает а более выигрышных условиях.

По результатам выполненного термодинамического анализа перечень рекомендованных обесоериващих реагентов для иавйевой дэ-сульфурации чугуна нами ограничен Са, СаСа, СаО, НпвО, СаБ!, МагСОз, возможными композициями, .сплавами и смесями на ин основе. Принятые и полученные схемы реакций и выражения для расчета термодинамических параметров следующие (в т.ч. (7))I

ЩгЗ + Г$] - Ме$т • - 67185 + 18,18 Т (8)

Са* + СБ!! - СаЭт т - - 98377 +.19,92 Т (9)

СаС2 + 133 - СЗБт + 2С Д2°т - - 82787 + 22,23 Т (10)

2СаОт + СБЗ +1/2СЭ1] • СаЭт + 1/е(ЕСа0'5102) (11)

йг°т - - 58584 + 22,05 Т

СаПт + [33.+ 2/3[А13 - Са5т + 1/ЗА120з (12)

йг°т - - 86756 + 12,29 Т

З/ЕНагОж +СЭ) +1/2СБ13 - ИагБ*, + 1/2(На20-5и2) (13)

йг®г - - 101)519 + 27,15 Т

N320* + [53 + 2/ЗГА1] - ИагБж + 1/ЗА1г0зт <14)

Л2°т « - 107666 + 18,28 Т

можного повышения температур» нитридовввде1370-1400°С, но тем не менее уже произошел процесс исклгчекия «ли-уменьшения активного взаимодействия магкия с обрабатываемьм расплавом.

Г виду изложенного оде лап вывод 'о непригодности воздуха и ааота для„вдувания магния в гидкий чугун; несущий газ должен быть гарантированно нейтральном к магнию, г. »• - Ото углеводородные газы, аргон и аналоги. Показаны особые преимущества применения в качестве газа-носителя природного газа, так как при вдувании в чугун происходит его разложение о док&гышм сштнием температуры в зоне мода на 1&0-1в(РС, что сгюэтЯптяу»^ поакааша. ра~?гсркнооти ■

Рио.Е, Зависимость количеств» раалояиваихся нитридов (Км«^ u¿) о* температуры при абсолютном давлений 0,1 Ша (кривая 1) и 0,2 Ша (кривая 2).

магния в жидком чугуна. Одновременно за счет продуктов диссоциации газа повышается активность серы, создается нейтральная и защитная атмосфере* . а т.ч. над расплавом в ковше ва счет водорода.

Показано, что нейтральный к магния инжектиругкции газ может снижать эфрект десульфурации из-за уменьшения фактического парциального давления мзгнкя (F\<T® ) при разубоживакии его паров несущим газом. Это соответственно должно солровсяда^ься снижением равновесного расхворенлого. содержания магния (t!.íj]p) и повышением содержания серы (rsjp) -в чугуне.

Выполненные по выражению

смгЗр ■ ю [7С00/Т ~ 5,1). р^ш ( Jq }

расчеты это подтверждают. Вместе с этим установлено, , что при концентрации магния в несущем'(нейтральном к нему) fase (г\,г.) до

12 кг/ма и Солее влияние гава-носителя практически не ощутимо (рио. 3). Аналогичны* выводы получены при расчетах ггзс. По этим причинам условие т^д.г,» 12 кг/ма при вдувании магния лами определено как оптимальное: и существенно© в перечне важнелшх параметров эффективной и управляемой деоудь4Урации чугуна в ковшах,

В третьей л г деде представлены результаты поио:<а опиигльных условий масса- и теплообмена меаду вводимыми реагентами и ..вдким чугуном в ковша".. По рааработаниой автором методике расчетно-теоретического анализа процессов нагрева, превращений и зсплывания частиц реагенти 8 раошлве оуимарная продолжительность этих процессов (Хд ) в общем виде может быть определена иа выраженид

Ч - *И.Т. + *щц + + + Хл.г,

( 18 )

/УД,

■.'

.....Т ■

1 ' г ' . {\ ,

• ]

Рис. 3. Зависимость равнсг веокого содержания магния В 41 гунй (СийЬ) от КОН' цeятpaци:, магния я .шжек-тирувщем аргоне (*м*п,г.) и глубюш {цифры у кривых,*) ' вдувания. Температура чугуне 13004;.

гд? *и.т.. хЦЛ. « т*,*, , г. ' пр0.]!0д*1т9лыюсть ¡ФОЦЦОООЛ

• нагрева твердого, пммвнад, яагрвал *идкого, кипения <в т.ч. превращения) .)? дате?«* парообрыкав реагент*, соотвегспея-

В зависимости от вида реагента включает рамичныэ составляющие ив выражения Ш), рл иаявол— устойчивых реагентов (да-свд' аздьция, : карбид кальций и да.) вкгечаву в основе только "Си.т.. Для магния/ ряда карбоиаго» и их ирлЬвиций %л вюючает все составляйте ;(1В), а для ¿¿мюни, калцад, сюада.натрия и других' аналогбв -^тйлько.первые.три ^,*, ^пл^^к.*,). :

; Выведенное (на базе частных) выражение для расчета. длительное?'/ нагреаа чштиц (капли, пувцрькм): реагента в расплаве, имеет

вид: . -- ,____ - ________ -

г7- ~ 8 /221 ■ г

Тн.ч. = - 1п -—---. (20)

3 81-а 51п( /зв1- г)

где г, 8, В1, а - радиус частицы, безразмерная температура, критерий ЕиО и коэ£к}чциент температуропроводности, соответственно.

Величина 8 определяется по известному выражению: ^я.ч. " и

е--, (21)

где Ьж.ч., Ь1, Ь0,в. - температура чугуна, конечная 1-я и начальная температура данной фззы реагента.

Продолжительность возможных процессов плавления и' испарения частиц реагентов определяли из полученных соответственно выражений!

ро'г'ьдя.

Гпд,- —-—---— (22)

З'сг (1к.ч. - ^л. ) где рр, Ьпл.■ « - массовая плотность реагента, удельная теплота плавления и коэффициент теплоотдачи, соответственно. Ро.с.*Ро

Тк.= - , (23)

3-с-(Р8.- Ро.с.- ¡Тф-рж..,.) где Ро.с., с, Рэ, Ьф., Рж.ч - давление окружающей среды, постоянная испарения, давление насыщенного пара реагента,. глубина ввода реагента в чугун и плотность чугуна, соответственно. , Используя выражения (19) - (23) и ряд других, нами были получены частные выражения для расчетз т£ каждого из псследомвпшх реагентов. Продолжительность п{50цесса всплывания (хв) част;-Ц (капель, пузырьков) реагентов в жидком чугуне рассчитывали по формуле Стокоа.

Кз основе изложенного была составлена прогрзумз и выполнены с применением вычислительной техники расчеты параметров и т* для различных реагентов при изменении диаметра частиц от 0,1 до О мм и глубины вдувания гу в расглав до 4,0 м. Выявлено, что продолжительность процессов превращений и нагрева чаогиц до -гемпера-.туры чугуна может быть обеспечена эз время не более 0,03 о практически для всех применяемых диспергированных репгентсв. Наибольшей

она является у магния, кальция и ряда карбонатов, что предопределяет создание специальных условий ввода их в чугун. Показано, что "подготовка" частиц реагентов к химическому взаимодействию с компонентами чугуна обеспечиваемся при рассредоточенном вво,;е их в расплав, определенном (индивидуальном для каждого) дисперсном составе реагента и глубине его вдувания.

Разработанные номограмм соотношения веллчин х£ и хя при вводе различных реагентов (Мк, Са, №, СаО, СаСе, СаСОз и др.) в *кд:<ий чугун в зависимости от диаметра их частиц и глубины вдувания позволили сформулировать требовании к режимам и ус повили ввода. Рекомендованный верхний предел днам&тра чаотиц реагентов для ' фактических уоловий Их применения составляет для неметаллических реагентов не более 0,1-0,2 мц, для кальция - не более 2,3-5,7 мм, дан магния - не более 0,6-1,4 ми (а зависимости от глубины расплава в коше). Последнее условие было заложено в основу свойств созданного для деоульфурации чугуна г ранулированно г о магния (а. о. NN 325267 , 386571 и др.) и способов • ею получения (а.с. ЫК 4^1671, 384423). ' • ;

Анализ соотношения величин Хг Ха Для рагоичкых услоний обработки чугуна в ковшах свидетельствует о том,что независимо от типа вдуваемого реагента максимальная глубина его ввода в расплав ' .является положительным фактором, способным в £*3 раза увехичить Х|., что благоприятно йлияет на усвоение реагентов. * : При вводе магниевых реагентов ч жидкий чугун г злш.эннь-л выш«. требования являются необхсдвмдаи, нз не достаточными, так как при использовании характерные тисоразмеров магниевых реагегтов величины х^ и хв оказалкоь соизмеримыми (рио. 4). Поэтому ввод в чугун у магния в "холодном состоянии" (в т.ч. вдуванием, в виде кусчов,' . проволоки и др.) предопределяет недостаточно высокое его усвоение', так как часть времени (после ввода в рас'глав) затрачивается на нагрев, . плавление и испарение магния. Наличие пассивирующих добгдвск к магнию, сдерживал тешюобменные процессы, ми'-ет существенно усугублять эти негативны? явления.

:По.результатам ийложэвиого анализа выработаны следующие принцнпяалъ ные (.сложения опткмальных условии ввода магния в жидкий чугун: -

- вреия назрейV плавления и испарения магнкя не должно в:;о-дит^ в общий цикл асшшвания частиц магния в чугуне, т.е. перед непосредственный вводом- в жидкий чугун необходимо обеспечить нагрев и'-испарение магния;

Рис.4. Зависимость продолжительности нагрева и фазовых превращений а также продолжительности всплывания (т:Е) частиц магния в жидком чугуне от диаметра его частиц и глубины ввода в чугун (цифры у кривых, м) в твердом виде.

О 0J5 1,0 1,5 2,0 2,5 с1мд,т

- парообразный магний должен вводиться в расплав у дна ковша (на максимальной глубине);

- в реагенте не должны присутствовать пассивирующие добавки.

Достаточно надежным и простым решением реализации этих положений явился разработанный и представленный в диссертации процесс (а.с. NN 384406, 505682 и др.) регулируемого вдувания гранулированного магния через погружаемую в расплав фурму с испарительной камерой на выходе, в которой за счет тепла обрабатываемого чугуна обеспечивается контролируемое испарение магния перед вводом в расплав. Это позволило создать наиболее экономичный вариант промышленной технологии внепечной десульфурации чугуна.

