автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка ресурсосберегающей технологии кислородно-конвертерных процессов для условий Аджаокутского металлургического завода

^ #

^ УД^ЙЭ. 184.004.18 (043.3)

ч

На правах рукописи

ИБРАХЙМ Мухаммед Енеджи

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНСШГИИ КИаПОГОДНО-КОНВЕРТЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ УШЮЕИД АДНАОКУТСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА

05.16.02 - Металлургия черных металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск- 1995

Работа выполнена в Магнитогорской государственной горно-металлургической академии им. Г.И. Носова

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор.

Официальные «тлоненты - доктор технических наук, профессор.

заведующий кафедрой вычислительной техники и прикладной V тематики МОДА

Д.Х. Девятов; кандидат технических наук, заведующий НТО АО ММК А.Ф. Сарычев.

Ведущая организация - Гипроме8 г. Магнитогорск

на заседании диссертационного совета Д 063.04.01 Магнитогорска государственной горно-металлургической академии им. Г.И. Носова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГМА.

Отвыв о работе в двух экземплярах, заверенных печатью,прост направлять по адресу:455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38, совет МГМА.

Автореферат разослан 1995 года

Ученый секретарь

заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации А.М. Бигеев

Защита диссертации состоится

£_« Мира?- 1995 г_ в

часо

диссертационного совета

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЙБОШ

Актуальность работы. В соответствии с гребованияки, зало-яенными в технологической задании на проектирование йдьаокдтско-го меташлургического завода (Нигерия) предусмотрена выплавка чугуна, содеряадвго 1,1 X Нп и 0,8 У, . ГСрч этом имеется з виду применение офлюипеаннсго агломерата, полученного путей добавления марганцевой руцц в аглошихту. Однако в настоящее Бремя теория и технология доменного производства показали,что применение марганцевой руды в аглсдоменнок производстве повышает себестоимость чугуна к снижает производительность донениих печей.

По заданию на проектирование для борьбы с серой г конвертерном цехе предусмотрена ковиевс.я обработка чугуна нагнием. Однако такой способ не оеспечит выплавки стали, содержащей менее 0,015«.

Цель работ». Исследование и разработка основных параметров комплексной ресурсосберегающей тьхнслогии конвертерной переработки низкомзрганцовистык чугинов, характерными новыми элементами которой являются применение марганцевой руды для прямого раскисления-легирования металла в конвертере и использование реге-нерированногоСдесульфурированного/ доменного влака для десульоу-рации стали в ковше.

Научная новизна. Экспериментальный путем установлен козфи-циент распределения марганца иевду влакои и металлом при присадке в ванну марганцевой руды и степень десулыцурации доменного илаиа при твердофазной регенерации. Показана возновность применения регенерированных докеннах ¡планов, для дссульфурации металла.

Расчетным путем установлена экономическая целесообразность выплавки низкомаргзнцовисткх чугунов путем вывода марганцевой руды ич иичты аглодоиг.ннпгп производства в ¡/г/тнияу йдяаокутпкпгн

ксталлуогическуго завода.

Составлена иатекатическая модель и с ее поиощьв yi глнавлеиы основный технологические параметры конвертерного пер» дела низкпмарганцовистых чугуноп в двухгалаковом ре*име с промер точным спускои шлака н присадкой марганцевой руда во втсрой перис для прямого раскисления-легирования иеталла марганцем.

Пут ек математического моделирования установлены ссновны технологические паракетры процесса десульфурацик неталла регене рирсвакным (десульфурированннь) домэннаи планом d коьне и пут повниенил эффективности этого процесса.