При выработке рациональных параметров кинетики и механизма процесса внепечной десульфурации чугуна реагенты условно можно разделить на две группы - способные растворяться в жидком чугуне и нерастворяющиеся. К первой группе из реально приемлемых веществ относится магний и композиции на его основе, ко второй - практически все остальные (известь, карбид кальция, смеси на их основе и др.).

При нерастворяющихся реагентах в чугуне основной комплекс обменных процессов протекает на поверхности частиц и в пограничной зоне "частица - металл". Для этих условий приоритетными нами определены:' улучшение условий взаимодействия реагентов с распла-

вом за счет оптимизации аэрогидродинамики в реакционной зоне и химическая ее активизация.

По результатам расчетно-аналитических и экспериментальных исследований первое направление было реализовано за счет скорости истечения двухфазного газопорошкового потока из канала фурмы в расплав 100 м/с и выше, концентрации порошка в несущем газе не менее 30 кг/м3 и диаметре частиц реагента не более 0,2 мм. Этим обеспечена высокая "дальнобойность" и "пробивная способность" истекающей двухфазной струи с достижением в последующем (в расплаве) более полного отделения газовой фазы и глубокого проникновения (15-25 калибров) твердой фазы в жидкий чугун.

При таких режимах продувки нерастворяющимися в чугуне реагентами к важнейшим параметрам автором отнесена концентрация порошка в инжектирующем газе в пределах 40-70 кг/м3 при удельном расходе газа 1,3-1,8 м3/ч на 1м2 поверхности расплава в ковше. Эти пределы обеспечивают оптимальное согласование интенсивности подачи реагента и серы в реакционную зону. Отклонение параметров от указанных (в большую и меньшую сторону) сопровождается снижением эффективности десульфурации. Глубина погружения фурмы (h^) в расплав должна составлять не менее 90-95% от глубины ванны. Изложенные положения подтверждены при продувках чугуна известьсодер-жащими и карбидсодержащими реагентами.

Химическая активизация реакционной зоны в работе решена за

счет:

- высокой дисперсности (не менее 0,1 мм) применяемых реагентов;

- высокого содержания основного компонента (СаО, СаСг и др.) в реагенте; например, для извести состав определен (%): СаОакт.> 92, S102 < 0,7, п.п.п. < 1,5%, влага - не допускается;

- ввода в реагент и в жидкий чугун активирующих добавок (соды, алюминия и др.);

- применения нейтральных и гарантированно сухих инжектирующих газов.

Обработка чугуна магнием может включать два различных механизма взаимодействия с серой - газообразного магния (пузырьковый режим обработки) и растворенного в чугуне. В данном разделе развиты достоинства второй схемы. Показана реальность обеспечения реакции (1) при любых содержаниях кислорода и серы в объеме ванны за счет локализации процессов насыщения чугуна магнием в зоне ввода и барботирования с последующим взаимодействием CMg] с CS]

и СО] как в 80Н6 ввода, так и ва ее пределами (в объеме ванны). Эта схема может реализовать параллельное протекание взаимодействия магния с серой и. кислородом чугуна, чем можно объяснить недостаточно низкое содержание кислорода в обессеренной чугуне в ряде случаев.

Экспериментально на различных ковшах (в т.ч. 420-тонных мик-сер:шх), при варьировании состава реагента и условий растворения нами получены подтверждения правомерности - выбранного механизма взаимодействия растворенного магния о жидким, чугуном й его составляющими, '

Десульфурзция чугуна с максимальной оптимизацией "работа" механизма через растворенный мзгний является научной основой комплекса разработок Института черной металлургии и автора в том числе. Базовыми положениями этого комплекса являются следующие:

- перед непосредственны* вводом в расплав магний гарантированно и управляемо испаряш в испарительной части фурмы;

- парообразный магний вводят в расплав на максимальной глубине у дна ковш; .. -

- в зоне испарения, ввода и растворения магния создают комплекс благоприятных физико-химических условий (парциальное давление магния, температура, газовая атмосфера и др.) для этих процессов;

- обменные процессы оптимизируют вдуванием воостановительно-. го или нейтрального к магнию газа при низком расходе (< 6Э м5/«)

последнего и высокой концентрации в йем магния (более 12 кг/я3);

- система инжектирования и дозирования магния строго ориентирована на управляемое испарение магния я парообразование в ванне; . !

- состав газовой атмосферы и шлака в ковше при обработка корректируют, исключая окисление )4апшя (в т.ч. растворенного в чугуне) и предотвращая процессы ресудьфурации.

Созданный на этой основе технологический процесс обработки чугуна вдуванием диспергированного мзгнйя (а. с. NN326567, 1106154, 1540079; 1217885, 1351091, патент ОНА N 3.880.411, Германии N 232149Б и др.) обеспечил наиболее высокое (из известных аналогов) усвоение «агния (907. и выше).

С учетов возможности применения указанных типов реагентов (раотворяощкхся и перастворяюшкхся в чугуне) аналитически и экспериментально изучены закономерности смешивания обессеренных этими реагентами чугуйов (с различным содержанием серы). Псгазано,

что при десульфурации кемагниевши реагентами смешивание чугунов подчиняется обычным еакопаы усреднения, а содержание серы в смешанном чугуне (CSc3) определяется и? выракения:

ts0l - CSh)'«h + CSoJ.-il - «„), (24)

где CSa], СSo], ая - содержание серы ь необессерекном (более сернистом), обессеренном чугуне й доля необессеренного чугуна при смешивании, соответственно,

При десульфурации магниевыми реагентами насыщение чугуна магнием влияет на содержание серы в смешанном чугуне., уменьшая его ьплоть до 0,0053; (йри смешивании обессеренного и необессеренного чугунов) аа счет реализации механизма пзаимадейотв1Д СМгЭ с tSJ более выооиосерниотого чугуна. Конечное содержание оеры в чугуне (СЗД) пооло смешивания может быть определено иа следующих выведенных и проверенных выражений;

- А + уА^ + 4 R'il(l - Оц)2-0,7д

[Sc] --—--:--(25)

1,62* fl -к

А - 0,76-ааС5нЗ +-. - 0,76'[ЗД, (26)

сад

где к, п * константа в равновесной системе CSJ-tMff] и коэффициент усвоения при смешивании чугунов. Полученные выражения проверит; нами ори смешиваши чугу-юв в мш ерном отделении комбината "Азовот&дь", в т.ч. для определения требуемого содержания оеры в обессеренном чугуне и расхода oüec-- серквапщегр.реагента (в *.ч. магния) яри заданном содержан.;и серы в чугуне прела омешивзння,,; , ) s

" в четвертой главе изложены впервые выполненные системные те- • .оретичеокие .и . вковеримердальице исследования зеплообцепшх процессов при. десульфурации чугуна в ковшах раалидамл реагентами . (МХ, Ca,Na, СаО, СаСг, GaSi, СаООз,; NagCQa) вдуганием их различными газами (воздух, .: азот, аргон, природный гаа) о удедмшм расходом :рт 0,1 до 24 кг/т чугуна и обеспечении степени десуль£ура-ции от 20 до 95Х. Показана удовлетворительная сходю-осг* расчетных и фактических данных.

Установлено, что вкепечнаа деоульфурация во всех случаях сопряжена со снижением ,. температуры металла, Орнозн'дгя Ьтглгьями пот'api тепла двляшсярасходы аа нагрев и превращение оОессерива-даго реагента (8,8-68,61 расходной чаоти баланса), с излучением . барботирупщей поверхность!! ргоплаза {7,6-23,8t), нагрев 'футеровки

ковша (6-24,8%), погружаемой фурмы (7,7-24,8Х) и ковшевого шлака (3,9-15,9*.). Тип инжектирующего газа практически не влияет на ве-як-чину снижения температуры чугуна (üt), которое линейно увеличи-хается с ростом расхода реагента (q) по выражениям (для дсмэнных чуг'уноЕоэкых каплей открытого типа);

AtcaCi- 2,'5-q (СТ) ütNa СО - 10,7-q (29)

iicao - 4,0-q (28) Ммг - 19,4'q (20)

•Зависимость At от степени десульфурации чугуна (Ct.D) для всох реагентов является кривой второго порядка. Установлено, что при одинаковой Ct.D потери температуры чугуна при внеиечнсй де-сульфуращ'и вограстают в следующей очередности применения реагентов: Ca-*-Mg—CaC^CaSi—ЫагСОз—СаСОз. Наименьшее снижение температуры чугуна (б-Ю°С) получено в разработанном процессе вдувания магния, накбольиее (вплоть до 1 Ш°С) - при вдувания карбонатов.В силу изложенного, карбонаты не рекомендованы нзмк в качестве обеосертаапцих реагентов. Приемлемым определено снижение температуры чугуна при вдувании магния, карбида кальция и высококачественной извести.

Выявлено благоприятное влияние увеличения массы обрабатываемого чугуна (G4) на уменьшение скорости снижения температуры металла (Д1/т, °C/mi!h) . Установленная зависимость при вдувании магния имеет вид:

Шг - 6,32-е-0'0063 5ч (31)

при вдувании извести;

Шх - 11,1-е"0'0087 (32)

Использование этой закономерности для корректировки условий десульфурации чугуна позволяет, . увеличивая, Зц с. 70-60 . до 200т, уменьшить At/t при обработке магнием о 3°С/мин и известью с 6°С/мин до 1,5-2,0°С/мин, что особо важно в случае применения извести, та: как общее снижение температуры чугуна за период обработки известью уменьшается до 1В-20°С, и зтст процесс по затратности приближается к наиболее энергоэкономному вдуванию диспергированного мзгния через фурму с испарителем на выходе. Поэтому обработка чугуна в большегрузных заливочных ковшах определена в работе как наиболее энергоэкономная. Дяя прогнозирования изменений температуры чугуна при десульфурации в ковшах различными реагентами разработаны соответствующие диаграммы.

В пятой главе изложены результаты экспериментальных, опытных и опытно-промышленных обработок чугуна в ковша/ при различных условиях и параметрах рафинировзния для уточнения и проверки разра-

Оотанкых научных положений и рекомендаций.

Показано, что инжектирующие газы должны быть сухими (или ос>тиенньат), с содержанием влаги не более 0,17 г/и3 (точка росы минус 40°С) при вду^ан'.м мзгн.и ч не более 0,005 г/и3 (ючкг, росы минус 70°С) при вдувании карбида кальция, извести, соды и их смесей.