Практическая цейость. Реализация работ в конвертерной uexi йдсаокутского металлургического завода аозволит «склочить применение иарганецсодераацих Ферросплавов при выплэвке углеродисто! стали, соднркащей 0,4...О,6 X Кп. Кроме того, моико отказатьс* от применения плавикового шпата или других разиккителей, тая кап конечный влак,оставленный в конвертере от предыдущей плавки,ускоряет илакообразование в начале первого периода плавки, улучшает дефоссорации и десульоурацию иеталла. Внвсд нарганцевсй руды из аглодоыенного процесса такве обеспечит сниаеняс себестоимости чугуна к укеньнение вахода доменного илака.

Осуществление коваевой десульфурацин металла злакообразувцей смесью на основе регенерированного- доменного клана даст возиов-иость получить в готовой стали менее 0,015 7. S ,что обеспечит высокоскоростную непрерывную разливку стали.

Апробация работы. Материалы работы долонены и обсуждены на меггосударствзнной научни-технической конференции "Состояние и перспектива развития научно-технического потенциала Вино-Йраль-ского региона"*Магнитогорск, 1Я94), на международном конгрессе сталеплавильщиков (Москва, 1995).

'Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в

трех статьях.

Обьеы работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, обсшх выводов, включает 136 страниц машинного основного текста с 19 рисунками, 21 таблицей и библиографическим списком из 61 наименований. Содернатся 4 приложения на 96 страницах. ° СОДЕРНЯНИЕ РАБОТЫ

Введение. В сведении показана актуальность проблемы освоения ресурсосберегающей технологии конвертерных процессов. Поставлена задача по теоретическому обоснования необходимости (экономической целесообразности) и возмоаности внесения изценений некоторых параметров основных звеньев технологической линии "руда-сталь"(вывод марганцевой руды из аглодоменногс процесса.конвертерная переработка низкоиарганцовистых чцгунов в двухалакозом реаиме с присадкой марганцевой рцды для прямого раскмсления-лзгкройания металла марганцем).

1. Состояние вопроса йнализ суцествцвцего опыта конвзртеркой плавки позволил выделить существующие проблемы освоения рясдрсосберегавдей технологии конвертерной переработки низкомарганцозястах чугунов и прямого раскисления-легирования металла марганцем для уменьиения расхода дорогостоящих ферросплавов . Такие возникла необходимость в технологии коввевой десдльфурации всегс потока металла конвертерного цехасприменением менее дефицитных и более деиевнх материалов.

Многочисленные исследования доказали экономическую целесообразность передела низкомарганцовистмх чугунов в кислородном конвертере.Однако при этой возникает трудности влакообразования в начале плавки,которые обычно стремятся преодолеть присадкой мзрга-нецсодеряащих материалов(руды»концентрата).Т.экае известно применение таких материалов для прямого раскисления-легирования стали марганцем я ковтя. Яти прием» малоэффективны. Ролрй аффективной

является конвертерная плавна п двухвлаковон рекиие с присадко, карганцгссй руда для прямого раскисления-легирования металла в второй период плавки после спуска шлака первого периода и остав ленке конечного мака в конвертере для повторного использования 1 начале первого периода следующей плавки.

2. Исследование возмовности выплавки низкокарганцовистоп чугуна в условиях ддяаокдтского металлургического завод;

Для установления основных технологических параметров агломерационного процесса при выводе марганцевой руды из агломерационной иихты, бил выпоненн ручной расчет и проверочный на ЭВМ по программе кафедры металлургии чугуна МГЙЙ.

При выводе марганцевой руды из агловихты расход известняка и доломита составляет"248,78 и 171,10 кг/т чугуна соответственно, а по проектному задание расходы известняка,доломита и марганцевой руды предусиотренв в количествах,соответственно 270,89; 157,53 и 63,95 кг/т чугуна соответственно.Как видно, расход известняка при вибодэ марганцевой руды из аглодоменного процесса уменьшится значительно. Произошло некоторое повышения расхода долоиита. Это связано с необходимость;! повнвения магнезии в доменной илаке для улучиенкя его десульфурируюдей способности.