Результатами опытно-промышюнных продувок чугуна показано, что оптимальная концентрация магния в несущем газе составляет не менее 12 кг/м3 и немагниевых реагентов 40-70 кг/мл. При этих значениях Тп.г. установлено, что при вдувании немагниевых резген-тов азот и воздух являются практически равнозначными (для эффекта деоульфуращии) несущими газами, а приходный газ поьлзает степени использоезния , например, извести на 5-10% (относительных). При более высоких концентрациях (95-105 кг/м3) эгмена воздуха природ-нш газом повышает степень использования, например, Ксао с 5-15 до 7.5-20Х, что обусловлено, по нашему мнение, оптимчзагчей перемешивания расплава при разг.одении природного газа я положительным влиянием выделяющихся при атом углерода и водорода на обменные процессы.

При десульфурации чугуна у '-гнием (гранулировашмм и зернистым) выявлено, что при вдуваш.'-i его воздухом гли азотом снижение расхода со 170 до 100-110 м5/ч, а с дальнейшем го 40-60 ь3/ч и соответственно увеличении t^n.r. t'W до 12 кг/м3 степень усвоении магния Кме5+Мв (на удаленную серу и СМ?]) возрастает о ¿0 до 80Х. Увеличение ¡4Лг"3+1&г 0 повышением т^п.г. установлено такжо ,, при вдувании магния природным газом .и аргоном. Замена воздуха (или азота) ■ природным газом повысила степень усвоения магния на ,.rV 25-30Х (относительных). Аналогичное воздействие (но в раде случаев в меньшей степени) ог-агывает аргон. Погнанное полазгтельное влилгие сн ¡тения расхода газа-носителя, повышения концзктрадда в нем магния и применения нейтральных кматш газов обусловлено исключением потере магния о кислородом и азотом носителя, а также большей растворимостью магния в чугуне. По тучеиные результаты в последующем подтверждены широкой промышленной провер.-ай на ряде металлургических комбинатов.

При вдувании различных реагентов (извести, магния, смесей и композиций) установлено, что увеличение глубины погружения фурмч в оас .лаа с 0,4 до 3,0 м стабильно сопровождается непрерывным ио-вьсеяйем стэпени^усвоэния реагентов (как магниевых, так и немаг- . ни^вых). При использовании ;«зестьсодержадих реагентов по;сазана

надежная глубокая дес/льфурацин чугуна (80-90%) при h® > 2,5 м.Приведенное явилось одним из важнейших аргументов осуществления десульфуращт чугуна в заливочных бо.-ьшегрузта гавпая.

Комплекс полученных показателей десульфуращт доменного чугуна различными реагентами (магнием, кальцием, известью, содой, карбидом кальция и др.) позволил обосновать приоритетность магния и извести. При использовании СаО-содержащих реагентов по ряду показателей эффективным определено применение извести в смеси о добавками, из которых наиболее рациональной выявлена кэдьцшшрсваа-ная сода; оптимальное содержание соды в смеси установлено а пределах 10-157. при массе обрабатываемого чугуна ESU-ВОт и 5-10% -при массе 100т и более.

При вдувании магнийоодержаших реагентов увеличение М2акХ. г реагенте с 20 до 00-927", однозначно повышает отепень усвоения магния в 1,7 раза и удельную отепень десуль фу рации Ом? (от единицы введенного магния) в 1,58 раза, Этим подтверждено положение о необходимости применения магния без пассивирующих И равубоживавщих добавок.

Результаты продувок чугуна содой и карбидом кальция свидетельствуют о том, что для десульфурации эти материалы, выпускаемые промышленностью, могут применяться (но в измельченном виде).

Проведено и оценено влияние условий и способа Евода магния в расплав на его усвоение. Показано, что большинство инжекционных процессов ввода диспергированного магния обеспечивает более высокие значения Км? и Dmc, чем другие способы ввода. Наиболее существенными факторами обеспечения высокой степени усвоения магния явились параметры, улучшающие его растворение в жидком чугуне. По массивам продувок чугуна в доменнык ковшах выявлено, что переход к управляемому вдуванию магния без добавок через фурму с испарителем на выходе при т^п.г^ 12 кг/м3 и применении природного га-ва повышает Км?5+Ма' в среднем до 85% И Ом? до Z5X (на 0,1 кг/т введенного магния) благодаря чему удельный расход иагкйя снижается (кривая ü, рис.5) в 2,4-4 раза (против кривой 1).

Локальное снижение температуры чугуна в зоне вдувания магния природным газом на 80-120°С, способствуя большей растворимости магния (рис.1), повышает KM?SHte в 1,25-1,45 раза.

Комплексное улу-иение условий растворения магния а чугуне га счет вдувания магния без добавок, обеспечения г^п.г.* 12 кг/м3, применения Природного газа или аргона, испольгонання фурмы a не-

Рис. 5. Зглисмосп ■ содержания серы в чугуне (ГБЗ) ог расхода (амг) вдуваемого магния.

1 -спесь магния с иЭ1зстыо или доломитом, в ковше 8590т чугуна;

2 -гранулированный мггний о воздухом через фурму с испа-ригелем, 85-90т чугуна;

3 - "ранудированьыл 11агний О природным газом, 85-90т чугуна;

4 - гранулированный магний о природным газон (аргоном), 280т чугуна,

парителем, снижения температуры ц повышения давления в воне ввода (за счет И® > 2,6 м) увеличивает степень усаоенш: магния до 95Х (при конечной Сере около 0,0051) и соответствен ю снижал расход магния до минимально воэможногг (кригля 4, рис.6), а показатель 3 - до 1,0^1,1 кг/кг < что не им-^т аналогов в других процессах де-суль Грации. Этот комплекс параметров реализуется при обработке чугуна магнием в заливочных (особе <шо.большегрузных) ковшах.

. 1 Оптимизация условий инфекционной внепечной десульфурации чугуна в работе впервые решается совместно о учетом параметров ковтювых шлаков и атмосферы над расплавом. Установлено, что коли-' чес<гво исходных ковшевых шлаков" колеблется от 3,2 до 7Л (от массы чугуна), а по типу они предотавляют собой обычно грубые гетеро-•. генные конгломерат», в которых содержится 30-352 кахишкоь и всплпслов чугуна. Неметаллическая часть этих витков, как празило, 1 существенно отливается от обычных доменных шлакзв, имеет основность 0,4-0,8, нч обладает требуемой серопогло'тительной способностью и потенциально предрасположи на к развитию процессе-} ре-сульфуращш. В подтверждение этого на большем мтссн >е данных в условиях комбината "Азоестзль". показано, что соде г лание серы в ковшах пост, о ряда традиционных технологических операций переливов повидается в чугуне в среднем на 0,011.

метав ишаков после десульфурации о-раяаат существо примела-емсгс способа обработки чугуна. .После вдувания извести, карбида кгшцля 1' магшм оодержаннэ металла в шлаках возрастает до

[51%

003

цог

й.9 &

40-45%, после соды - снижается до 10%, 0 учетом этого и вдуваем;« реагентов изменяется количество вшакз в ковшах, После десудьфура-ции немагниевыми р^а'ентами образующиеся ковшевые шлаки имеют достаточно высокую сульфидную емкость, исключающую развитие ре-сульфурации.

При десульфурации чугуна магнием повышается содержание MgO в шлаке с 4,2-9,1 до в,7-13Х и серы о 0,4-2,1 до 2,1-7,ВХ, а остальные компоненты снижаются (за счет равубоживаииЯ продуктами обработки). Исследование свойств этих шлаков выайШО их недостаточную сульфидную емкость, что на практике приводит к повышенному расходу магния (показатель в - на 10-1БХ). Установлено также, что если шлаки после десульфурации нагнием не удаляются, а содержание в чугуне CMg] < 0,017., то при оливе в миксер иди переливах чугуна содержание серы в нем может увеличиваться. Растворенный й металле магний является защитным барьером, препятотву* возврату серы из илака. Исключение негативных процессов ресульфурацки нами было реализовано (а. о. N 1217885) повышением сульфпдной емнооти шлаков за счет ввода корректирующей добавки (1-3 кг/т чугу».з в доменные ковши и 0,5-1,0 кг/т в заливочные ковши) фракционированных материалов (1,5-10 мм) на основе Cao и MgO (в т.ч. их отходов). Этим было также обеспечено снижение показателя о при опытных продувках чугуна магнием на E6Z, а на промышленных сериях - на 1БХ при гарантированном исключении развития процессов ресульфурации на всех операциях переливов чугуна от доменной печи до конвертера.

Анализы состава газовой атмосферы в ковшах (под крышками) при продувка* магнием выявили среднее оомряание кислорода 171, азота - 79,5Z. дйоксйда углерода - E.lfc. Ввиду »того отмечены благоприятные условия для снижения эффекта десульфурации за счет окисления растворенного в чугуне магния кислородом атмосферы. Герметизация пространства над расплодом (устранение вазора Между крышками и ковшами), изменяет состав атмосферы в сторону: Ог < 10%, Nz > 04% и СОг - 4,5Х. Такую же корректировку атмосферы достигли при вдувании природного газа или аяотз по специальной схеме под крышку о расходом 160 м3/ч при обработке в доменньх ковпах.т.е. около 15-20 м^/ч на 1 м? поверхности расплава в ковше. В этих условиях (.ввиду отсутствия избыточного давления) иад расплавом ■ не происходит взаимодействия- [Mg] с азотом атмосферы! - растворенный магний, не успевший реализовать свой обессеривающий потенциал, на этапе всплывания, но окисляется в барботирующэй поверхности чугуна, а продолжает участвовать в обменных процессах за ее пределам1!'

- во всем объеме ванны расплава. Фактические данные продувок чугуна магнием показали, что указанна! корректировка ехмосферы в ковше снижает показатель 0 на 13% при вдувании магны природным газом и га 20-30% при ьдувглии магния азотом (воздухом). Установленная разница роота эффекта десул1 фурации обусловлена рарным усвоением магния при использовании различных носителей для (.-о вдувания в жидкий чугун.

В шестой главе представлены результаты исследований и разработок основных элементов технологического оборудования и аппаратурного комплекса для обеспечения надежного, регулируемого и управляемого вдувания различных реагентов в жидкий чугун, а также реализации оптимальных режимов процессов. Исследования выполнены на газодинамических модулях, физичгских моделям и промышленных установках, оборудованных специальной измерительной аппаратурой о автоматической одновременной записью всех параметров,в т.ч. мгновенных.