Для получения чугуна, залокенного в проекте (1.1 У. Мп и 0,6 7. 51), необходимый расход кокса - 452 кг/т чугуна, а агломерата ■-- 1783 кг/т чугуна.

Во избеааниЕ образования чрезмерного' количества слана в первый период конвертерной плавки по предлагаемой технологии передела нкзкснарганцовистнх чугунов возникла неоЗходииость в сни-аении содернания кремния в чугуне, что обеспечит снизение расхода кокса и улучшит показатели конветерной плавки.

Для условий йднаокутского металлургического завода был осу-

;'1СтпЛ'.;! ла ЗУ! р;;С:'.':т ¿¡и/аи.;;: ц.;^,! ,:-.]1го '¡ч; низки», содео^акпеи (0,4 У.) гремш.

Полицй химический состав чугуна п мака по проекту л по предлагаемой технологии приведен- в табл.1. При выплавке низко-иарганцопистих чугуноз с низким содерваниеи кремния расход кокса составит 425 кг/т чугуна против 452 кг/т чугуна по проекту.

Таблица I

Состав чугуна и шлака при проведении плавки ло заложенному с проекте (А) и предлагаемому (Б) варнантан

: Варианта Наииенованиэ : П : о

Состав чугуна, X:

Состав илака, '/.:

С 4.50 4,54

0.80 С. 40

Мп 1.10 0,03

Р 0.0? 0.06

£ 0.03 0.02

Тс 0.05 0,05

СаО 44,25 44,62

&ог 38.81 33,14

8.03 3,25

де2о5 8,09 8,10

НпО 1,97 0.05

РеО 0,25 0,26

Щ ' 0,02 0.02

Б 1,1? 1.14

Десульфурирущая способность полученного доменного ял?.кз по

- G -

¡¡свой технологии проверена по формулам ft.fl.Рампа, К.С. Куликова и В.Г. Воскооойникова. i/становлено, что полученный доменный шлак обеспечит требуемое содервание серн в чугуне.

Тенпиратура хорошей текучести доменного илака определена по формуле H.H. Бабарыкина и находится в пределах 1450...1550сС. Для полученного по предлагаемой технологии доменного влака этот показатель составляет 1482°С.

3.Теоретические основы предлагаемых -изменений и дополнений к технологии конвертерной плавки

Основные изменения и дополнения к обычной технологии конвертерной плавки состоят б присадке марганцевой руды в конвертер для прямого раски.слйния-легирования металла марганцем и в использования регенерированного доменного влака для ковшевой десульфурацн^ металла.

3.1. Прямое раскисление-легирования металла марганцем йзргакцевой руды, присваиваемой в конвертер

При разработке технологии прямого раскисления-легирования металла марганцем большой интерес преставляет термодинамическая возмоаность протекания реакции

IMnOjr [Fe] - (FeO) + [Мп]. m

Тскператураая завксиность константы равновесия реакции (1) вырааена уравнением

(МггО) _ 6*00 гп < 2)

где Км~ константа равновесия реакции образования МпО\(МпО)~ содержание МпО в влаке, '/.: [Ш]- содержание марганца в металле. 7.', (FeO) - содеркание FeO в илаке, 7.; Т - температура, К.

Из выражения (Я) получена формула для определения кпэффици-

eina распределения марганца неаду илаком и неталлом, представляющего главную термодинамическую характеристику поведения этого элемента в сталеплавильной ванне:

¿m » Ob)/Wa]= S5/?tKm(feO). <3 >

При расчетах принято, что в условиях конвертерной плавки содеркание FeO в влаке составляет 2/3 от общего содеряания оксидов яелеза в шлаке, а обцеа содержание оксидов яелеза в алаке моано определить по формуле:

(2РеО)« * (д)

где В - основность олака\fCj- содержание углерода в металле, У.\ i - температура ванны," С,

С использованием формул (2)...(4) выполнена расчета по определенна зависимости равновесного содерзания МпО в шлаке от остаточного содервания углерода и марганца в металле в конце зторого периода плавки. Эти данные представлены на рис.1.

Из рис,1 видно, что при содернании в металле менее 0,10 У. С прямое раскисление-легирование металла марганцем малоэффективно, поскольку больное количество иарганца остается в маке в виде uo-ноксида иарганца.

Важным параметром плавки является расход марганцевой руды, обеспечиваюций требуемое содеряание иарганца в.металле. Для определения этого параметра, предлоиена формула, полученная на основе баланса марганца в системе металл-шлак:

-/сао), *

-ШШ, -ми * ^ ¿*ш [мп],](/оо - -

-(,291кт[Ма]к)1(СОО}ш8 ----1-—->

/700

ФНгр -¿кмМк}((Са0Кл - В^О^Кее^^

~({€аО)мр)(2£МизЦ

г № (№01^,1 СОО)(СоО)- содержание СаО в извести, марганцевой руде и футеровке соответственно,У-'.ШЛА^аФюз .ШЛ^р- содер-нание влакообразуацих оксидов без оксидов аеяеза и марганца соответственно в марганцевой руде,извести, Футеровке,V, В - основность алака во второй период плавки-содеркание/>#<£ извести,марганцевой руде и фдтеров-

кь,У.\й[Р)г - количество окислявшегося фосфора во второй период плавки, У-\1Мп,^мп коэффициент распределения марганца мевду шлаком и металлом в конце первого и второго периодов плавки;ф -расход футеровки конвертера во второй период плавки,который обычно составляет 0,1...0,3 кг(УЛ\Шп1/,Шо]/Г сдерввание марганца в металле в конце первого и второго периодов плавки, общее содержание оксидов яелеза в шлаке в конце первого и второго периодов плавки, '/.',(М^мр- содергание

пЧ

марганца в марганцевой руде, У-'.ушл- остаточное количество олакз первого периода плавки после его спуска, УЛ^оО^/^ф- содерна-ние СоО и зЛаке первого периода плавки. У..

Результаты расчетов с помодьш уравнения (5) графически представлены на рис.2, где показана зависимость расхода марганцевой

руда й от наиболее значимых факторов - остаточного количества

» п н

шлака (.количество шлака в начале второго периода плавки)у я

го..перл ■ /р.- "/)'[ а.'\ в -п-'цп перггт 1 , ■> ■'< ми,.'!1;

второго периода 19'0ПС; со^оргтокиэ углерода в яйталле п конце первого и второго периодоз 1,5 и 0,1У X соответспенно; основность алана в перзий и второй периоды плавки 2,5 и 3,0 соответственно; в чугуне 0,1 У. Мп.

концентрации углерода в металлвТС7 при различном конечном содерзании марганца в металле

(в=з: 1боо°о

Из рис, 2 видно, что на расход марганцевой руды весьма существенно влияет количество шлака в начале второго периода. Поэтому с цельм экономии марганцевой руды при пряном раскислении-легировании металла марганцем необходимо осуществить возможно пол>ный спуск злака в конце первого периода плавки.

Рис.2. Зависимость расхода марганцевой ради С[Мр от количества остаточного нлака и конечного содервания марганца в нзталле {№>]* ((Мп)^ Ъ% %\ [Ш%* 0.1 7.)

При тщательном спуске влакз возиоано изиенение в пределах 3...5 У.. Согласно рис.2.при таких значениях и 0.50 7. (раскисление углеродистой стали) расход ради кокет составить около 2'/..

Для оценки возмовнсго влияния присадки марганцевой руды на тепловой баланс плавки ваашо знать возиоаное снижение температуры ванны при присадке в нее 1 у. руды. Этот показатель определялся по формуле:

й-6 =

> ¿М ■ у им

(0)

где - количество тепла,затрачиваемого на усвоение 1 кг марганцевой руду. кДа: 0,34 и 2,09 - средние уделыше теплоемкости металла и илака соответственно в условиях сталпплауяльнпгп процесса, кДя/Скг К); - насг.а металла, кг Ш; -количество илака в номент присадки рудн (количество илака е начал« второго периода). кгШ.