Фактические результаты экспериментов показали, что процесс вдувания диспергированных реагентов всех типов сопровождается вибрациями, колебаниями л знакопеременными на.'оуы.ами на элементы оборудования и конструкции установок, основной причиной которых является неравномерное гав'-обраэ зание, барботкровэдие жидкой ванны и пульсации при вдувал..^ двухфазных потоков а расплав. Определены собственные и вынужденные частоты, а также амплитуды колебаний элементов технологического .оборудованы при продупкэ чугуна. Установлены нагрузки, действующие в основных узлах, а также их зависимости от интенсивности продувки. С учете* г тих даннь< совершенствовалось и дорабатывалось технологическо; оборудование " УДЧ и ОДЧ.' ' .

Установлено, что наличие и уровень пульсаций и неравномер-ностей при вдувании реагентов в рас агав обуславливает характер бэрботирования чугуна 6 ковше. При постоянстве среднего расхода реагентов в единицу времени наци определены мгновенные колебанич этой величины с отклонением в меньшую и большую сторону -I- 40-452 01 средних {значений. Вслед после мгновенного увеличена массового расхода реагента следует воплэш или даже выплеск металла из ковра, Поэтому обеспечение наибольшей равномерности и минимальных пульсации при ¡кжекционном въода реагентов в раогцав является одним иа важнейший требований к технологическому оборудованию УДЧ.

Независимо от сиотемы дозирования и подачй диспергиропа.шых материалов выявлено/ что толчки давления на выходе из канала фур-

мы (от жидкого чугуна) влияют встречно на изменение давления и мгновенчьш расход материалов практически в наддом сечении инжек-цконной магистрали по длине " (вплоть до расходного дозирующего бункера). Наибольшая восприимчивость от внешних возмуцений выявлена у аэрационных пневмопитатвлей, меньшая - у роторных.

Показано, что минимальные пульсации-, и неравномерности в подаче реагентоь (t 4Х и менее), в т.ч. обусловленные внешними неуправляемыми факторами и возмущениями, при использовании аэраци-ониого пневмопитателя достигаются при обеспечашш доаируодзго перепада давлении (над олс материала в бункере питателя у. смеси-тольной аэрокамерой) не менее 0.3 МПа. При роторном питателе это обеспечивается выполнением дозатора многорядным (бохеа 2-3 рядов) вдоль плоскости врадения и ступенчатым сдвигом ячеек з этом же направлении.

По результатам исследований режимов и закономерностей вдува-н и материалов в жидкий чугун на глубину до 3,8 м разлюигыми питателями выработаны требования к конструкциям и параметрам их работы. Аэрационный пневмопитатель определен нами как наиболее приемлемый для вдувания мчлкодислерсных порошковых материалов (извести, карбида кальция, смесей) а большей интенсивностью (более 30 кг/мин) лсдачи реагентов и концентрацией пороша в несуцем газе более 20 кг/м3. Установлено, что аэрационная часть зтага питателя должна быть выполнена конусной с углом наклона образующей к горизонтали не менее 7в°; псевдоожижэние порошка должно осущест-влятося непрерывно по всей высоте аэрационной гоны (по высоте не ьене>» 1,4 м) с регулируемым расходом аэрирующего Газа в пределах 40-80 м3/ч при напоре газа В э'/ом устройстве не менее 0,3 МПа й содержании влаги в технологическом газе не более 0,005 г/М3.

Для здувания зернистых и гранулированных реагентов рекомендован и принят роторный ГОгёателъ с плавной регулируемой скиростьо вращения ротора. Для исключения обтекания материала минуя ротор зазор между ротором и корпусом должен быть йе более 0,6 мм. Более высокая надежность применения механически): дозаторов в система шиекционного ввода диспергироватых реагентов в рзсплгв была достигнута аа счет применения разработанной конструкции (а.о. N 1294038) объемны; сит в система пневмотранспорта.

Выполненные исследования и широкая промышленная проверка позволили определить Наиболее принципиальные И основные конструктивные параметры составляющих аппаратурного комплекса десульфура-ции чугуна, в т.ч. материдооп^оводов (а.о. N 1351091), фурменных

устройств (а.о. NN 384406, £93855, 735638), системы дозирования (а.о. NN 1339964, 1632895 и др.) и ряда другого технологического и вспомагательного оборудования. Выявлено, что для вдувания порошковых немагниевых реагентов достаточно надежным является применение фурм с постоянным диаметром канала, усовершенствованных вами (а,о. N 367154) в части огнеупорного покрытия из набивной и наливной масс. Наиболее аффективное, устойчивое и надежное вдувание магния в жидкий чугун о реализацией выработанных нами оптимальных положений и параметров обеспечивается при использовании фурмы о испарительной камерой на выходе а сочетании с разработанными параметрами (а.о. N 1351091) подводящего материалопровода и испарительной части (а.о. NN 384406 и др.) в виде конуса о внутренним диаметром основания 100-350 мм и высотой 700-800 мм.

Надежная работа промышленных УДЧ и 0ДЧ достигнута также вь счет созданных оптимальных технологических и технических решении по вспомагатель ным технологиям и оборудовании (а. о, NN 1235222, 1692303 й др.), в т.ч. фурменным устройствам и его приводу, изготовлению фурм, подготовке реагентов непосредственно на УДЧ, системам управления и ряде других.

в объеме выполненного комплекса разработок создано несколько типов опытно-промышленных и в последствии промышленных установок и отделений деоульфурации чугуна, на которых были обеспечены надежные и управляемые условия обработки чугуна рядом реагентов в ковшах равличного типоразмера. На основании этого в последствии были рае работали наиболее совершенные принципиальные аппаратурные схемы, примененные на вновь созданных и проектируемых объектах внепечной обработки чугуна.

В седьмой главе изложены результаты исследования экологии при внепечной десульфурации чугуна в ковшах. Показано, что независимо от Применяемых способов и отепони усвоения реагентов процессы внепечной обработки сопровождается гшлегаэовымк выбросами из ковшей (15-30 тыо.цЗ/чдыма В газоходе), требующими их улавливания и очиотки. Меньшее количество дьиа (12-15 тью.мЗ/ч) выделяется из ковша при спокойной технологичной продувке чугуна и уменьшении количества подсасываемого-в ковш атмосферного воздуха, большее (25-30 тыс.м^ч) - при бурной (нетехнологичной) обработке и ири десульфурации кальцинированной содой.

Характерная температура отходящих газов при обработке известью составляет около 280°С (с возможными кратковременными повышениями до 380°С), магнием - в пределах 160-280°С, карбидом каль-

ция - UU-18a°C, кальцинированной содой - 400-600°0.

По своему составу газовая фааа дыма содержит (:> отходящем газоходе) Ог - 17,4-19, IX, COg - 0,8-4, U, СО - 0,08-0,49*, N« -практически остальное. По количеству СО, NOx. S0K и С2Н2 отходящий дым не требует специальных химических мер очистки (по заключению НПО "с нергостаяь"). Обнаруженный в даме при продувке чугуна кярбидом кальция ацетилен обусловлен взаимодействием выбрасываемых из коаша чаоткц Caüf. с злзгой атмосферы, поэтому его содержание увеличивалось о ростом влажности окруаезцей атмосферы. Ввиду этого использование карбидсодержащих реагентов требует (о учетои работы УДЧ во время дождя или остановок) специальных мер контроля и безопасности в системе газоочистки для предотвращения взрывоопасных концентраций ацетилена. Из всех вариантов образующихся ды-i овых выбросов к менее вредный относятся газы, выделяющиеся из ковша при вдувании магния (Ог - 19,IX, N2 - 79,9Z, СОа - 0,8%, СО

- 0,08?, S0K - 2,6 мг/м3, N0X - 13,1 ыг/ы8).

Фактические данные заиерсв пст?аэали, что содержание пыли в выделяющемся дыме при десульфураиии «вменяется в широких пределах

- от 1 до С)5 г/м3. Установлена зависимость этой величины от состава примениfмого реагента, способа его ввода в чугун, параметров ввода, степени усвоения, состава и Tima шлака в ковшах, характера обработки и других параметров. Основными факторами снижения запы-ленлости нами определены: обеспечение высокой степени усвоения реагентов; исключение пульсации в подаче реагента; скадение интенсивности ввода реагентов; уменьшен«? расхода газа-косителя; успокоение процесса обработки чугуна; исключение в составе шюна с-лели, разжижение ковшевых шт»»в; применение крышек на ковшах при десульфурации: уменьшение подсоса атмосферного Еоздуха и др, Выполнение этих положений снижает запыленность отходящего дыма до 1-4 г/м3. Пыль, выделяющаяся из ковшей при десульфурации различными реагентами, представляет мелкодисперсный поре шок о Диаметром частиц менее 100 мкм. Сснов1тами соатавляюацаш пыли являются окислы железа (14,0-56,351), углерод (2,1-31,82), кремнезем (1,3-5,2Х), се>а (О,1-1,ЗХ), а остальное - соединения на основе вдуваемых реагентов: при вводе магния - f.ígO (до 24S), при вводе извести и карбвда кальция - Л'Ю (до 382), при вводе соды - NanXm (до 11,97.). Для улавлньац'лч этой пыли пригодны газоочистки как "сухого", так и "мокрого" тотса, 'Лги десульфурации карбидом кальция газоочис-тка должна оснащатьсь сгктнюй контролируемой нейтра-лиегдни СаСй. содержащегося в пыли до 1,Т.

После деоульфурации чугуна иавеотыз, магнием и карбидом кальция существенной составляющей (40-45%) ковшевых шлаков являются корольки и всплески металла. Содержание серы в них изменяется от 0,06 до 1,ЕЗХ и зависит от содержания серы в шлаке и размера корольков. Содержание серы в корольках чугуна после десульфу-рации известью и карбидом кальция может достигать 0,1%, десульфу-рации магнием - до 1,3%. Шкгхи после деоульфурации оодой содержат металла не более 10%. Вследствие етого добавка соды в ковшевые шлаки является действенной мерой снижения потерь металла со шлаком.

Анализ неметаллической 4 >зы образующихся шлаков показал, что после деоульфурации известью, магнием и композициями на их основе шлаки являются нетоксичными и подлежат переработке и утилизации по применяемым на металлургических предприятиях технологиям.

После обработки карбидом кальция ковшевой шлак содержит 4,6-8,6% СаСг- Нашими исследованиями установлено, что при охлаждении на воздухе до 90°С и ниже такой шлак выделяет ацетилен, а при воздействии на шлак водой ацетилен интенсивно выделяется при 400°С и ниже. Поэтому шлаки после деоульфурации карбидом кальция требуют специальных мер по локализованной нейтрализации СаСг. Это же относится к части применяемого оборудования (ковшам, шлатовым чашам и др.). Шлаки, образующиеся после обработки чугуна кальцинированной содой, обогащаются оксидом натрия до 16-28%, поэтому требуют переработки с выщелачиванием и извлечением натрийсодержа-щих соединений.

В, работе изложены рекомендации по использованию улавливаемой при деоульфурации чугуна пыли и образующихся ковшевых шлаков в качеотве вторичного сырья.

В восьмой главе представлены основные результаты отработки, широкой опытно-промышленной проверки и освоения комплекса разработанных нами технологических процессов деоульфурации чугуна различными реагентами. Показано, что реализация технологий в соответствии о разработанными в диссертации научными положениями позволяет при использовании ряда реагентов обеспечить наиболее экономичные и оптимальные режимы деоульфурации со снижением содержании серы в чугуне до 0,001-0,005% при степени деоульфурации вплоть до 93%.

Показатели деоульфурации чугуна известью и смесями на ее основе проверены при варьировании основных параметров в следующих

2S

пределах: содержание извести в реагенте - 75-1002, СаОакт,-48-02/1, глубина погружения фурмы - 1,2-2,9 !,!; Тп.г." -10-150 кг/м3, удеэный расход извести (qcao) - 2-23 кг/т, расход га-эз-носятедя - 50-190 м3/ч, потери при прокаливании (п.п.п} извести ■ 1,0-11,32, содержание влаги в газе-носителе - 0,005-0,60 г/м3 и ряд других. По массивам промышленных лродеок установлено, что ресурсосберегапщая и эффективная технология десульфурацкк чугуна иззэстью должна отвечать следукц;:м ооковккм требованиям: СзОакт.>90-9SS. h® >2,П м, п.п.п <2%, масса чугуна в ковпе >150т, .'л. г-:"-" :г/>.:4, zzbt?. в гаге < Э.СС5 г/м3, ;п-:гз:гс:з-

SGwTb адувзн;:л - ÍCO-2CO кг/дан, седеряевпв аккгг'лрущ&й дсЗгзгет ооды в смеси - H-iOX.

Осуществление внчпечной десульфурации чугуна при совладении приведенных и ряде других отработанных услозий (в т.ч. фракцкон-но-дисперском составе порошка, парзметроз работы лневмодозкрувщез системы и др.) позволяет снижать содержание сера в чугуне еплоть до 0,0052 при степени десульфурацки 852 и усвоения извести до 202. Это снижает удельный расход извести до 6-8 кг/т, что соответственно уменьшает потери температуры чугуна при ' десульйурации до 15-2С°С\ Отозботанная при указанных параметрах зависимость СтЭ от а.сао (рис.6) позволяет достаточно надежно устанавливать рзехед извести для заданной глубины деоульфурации. В работе показано, что отклонение от этих параметров существенно снижает эффективность и эксйомшность процесса деоульфурации.

CrD.%

SO

60 40 20

■■ 1 ! ^ Л .

е/ С К

/ /| 7+—

/./ /

6 8 Ю

Рис.6. Зависимость степени десульфуралии чугуна (Ст.0.) от удельного расхода (ч) вдуваемых извести (СаО).каль-цкяированйзй ссды (И32СО3) и технического карбида кальция (СаС2).

Предварительный ввод в чугун (перед вдуванием извести) алюминия (0,5-0,9 кг/т) повышает степень десульфурации на 5-10% (абсолютных) при одновременной стабилизации показателей и глубины десульфурации чугуна.

По результатам промышленных продувок подтверждены следующие положения наиболее эффективной технологии деоульдурации чугуна известьсодержащкм реагентом: обработка чугуна - в большегрузных заливочных ковшах (более 150 т), обеспечение оптимальней концентрации извести в газе (40-70 кг/м3), применение извести оговоренного высокого качества и с активирующими добавка®, использование азота (и природного газа) с исключительно низким содержанием влаги (не более 0,005 г/мэ), применение разработанной аппаратур-но-технологической схемы и ряд других. Основные положения этой технологии были освоены на УДЧ конвертерных цехов металлургических комбинатов "Криворожсталь" и ДМК им.Дзержинского.

При десульфурации чугуга кальцинированной содой показано, что вдувание ее через фурму с уширнтедем на выходе и стабилизация интенсивности подзчи порошка позволяли обеспечить надежный ввод соды в расглав при снижении расхода несущего газа вплоть до 60 м8/ч и повышении интенсивности вдувания соды до 0,4-0,5 кг/мин на тонну чугуна при наполнении ковшей металлом около 70-80% и отсутствии выплесков чугуна. Это позволило в 2,0-2,5 раза повысить степень усвоения соды, снизить расход соды на удаляемую серу (показатель в) до 20-50 кг/кг, довести степень десульфурации до 80% и выше (рис.б) и снижать содержание серы в чугуне до 0,005%. Вместе с этим отмечена недостаточная стабильность результатов и ' характерные значительные потери температуры чугуна (вплоть до 80°С). В работе рекомендовано осуществлять обработку чугуна содой в большегрузных заливочных ковшах, что позволяет, повысив степень усвоения и снизив расход, соды, значительно уменьшить негативные факторы этого процесса.

Технология десульфурации карбидом кальция отработана и проверена при обработке чугуна в доменных ковшах. Показано, что при использовании реагента в виде молотого технического карбида кальция о содержанием СаСг около 63% достигается глубокая (до 0,003% серы) десульфурация чугуна.. Обеспечение оптимальной шкцентраций порошка в несущем газе (50 кг/м®) повышает степень усвоения КсаСа до 30%. з отличие от других процессов установлено, что продувка чугуна карбидом кальция может быть обеспечена в исключительно спо!»кном режиме при практически полном нэливе ковшей (95% и бо-

лее). Это является следстЕягм особых свойств карбида кальция (как ргегекта) и использования раъработаннои зг.паратурко-техкологичес-кои схемы к оборудования, По результатам прсниалеьнах продувок чугуна сфоруулированы следующие оптимальные условия каиболее экс-номичной и эффективной технологии десульфурации кареидо» кальция: масса чугуна а козпе - не менее.150 т, 2,5 V, содержание СзСг в реагенте - не менее 757., диаметр частиц порепка - 0.1-0,4 мм, тп.г.-ЬО кг/мэ, расход инжектирующего азота - ?-3 у9/иян, ;:нтон-сивкость вдувания -80-130 кг/ига, ОоСлгдентге излвкеняш: и р?дз других разработанных условий позволяет обеспечить достаточно эффективную десульфурации (60-80*) чугуна при расход? реагента 3-4,5 кг/т (рио.б), а глубокую десудьфурацкю (90£ к более) при Чсас3~ б кг/т. Разработчика! технология десульфурации чугуна карбидом кальция выдана Азовскому и Липецким Гипромееам для проектах работ г,о развитию и модернизации средств внелечкой обработки чугуна.

Значительный объем выполненных и представленных автором разработок связан о поиском и созданием эффективного и экономного процесса десульфурации чугуна магтйесдерасгаряг реагелтаж. В этой главе приведены данные обширной происаленной проверки и разработки технологий десульфурации чугуна о использованием различных магниевых реагентов, параметров и способов ввода. Параметры, показатели и номограммы уточнены длительной проверкой на УДЧ и 0;,"Ч различных эаводса, которая выявила, что независимо от достоинств или недостатков различных технологии ввода магния уровень эффективности десульфурации чугуна возрастает о более полным использованием в технологии выработанных нами научных положений по обеспечение благоприятны* условий растворения магния а чугукэ и взаимодействия о серой расплава й ковше. По этим причинам э последовательности вариантов 1-6 технологий (табл.1) закономерно происходит повышение с 30 до.95Х, ешкение им* с 5,2 до

1,1 кг/кг и увеличений О«* о 6,1 до 36Х, т.е. оптимальной и наиболее экономной подтверждена технология деоульфурации чугуна нагнием по варианту б- в Сольшггруяяш заливочяък Ковшах, обеспечивающая наиболее высокое уоьоеьие реагента и минимальный ого расход (таблица, номограмма рис.7),.

Проиыплзниая проверка пС'Чазала, что более нигкиэ экачэнкя Кмг3+Мг и необходимый несколько больший расход магния при сбра-Оо?ке в доменных ковшах мору? комйейсйроваться (в сторону улучзе-

Рио.7. ' Номограмма требуемого расхода гранулированного магния (ед?) для ааданного снижения содержания серы ISÍ в чугуне при десулъфурацни в вализочных новлах (при h® > 2.5 м),

ния показателей) корректирующей добавкой (1-3 кг/т чугуна) в ковш фракционированной извести (или ее отходов), поддувом азота под ' крьшку коиза и применением Mff-Al композиций. Вдувание вторичного гранулированного магния (М?&кт- BZ.Í, Al- 9%, Zn- 2,7Х, хлор-ион -4/0 в равных условиях обработки обеспечивает более высокие . :<MeS+í¿tr (на IOS), чем на первичном магнии, что обусловлено более благоприятными условиями растворения магния . в чугуне о вводом алюминия. Применение указанных приемов позволило стабилизировать степень усвоения магния при обработке ь доменных ноапах на уровне 94Х.

По результатам исследований и промышленной проверю оформу-лирован перечень оптимальных параметров и условий технологического процесса деоульфурации чугуна мзгнийоодержадими реагентами. Основными составляющими наиболее аффективного осуществления этого процесса являются: вдувание магния без добавок; предварительное испарение чагния за счет вдувания через погружаемую фурму с испарительной камерой на выходе; применение в качестве носителей природного газа или аргона; дизметр частиц магния - не более 1,5мм; Ь®>2,5 м; Г^п.г.^г кг/м®; приоритетная обработка чугуна в зада-

Таблица

Средние показатели промышленных серий десульфурации чугуна вдуванием магнийсодержащих реагентов

N варианта Реагент, способ ввода, тип несущего газа Тип ковша с чугуном Удельная степень десульфурации, DMÉT. Z/0,1КГ Mg Расход магния на сеРУ. ßMffi кг/кг Степень усвоения магния, Км*5^ г

1 Смесь магния с известью (доломитом), фурма постоянного диаметра, воздух 140т доменный 6,1 5,2 30,1

2 Магний гранулированный, фурма постоянного диаметра, воздух (азот),более 120 м3/ч 140т доменный 8,9 3,9 45,0

3 Магний гранулированный, фурма с испарителем, воздух (азот), 110-120 м3/ч 140т доменный 10,3 2,9 58,2

4 Магний гранулированный, фурма с испарителем, азот (воздух), 60-70 м3/ч 140т доменный 14,2 2,0 66,6

5 Магний гранулированный, фурма с испарителем, природный газ, 50-60 м3/ч 140т доменный 25,4 1,6 85,0

6 Магний гранулированный, фурма с испарителем, аргон, природный газ, 60 мэ/ч 350т заливочный 36 1,1 95,0

вочных ковшах; корректирующая добавка извести в ковш; минимальный расход газа-носителя (20-40 м3/ч); корректировка газовой атмосфе-

ры вдуванием азота под крышку. Изложенные и ряд других параметров обеспечивают усвоение магния не ниже 90%, минимальный удельный его расход (0,2-0,3 кг/т) и наименьшие потери температуры чугуна (5-10°С).