Рис.3. Возмовное охлаждение ванныЛ^^при введении в нее 1 У. марганцевой руды с различным содержанием марганца(Ш)^ при переменном количестве начального шлака второго периода плавкиак = 1620 С; 5 = 2.5; [Мп]^ 0,5 % ) При использовании здзисииости СО) величину ¿¡(м/> определяли теоретическим расчетом, считая, чго основное количество тепла тратится на разложение оксидов марганца и нагрев образующегося илака.

Результата расчетов по формуле (6) представлены на рис.3. Из него вытекает, что при оСкчнкх пределах изменения = 3...5 У. и (Мл) - 35...45 У. при ведении в ванку i У. марганцевой руды (кон-

Äff}

центрата) ее температура кокет снизиться на 35...40вС. Зто близко к охлакдаюцекц аффекту ячлезаой руды, которое примерно в три раза выые охлаждающего эффекта лома.

Следовательно, присадка з ванну 2 X марганцевой руды с цзлью обеспечения в конечном ккталле около 0,50 У. Мп потребует снижения расхода лома на 5...G У..

3.2. Иовшевая десульФдрация металла регенерированным доменным шлаком

Десульфурация металла всегда является одним из ваянвйиих аспектов повышения качества любых марок стали, особенно там, где сталь разливается непрерывным способом.

На наш взгляд, одним из эффективных ресурсосберегающих способов ковшевой десульфурации стали является повторное использования доменных злаков после их регенерации.

Важный параметром процесса регенерации доменного илака является требуемая степень десульфурации .которую необходимо достичь, чтобы обеспечить желаемое остаточное содержание серы в металле после его десульфурации.Количественную оценку степени десульфурации (регенерации) доменного влака моано осуществить по форму«:

6-CS)* . rr

cstts ¿sgu*rsi«- -csJ^T> f

где в - требуемая степень десульфуращш дленного илака; С>)„ и (£)'к - начальное содержание серы в плаке уj регенерации и ее конечное содервание после регенерации, ls - коэффициент распределения сери между шлаком и метал/jk; [SJ» и - начальное и коночное содержания серы в кетаvг. У.', С[ШЛ - количество илака, кгШ.

При расчетах по формуле (7) наибольиая трудность связана с определением коэффициента распределения серы.менду члакои и мега-ллоы.

Для определения равновесного (теоретически воэмонного) коэффициента распределения серы иеяду млаком и металлом применили Формулу:

¿К = * ^^'Ж-^СЪеТЬЪу, (8)

где - сульфидная еккость илака; - активность илаке. которуп иокно определить по Пояоыаренко;7"- температура, К.'/тзу-коэффнциент активности серн в металле,который мотно рассчитать, используя метод Вагнера.

Сульфидную емкость доменного илака мокно определить по формуле:

гдо И - температура,"С; В - основность илака. В свои очередь:

4 Г0 * 0,89 С% О)

с 9)

(10)

Здесь^Йн-!/, О&О) , (МпО) , (мсодержание этих оксидов в илаке ,7.,

сравнение (9) с учетом уравнения (10) графически представлено на.рис.4. Точка 1! в рис-лике соответствугт среднему составу доменного илака Ш1К, содерпаадго 0,21 7. ГеО. Его основность рао-на 1,28 и активность геО в илаке составляет 0,006. при зтом составляет ЯЯ.

(СаОЬ ¡МШлО) +£>$&1мдО) " ' . 0,93(51<ЪУ+ Ц/8{А^03)

Рис.4, Зависимость теоретичзского коэффициента .