В объеме выполненной работы уточнены также закономерности изменения содержания серы в ковшах с чугуном на всех операциях от выпуска из доменных печей до слива в сталеплавильные агрегаты, в т.ч. с применением технологии десульфурации чугуна различными реагентами. Сформулированы и проверены на ряде заводов основные технологические приемы, исключающие развитие процессов ресульфу-рации при содержании серы в обессеренном чугуне вплоть до 0,001-0,005%.

Разработанный комплекс технологических процессов и аппаратуры освоен при промышленном производстве гранулированного магния (концерна "Ориана", г.Калуш, Украина), на установках и отделениях десульфурации чугуна металлургических комбинатов "Азовсталь", ДМК им.Дзержинского, "Запорожсталь", и др., а также по лицензии на Раахесском металлургическом заводе (Финляндия). Проектная мощность созданных средств внепечной обработки на различных заводах составляет 0,35-4,0 млн.т/год чугуна. Максимальное суммарное годовое производство обессеренного чугуна на этих объектах составило 7,15 млн.т/год. Содержание серы в чугуне после десульфурации определяется требованиями потребителя и варьируется в пределах от 0,003 до 0,015%. Основной объем обессеренного чугуна используется для выплавки низкосернистых и особо чистых по сере сталей.

Проведенные с компанией "Россборо" (США) совместные испытания разработанного процесса десульфурации чугуна вдуванием гранулированного магния природным газом и аргоном через фурму с испарителем подтвердили его надежность и высокое усвоение магния - в 1,5-2 раза выше, чем у ближайшего зарубежного аналога.

Технико-экономическое сопоставление и анализ выполненных разработок показал, что их использование в процессах внепечного рафинирования повысило степень усвоения магния в среднем с 42,5 до 90%, извести - с 7 до 15%, карбида кальция - с 21,5 до 24,5%, кальцинированной соды- с 9,5 до 22%.По комплексу показателей приоритетными определены и рекомендованы разработанные процессы десульфурации чугуна вдуванием гранулированного магния и порошковой смеси извести с содой в большегрузных заливочных ковшах. Процесс десульфурации чугуна гранулированным магнием отличается от известных аналогов наиболее высоким (более 90%) усвоением магния,

наименьшими его расходами- (около 1 кг на 1 кг удаленной серы) - и надежной глубокой десульфурацией чугуна а широких промка-еяжх масштабах применения. Показатели разработанной технологии десульфурации чугуна смесь» извести с содой не устуяыот известна: сда-логам, а сопровождаются меньшими (на 10-20%) расходами реагентов при обеспечении снижения серы в чугуне вплоть до 0,005?.. По еат-ратности созданные процессы десульфурации чугуна вдуванием: магния через фурму с испарит- лем в струе нейтральных газов и вдуванием извести о добавкой соды определены как наиболее экономичные и ресурсосберегающие. 1'х дальнейшая перспективность /силиваехся ва счет :тполъе>ования вторичного магния (из ломов и отходов) и высококачественной дешевой извести собственного производства.

Заключение

1. Разработаны и развиты теоретические положения и научные основы материале»- и энергоэкономных технологических процессов внепечной десульфурации чугуна в ковшач из базе комплексного исследования и гдализа закономерностей обменных процессом з системе "металл-реагент-шлак-газовая атмосфера". Созданы и освоены промышленные технологии десульфурации чугуна, оборудование и аппаратура для их реализации, что обеспечило производство высококачественной металлопродукции с низким и особо низким содержанием серы, а такке повысило уровень ресурсосбережения процессов выплавки чугуна и стали.

2. Исследованы закономерности термодинамики процессов вне-печной десульфурации чугуна различными реагентами, С единых методических позиций определены термодинамические параметры и особенности комплекса реакций между реагентами, шмгганенталш чугуна и газовой средой применительно к условиям внепечного обессеривания в ковшах. Показано, что состав обессеривающих реагентов рационально компоновать на базе Мег» Са, СаСг, СаО, Сз5х, ¡¡¿¿О, N32СОз и композиций на их основе, ш которых более предпочтительны }<£, СаСг. С&О и НагСОз- Для этих веществ сформулированы рациональные схемы реализаций обменных процессов при знепечяой десульфурации жидкого чугуна.

Из возможного состава ьеществ и реагентов для десульфурации чугуна наиболее эффективным определен магний и сплавы на его основе, что обусловлено в первую очередь реальной возможностью на-

сидения жидкого чугуна магнием в количествах вплоть до 17. и раз-Езгглем обменных процессов с компонентами чугуна в объеме всей обрабатываемой аанкы (не только в зоне ввода и барботирования). Термодинамически обоснована приоритетность ввода магния в жидкий чугун без пассивирующих добавок, с обеспечением растворения маг- ' к;:я в чугуне, з струе природного газа гаи аргона, при концентрации магн;:я в газе-носителе более 12 кг/м3, на возможно большую глубину расплава и при более низкой температуре в зоне ввода. Те-ор£-г;.":;скл Еыявлекы и показачы преимущества осуществления десуль-фурации в большегрузных заливочных козпах.

3. Разработана методика рзочетко-теоретического анализа тепло- и нассообмекнья процессов, позволяющая оценить. процессы наг-роьз, плавления, испарения и зсплывания гводимых з жидкий чугун реагентоз. На ее основе получи ды данные и p¿зpaбoтaны номограммы динамики тепло- и массообмекных процессов для различных реагентов в зависимости от их дисперсного состава и глубины ввода в расплав. Определены оптимальные размеры частиц реагентов для внепеч-кого ратинирования чугуна и принципиальные положения процессов ввода их в расплав. Показано, что магний, в отличие от других реагентов, при вводе в жидкий чугун (при внепзчной обработке) должен быть предварительно испарен. Этим научно обоснована необходимость ввода магния в чугун через фурму с испарительным устройством на выходе и подтверждено наше положение о рациональности применения магния без пассивирующих добавок.

4. Сформулированы основные положения реализации наиболее рационального механизма обменных процессов между обессеривающими реагентами и жидким чугуном в ксвшах для керастворяющихся и растворяющихся, в расплаве веществ. Для первых приоритетными параметрами оптимизации определены рациональная аэрогидродинааическая оСстанов'/л (соотношение газ-твердое вдуваемой струи, скорость истечения в расплав, диаметр частиц реагентов, интенсивность вдувания газа и др.) в реакционной гоне И: ее химическая активизация (состав реагента,диаметр частиц, активирующие добавки и др.). Для растворяющихся реагентов (магния и его сплавов) рекомендуемые термодинамикой положения дополнены вводом алюминия в состав реагента, а также регулированием состава атмосферы и шлакз в ковшах, способствующих более полному насыщенно чугуна магнием, предотвращению окисления растворенного в чугуне магния и исключению развито* проце.-сов ресульфурации. разработаны новые теоретические представления о механизме процесса десульфурации чугуна магнием,

вводимым в расплав в струе газов. Показано, что при определенных параметрах инжектируюедя среда, способствуя массообменным процессам, не снижает эффект усвоения магния чугуном; ~ В работе ттредс-ттвлены пар:иетры ¡1 положения реализации выполненных рас-:ет-но-аналитических наработок.

5. Вьга.-дены теореткчесгаге ураянения, описывайте закономерности смешивания сЗессеренных чугунов с различным содержанием серы с учетом способов их получения.Показано, что при десуяьфурзции немагниевыми реагентами смешивание обессеренных чугунов с различным содержание» серы подчиняется законам обычного усреднения. При смешивании обработанных магнием чугунов растворенный в расп- . лтае магний участвует в'обменных процессах й оСоЬай-^ааес* Доводили льную десульфурзцчю, снижая содержание серы при смешивании вплоть до 0,005%.

и Теоретически изучены ц оценены в сопоставимых условиях закономерности тепловых режимов прй дссульфурация чугуна различными резгентаии и переменных условиях ретинирования. • ПЬ выведенным аналитическим выражениям построены диаграммы для' определения' изменений температуры чугуна . при десульфурации а вазисимости от переменных ксходша'и- конечньк-условий--обработки-чугуна в кйешзх. Показано, что независимо от споооба десульфурации внепечная обработка сопровождается потерями тепла. Наиболее энергоэкономным процессом выявлена десульфурация гранулированным магнием, вдуваемые через фурму о испарителем в струе природного газа или аргона. Ввиду больших потерь тепла при обработке карбонатами они на рекомендованы в качество обессеривающих реагентов. Установлены оптимальные условия применения магния и извести о минимальными потерями теюгературы чугуна,. в*.Ч. при глубокой его Десульфура-

Проведены штфЬкомыаиабя*» »моперииемаанЫв исследования и проверка теоретических положений работы и уточнения, закономерностей, адодессоадеоуда!^ в, ковшах радличкыми реагентами при ивменении: игйсм чугуна, (от 0,28 до гво <), типа коадей (лабораторные, огкры'ше ддмемше, звлквоч»» я¡воевриме), расходе' реаг&Кта (а,1-Э0кг/*), типа гай**носяшля ».его расхода, температуры чугуна, глубины ввода реагента, состава и . галичеотва шлака а ковшах, ,неходкого и конечнйго содержаний серы в чугуне, состава газовой" атмосферы в кбваах ¿1 ряда другие парг&дтров обрз-" ботки. Подтверждены выполненные теоретические наработки, уточнен й конкретизирован комплтес оптимальных параметров внепечкой де-

сульфурации чугуна в ковшах инжектированием реагентов, в т.ч. их свойств и состава. Полученные результаты позволили обосновать приоритетность осуществления десудьфурацпи чугуна в большегрузных заливочных ковшах а использованием магния и извести.

Основными прищипиальныыи положениями оптимального процесса десульфурации чугуна магнийсодержьцим реагентом установлены!

- применение магния и его сплавов в диспергированном виде (гранулы, верна диаметром не более 1,4 мм) без пассивирующих и разубоживавнря добавок;

- обеспечение предваритег ного нагрева и испарения магния перед непосредственным вводом в расплав;

• гарантированное управление и контроль интенсивности ввода и испарения магния инжектированием через погружаемую фурму с испарительной камерой на выходе при расходе газа-носителя 80-40 ы3/«;

- применение нейтральных к магнию газов (природный, аргон) при концентрации магнии в гаге более 12 кг/ы3;

- корректировка состава гавовой атмосферы в ковше со снижением в ней содержания кислорода ниже 102;

. - повышение сульфидной емкости ковшевых шлаков корректирующей добавкой (около £00 кг/ч шлака) фракционированной (2-ю мм) извести шш отходов ее производства;

- ввод магния в чугун на максимальную глубину при возможно ниской температуре в еоне ввода. :

Основными положениями наиболее экономичного процесса деоуль-фурации чугува извеояхзодеряащим реагентом определены!

- обеспечение кшщеэтредии порошка а инжектирующем газе 40-70 кг/м3 иокороотииотечеиия двухфазной струи в расплав 100 м/с и более;

- погружение фурмы в расплав на глубину не менее 2,6 м и масса обрабатываемого чугуна & косое не менее 150 т;

- применение извести о содержанием СаОвкт. не менее 92%;

- вдувание извести в чугун В смеси с кальцинированной содой (5-102); "

- применение инжектирующих газов о содержанием влаги не бо-Аее 0,0052;

- ввод активирующей добавки алюминия в чугун перед деоульфу-рацией.

Изложенные и ряд других параметров составили основу промышленных технологий десульфурации чугуна различными реагентами для

услозиях номограммы зависимости требуемого удельного расхода реагента для заданного снижения содержания серы в чугуне.

Наиболее эффективными и экономичными из разработанных определены технологические процессы обработки чугуна в заливочных ко2ка>: вдувание:.; гранулированного магния через фур.-лу с испарителем г. вдувание одсекозой смеси извести с содой. Сопоставление показателей усвоения реагентов и десульфурацки эти/. процессов превышает известные, в т.ч. зарубежные аналоги. Экономическая оценка показывает, что менее затратным и наиболе-з экономичным является разработанный ъами процесс десудьфурации диспергированным м^'нле:.'., вторым - продувка кзе т-стково-содоаой смес1Ю; на третьем мэсге располагается зарубежная технология ("Россборо", "Крупп По-лизиус", "Хинкли", "Адьмамет-Ремакор") вдувания смеси зернистого магния с известью еысского (СаОакт.> 93%) качества. Во© другие технологии и способы десульйУрации чугуна являются более затратными и дорогостоящими.

разработанных нагл процессов десульфурации чугуна в ковшах освоены: вдувание гранулированного магния и вдувание порошкс-всз; извести. Технологические и технические решения, полученные по прозадбнкщ,: исследованиям, заданы такие проектным организациям в составе технологически гаданий и рекомендаций на реконструкцию и модернизации металлургических комбинатов "Азовсталь", "Запорожс-т^г.ь", "Крпворожстадь", иы. Дзержинского, Новолипецкого и др.

Р/ьмаркый годовой экономический эффект от внедренных разработок состааляет 19,687 млн.руб. (в ценах до 1990 г.) и 428 мдрд.крб. (в ценах после 1990 г.) о долей автора соответственно 5,31 млн.руб; и 130,4 млрд. крб.

Основное содержание диссертации опубликовано:

1. Шевченко А.Ф. Механизм и кинетика процесса десульфурации жидкого металла в ковше вдуванием порошковой извести. // Применение порошкообразных материалов в сталеплавильном процессе. Сб. труд.-М.гШШНОШЛЯНМАШ. •-' 1969.- С.41-47.

2. Шевченко А.Ф., Деоскин В.В., Т.чач Н.Т., Зотое A.B., Гано-пенко В.И. Внепечная обработка чугуна магнийсодержащими реагентами. // Сталь. - 1996.-М 7. - С.17-19.

3. Шевченко А.CS., Зигало И.Н., Двоскин Б.В., Вергун A.C., Косгицын Е. А. Влияние типа и расхода реагента на теплопотери чугуна при внепечной десульфурации. // Изв. ВУЗов. Черная металлур-

гия,- 1996,- N 3.- С. 4-7.

4. Шезченко А.®., Мальков А.Н., Кривошеев В.А., Лымарь Ю.А., Воронова Н.А. Изучение закономерностей вдузанкя гранулированного магния в жгцкий чугун чере» фурмы погружения о различным профилем канала. // Металлургическая и горнорудная промышленность,-1S82.-М 3(125)С. 11-12.

5. Barer.nik I.A., Shevchenko A.F., Rl3bukhm I.M., Granulated magnesium end! prakotioe of using it for molten metal treatment // IMA-51.-Berlin. Germany.- 1994. - P.82-9Q,

6. Шевченко А.Ф., Учитель Л,М,, Зотов A.B., Двоскин Б.В., Ганошенко В.И., Днепренко Н.Н,, Орман В.Я,. Технологический комплекс внепечной до ¡ульфурации чугуна магнием и иззеотьсодержащими реаге"тамй. // Тр. Ill-го конгресса сталеплавильщиков. - М.s4ep-метинформзция. - 1996. - 0.222-224.

7. Шевченко А.Ф., Двоскин S.В., Коотицын Е.А., Ткач Н.Т., Сотов А.В. Изменение температуры жидкого' чугуна при десульфурации в ковше разлитыми реагентами. // Сталь. - 1995. - N а. -С.18-20.

3. Лафер И.М., Шевченко А.Ф. ,Малькг-в А.Н. Влияние остаточного магния в глубокообессеренном чугуне на содержание серы в расплаве при сиелдвзнии // Фундаментальные и лрикдадные проблемы черной металлургии. Сб. тр. ИЧМ. - Киев. - Наукова думка. - 1995.-С. 92-100.

9. Шевченко А.Ф. Анализ процесса деоульфурзции жидкого чугуна ь кавше вдуванием порошковой извести н струе газа Jf Повышение качества чугуна и чугунного л^тья. Сб. тр. ША. - Ы. ¡Металлургия. - 1972. - С.60-65.

Ю. Шевченко А.Ф., Двоскин Б.8., Гулыга Д-В. Теоретические и технологические аспекты ' десульфурации чугуна вдувачием диспергированного магния. // Тр. 1-го конгресса сталеплавильщиков. _ М.гЧерметинформзция. - 1993. - С. 179-181.

11. Шевченко А.Ф., Десульфурация чугуна вдуванием порошковой извести под содовьм шлаком // Технология и организация производства. - 1963. - Н 2. - 0.33-34.

12. Шевченко А.О., Вергун А.С., Рудницкий М.Л., Зигала К.Н. Повышение степени использования магния при внедомеипой десульфурации чугуна. // Ста». - 1989. - N 11. - С.44-46.

Шевченко А.Ф., Тнач Н.Т. Состояние и перспективы развития внепечной десульфурации чугуна на предприятиях черной металлургии. // Сб. тр. Наука, технология, производство. - М.¡Метал-

лургия. - 19S9. - С.105-113.

14. Шевченко А.Ф., Лепорский C.B., Вяткин Ю.Ф., Лафер И.М., Двосгаш Б. В. Выбор рациональной схемы организации внепечной де-сульфурации чугунз // Сталь. - 1988, - N 7. - С.20-22.

15. Шевченко А.Ф., Емэльянол И.Я., Мадькоа А.Н., Лаврентьев М.Л., Варанник И.А., Плевако B.C. Технико-экономическое сравнение способов рафинирования доменного чугуна в ковшах вдуванием магния // Металлургическая и горнорудная промышленность : - 1973. - N б (84). С. 71-73.

16. Бондаренко А.Г., Шевченко А.Ф., Лафер И.М., Лопатенко К.П., Мусиенко В.М. Условия работы канатного привода фурм при внепечной обработке чугуна // Сталь. - 1987. - N 7. - С.29-31.

17. Шевченко А.Ф., Ткач Н.Т., Курилс ва Л.П. Состояние и перспективы развития внедоменной деоудьфурации чугуна на металлургических предприятиях Украины // Внепечная обработка металлических расплавов, сб. тр., Киев. - Ивд, АН УССР. - 1986. -С.11-18.

18. Днепренхо H.H., Емельянов И.Я., Шевченко А.Ф. Исследование влияния наполнителя в магнийсодержадих смесях на эффективность внепечной деоудьфурации чугуна // Технология выплавки конвертерной и мартеновской оталя. Сб. тр. ИЧМ, М. : Металлургия -1985 - С,87-70.

19. Воронова H.A., Шевченко А,О., Кдочник М.Н., Емельянов И.Я. Вопрооы теории и практического применения гранулированного магния для обработки чугуна // Повышение качества чугуна и чугунного литья., Сб. тр.6 М.:Металлургия г 1071, - 0.50-63.

20. Воронова H.A., Шевченко А.О., Лафер И.М., Исследование вакономерностей истечения газопорошковых отруй из канала фурмы на установках по вдуванию порошковых реагентов в жидкий металл // Повышение качества чугуна и чугунного литья., Об. тр, M.iМеталлургия - 1972-С. 30-3S, ,

21. Гулыга Д.В. ,• Поливанов М.А. .Семенченко П.М., Шеаченко А.ф., Двоокин Б.В., Ткач Й.Т. Технологические преимущества де-сульфуреции чугуна гранулированным магнием в заливочных ковшах сталеплавильных цехов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1991. - КЗ. - С. 17-19.

22. Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В,, Ткач Н.Т. Пути повышения эффективности использования магния при внедоменной десульфурации чугуна. //Магниевые сплавы для современной технологии. Сб. тр. 2-го всесоюзного совещ. по применению магниевых сплавов в нар.

хоз-ве. - М. ¡Металлургия. - 1992. - С. 176-177.

23. Воронова H.A., Шевченко А.®., Мальков А.Н. Повышение эффект ивиосту десульфурации чугуна гранулированным магнием путем изменения параметров инжектирования // Металлур. и горнорудн. пром-сть, - 1977 - N 3 - С.6-9.

24. Воронова H.A., Привалов В.В., Шевченко А.Ф,, Апретова Э.А., Лившиц Э.Я., Филиппов В.И., Мальков А.Н.. Исследование загрязняющих атмосферу выбросов в процессе внедсменшй деоульфурацтх чугуна маппем на промышленной установке металлургического эззодз им. Ильичз // Интенсификация процессов доменной плавки и освоение печей большого объема. Сб. тр. - М.: Металлургия - 1379 - М 5 -С. 72-74.

25. Воронова H.A., Шевченко А.Ф., Вергун A.C., Мальков А.Н. Расчетный метод регулирования раохода магния при глубокой десуль-фурации чугуна // Интенсификация процессов доменной плавки и освоение печей большого объема. Сб. тр. М.: Металлургия - 1980 - С. 35-91.

26. Шевченко А.Ф., Кияшко А.Г. Известь как реагент для де-сульфурации металла // Процессы выплавки стали в конвертерах и мартеновских печах. Сб. тр. - 1.: Металлургия - 1932 - С. 73-76.

27. Шевченко А.Ф., Килшко А.Г., Мальков А.Н. Влияние фракционного состава извести на эффективное!! десульфурации чугуна // Изр. ВУЗов. Черная металлургия. - 1S84 - N 3 - С.25-27.

23. Вергун A.C., Лафер И.М., Шевченко А.Ф. К вопросу о механизме десульфурации чугуна магнием. // Стзль - 1S85 - N 3. -С.17-19.

29. Шевченко А.Ф., Вяткин Ю.Ф., Лепорский С.В., Вихлевщук В.А., Ткач Л.Т. // Внепечная дезульфурация чугуна на предприятиях черной металлургии // Сталь - 1985 - N 10 - С.32-34.

30. Емельянов И.Я., Шевченко А.Ф, Нозикоп В.Н., Шатунов

B.К., Климашин П.С., Скурыгин Л.С. Десульфурация чугуна продувкой порошком технического карбида кальция в чугуновозных ковшах // Бюл. Черметинформации, 1985 - вып. 17(997) - С.51-53.

31. Шевченко А.<5., Двоокин Б.В., Гулыга Д.В., Лефтиев И.М., Климашин П.С., Емельянов И.Я., Мальков А.Н. Внедоменная десульфурация чугуна различными реагевтами // Сталь - 198Ö - N 2 -

C. 17-19.

32. Шевченко А.Ф., Ткач Н.Т., Двоскин Б.В., Гулыга Д.В., По-живанов М.А., Семенченко U.M. Опытно-промышленное опробование производства чугуна о супернизким содержанием серы для выплавки в

конвертерах чистой по сере стали // Металлургическая и горноруд. пром-оть, 1991 - N 3 - С.7-9.

33. Шевченко А.Ф., Ткач Н.Т., Курилова Л.П. Состояние и перспективы применония магния для внедоменной обработки жидкого чугуна // Магниевые сплавы /;ля современной технологии. Сб. тр. 11-го Всесоюзного совещания по применению магниевых сплавов в народном хозяйстве. - М. - Мегаалургия - 1992 С. 175-177.

84. Воронова H.A., Плиокановский С.Т., Шевченко А.Ф., Лаврентьев Ы.Л., Емельянов И.Я. £эсульфурация чугуна вдуванием магния в чугуновозкые ковши // Стань - 1974 - N 4 - С. 297-302.

35. Лаврентьев М.Л., Воронова H.A., Шевченко А.Ф., Волков Ю.П., Зуев Б.П., Моисеев Ю.С., Пефтиев И.М., Остапчук Н.П. Уста новка для внедоменной деоульф/рации чугуна // Еюл. Черметинформа-ции. - 1974 - N 8 С.35-36.

36. Поживанов М.А., Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В. Анализ эффективности обработки чугуна гранулированным магнием // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1993. - N 4 (170). - С. 13-19.

37. Плискановский С.Т., Воронова H.A., Шевченко А.Ф., Хрущев Е.И., Вергун A.C., Пефтиев И.М., Мальков А.Н., Герасимов В.А., Остапчук Н.П. Промышленное производство особо чистого по сере доменного чугуна // Металлург - 1980 - N 4 - С. 19-21.

38. Бондаренко А.Г., Шевченко А.Ф., Остапчук Н.П. , Мусиенко

B.М. Совершенствование оборудования отделений десульфурации чугуна с погруженными фурмами // Металлург - 1983 - N 3 - С. 17-20.

39. Шевченко А.Ф., Тарановский В.В., Ткач Н.Т., Зубец В.И., Федоров Б.Г., Бердичевский В.Е. Исследование показателей глубокой десульфурации чугуна пассивированным магнием при выплавке конвертерной стали // Металлургическая и горнорудная промышленность -1989 . - N2. - С. 10-11.

40. Носоченко О.В., Баптивманский В.И., Иваноз Е.И., Шевченко А.Ф., Двоскин Б.В., Лонскии A.M., Поживаюв Ы.А. Закономерности десульфурации чугуна гранулированным магнием // Счаль - 1993. - N 8. - С.25-29. •

41. Двоскин Б.В., Шевченко А.Ф., Ткач Н.Т., Иванов Е.И., Ла-кунцов A.B., Ганогенко В.И. Опытно-промышленное опробование технологии десульфурации чугуна в большегрузных заливочных ковшах инжектированием реагентов через погружаемую фурму // Тр.1-го конгресса сталеплавильщиков. - М.: Черметинфопмация - 1993 г -

C.186-187.

42. Двоскин Б.В., Шевченко А.Ф., Ткач Н.Т., Иванов Е.А., Ла-кунцов A.B., Гаксшенко В.И. Влияние темпегзтуры и д.шления в зоне ввода peaieHTa на закономерности его усгоения при внепечной обработке чугуна // "р. ¡1-го конгресса сталеплавильщиков. -М.: Черме-тинформация. - 1994. - С. 201-203.

43. Иевченко А.О. Закономерности процесса управляемого ввода и усвоения магния расплавом при внепечной обработке чугуна // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. - 199?. - N 8. - C.J2-1S,

44. Шевченко А.Ф. Выбор оптимального процесса рафинирования жидкого чугуна реагэнтами на основе магния // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1997. - N 4. - С.9-п.

Авторские свидетельства №

293855 325267 367154 384409 386567 386571 407491 461571 470184 505682 749900 804692 1106154 1217885 1294838 1235222 1339964 1351091 1380213 1540079 1592303

Патенты NN

798224 (Бельгия) 2321496 (Германия) 812863 (Бельгия) 878248 (Бельгия)

38Ш411 (США) 7314868 (Франция) 3881913 (США) 4417 (Нигерия)

7405228-3 (Швеция) 494080 (Австралия) 21350 (Иран) 140627 (Индия)

Подписано к печати 29.09.97г. Oojwer 60 х 84 /1Ь Уч.-изд. л. 2,0 Тира я 110 экз.Зака! &€0 Мкомтельиая базь ИЧМ,г.Днепропетровск, пл.Стародубова, 1а.

А Н О Т А Ц I Я

Шевченко А.П. Розробка 1 розвиток теорП 1 технологи проце-о!в позал1чко! десульфурацП чавуну в ковшах вдуванчям диоперго-ваних реагент1в. - Рукопио.

Дисертац1я на эдобуття наукового отупеня доктора техн1чних наук за спец1альн1стю 05.16.С2 - металурПя чорних метал1в. Державка металург!йна академ!я Укра1ни. ДнШроперовс.ък, 1997 р.

На основ! комплексного досл1дження й анал!ву законом1рностей обм!нних процео1в у оистем1 "метал-реагент-шлак-газова атмосфера" розроблен! основн1 теоретичн1 г'ложення й технолог1чн1 параметри оптимальнее вар!ант1в процес1в позап!чно1 деоульфурацИ чавуну 1нжектуванням р!зних реагент¿в з1 створенням налбхльш матер1ало-1 енергоекономних р!шень. Теоретичи! положения базуються на дос-л!дженнях термодинам1ки, механ!зму, к!нетики га комплексу тепло-1 масообм1нних процес!в. Експериментальна перев!рка й прО!.шслове в1дпрацювання технологи зд1йснен1 на лромпелових ковшах. Процеси оптим1зован1 з винористанням декШкох реагент1в. Найб1льш ефек-тивними 1 економ1чними, впровадженими на металург1йних нпмб1на-тах, о процеси десульфурацП чавуну вдуваниям гранульованого маг-н!ю через фурму э випарювачем на виход1 й 1нжектуванням вап-новм!стних сум!шей при розроблених технолог1чних режимах.

Клсчов1 слова: десульфурац!я, чавун, Хнжектування, магн1й, вапно, карб!д кальц!ю, кальц1нована оода, газ-нос!й, с!рка.

Шевченко А.Ф. Разработка и развитие теории и технологии процессов внепечной десульфурации чугуна е ковшах вдуванием диспергированных реагентов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных металлов. Государственная металлургическая академия Украины. Днепропетровск, 1997 г.

На основе комплексного исследования и анализа закономерностей обменных процессов в сиотеме "металл-реагент-шлак-газовая атмосфера" разработаны основные теоретические положения и технологические параметры оптимальных вариантов процессов внепечной десульфурации чугуна инжектированием различных реагентов о созданием наиболее материало- и энергоэкономных решений. Теоретические положения базируются на исследованиях термодинамики, механизма,

кинетики и комплекса тепло- и массообменных процессов. Экспериментальная проверка и промышленная отрзботка технологии осуществлены на промышленных ковшах. Процессы оптимизированы с использованием нескольких реагентов. Наиболее эффективными " зкономгши-ми, внедренными г,а металлургических комбинатах, явились процессы десульфурации чугуна вдуванием гранулированного магния через фурму с испарителем на выходе и и впектирование ьэвестьссдеряащей смеси при разработанных технологических режимах.

Ключевые олова: десульфурации, чугун, инжеятнроваянг, магний, иэвеоть, карбид кшция, кальцинированная сода, гаа-носи-7елл, сера.

VF.Shevcheako. Development and improvement of hot metal ladle desulphurization technology based on injection of powdered reagents. - Manuscript.

The Dissertation for defending the degree of Doctor of Technical Science on the speoiality 05.16.02, - ferrous metallurgy. Ukraine State Metallurgical Acacerry, Dnepropetrovsk, Ukraine, 1997.

The complex investigations and analysis of the regularities of heat- material-masstransfer processes tithin a system "Metal -Reagent- Slac-Sas atmosphere" have been performed and resulted in the development of theoretical foundations and optimal technological parameters of hot metal desulphurization processes based on injection of different reagents and on low-energy low-material solutions found. The teoretical solutions are based on investigation of thermodynamics, mechanisms, kinetics and complex of heat-mass-transfer processes. The experimental and industrial tests and trials of the technology proposed had been performed using full-scale industrial ledles. The optimization of the process had been based on several different reagents used. The most efficient technologies developed are in injeoting pelleti29d magnesium through the lans onded with evaporator and injecting lime-contai.-ning mixture under technological schedules developed.

Keyword3s desulphurization, hot metal, injection, magnesium, lime, calcium сг-rbide, soda, uarrier-ga3, sulphur.