распределения серы мевду илаком и металлом от основности шлака В и активности ¿^^в кзм ГеО = 1600"С ) Как видно на рис.4, для повыиения коэффициента распределения серн меаду регенерированным доменным илаком к металлом при заданной активности РсО в илаке необходимо повысить основность шлака. Зто можно осуцзствить на практике путем добавления извести к доменному влаку.При этой получиы шлакообразуввцв смесь на основе рег*.чериро»анного доменного мака.

Трг.бцеиый расход влакообразуиэей смеси нз основе рсгтрирп- _

- 17-.

ванного доменного илака моино определять пэ формуле:

■ lsCSlK-(S)**

гдб Расх°£ олакообраздвчей смеси на базе регенерированного

доменного шлака и извести, содеряание серч в.металле

соответственно до и после ere десульфураций в ковиз, X\(S) - тп

U/C

se, в влйкообраздвщей смеси дп ковневей десульфураиии, У..

Поскольку присадка илакообразущей смени в металл в ковзо внзивает снижение температура металл, сциествуст ограничение количества присадки. В связи с этим предложена фориула для прогнозирования- везноккего охлаадения металла при использовании 1 У. плакообразуицеп снеси на основе регенерированного доменного алакз и извести:

/ /в ¡X. tí/л a.',i * /S (/.*£ }

fOO-Ct», Ш)

где á'é - охлаядсние металла при присадке 1 % алакообразуицей смеси," фД^и jSt/ií - массовые доли соответственно доменного влака и

С

извести; Qs.evt и QtnB - охлаядаицие эффекта при присадке i кг до-«энного плана и извести, соответственно, в 100 кг мота.'плл, Мв/кг'tCeat - средняя удельная теплоемкость' лидкой ста.гш-0.Й4 кДа/Скг К). '■

¡/равнение (12) графически представлена на рис,5. Златрихо-ванная область показывает реализуемые на практике значения в случае. когда илакообразувдая смесь предварительно нагреваемся дп 400... ,600'С. Если допуеттш степень охлаждения металла s .корио составляет 25*0,-тогда вознояный расхйд холодной влакообр«увчай смеси составит 1.2S '/., а при предварительном нагреве с-е до 500" С расход hosít быть доведен до 2,1 У.,

0,2 Цв СО 1,8 2,2 От>%

Рис.5. Зависимость снивения температуры металла в ковве от количества макосбразующей смеси и температуры предварительного ее нагрева^ (соотношение регенерированного доменного шлака к извести 4:1)

На основании разработанной математической модели бил осуществлен полный расчет выплавки углеродистой стали при переделе низ-коыарганцовистого чугуна в двухплаковои ренине в условиях (1д:за-

Габлица 2

Состав« металла ч влака в конце первого Ш и . второго'(Б) периода плавки, в готовой стали (В)

Наименование - ' я : б : в.

Состав металла, У. : С 1,420 0,140 0.140

Мп 0,203 0.510 0.510

А* 0,000 0,000 0.200

Р С.014 0,003 0,009

0,018 0.016 0,010

; Состав глака, СаО 50,52 44.82 -

Щ 18,91 13.99 -

А**. 1,34 0,84 -

'¡ЪЪ 2,11 2,82 -

МпО 6,08 13.89 -

м$о 7,01 5.57 -

0,19 0,22 -

1Р<?0 13,86 18,08 -

окутского металлургического завода. Полученные результаты представлены в табл.2. Для достизения требуемого содержания марганца в.конце плавки расход марганцевой руды, содеряаией 38,8 У, Мп, во второй период плавки составляет 2,22 У. от массы металлической пихт». Выход «идкой стали составляет 92,63 У..

Для получения 0,010 У. $ в стали осуществляли ковиепую д?-«сулыэдрациа металла влакообразуюцей смесью на основе дпменнпгн

- по •-

»лака н »¡¿сеств . ое расход составляет 29,-1 1:г/т стали.

4. Экспврнйентальяые исследования элементов предлагаемой теккодогкк 4.1, Экспериментальное определение кочффициента распределения марганца аеяду маком и металлов По предлагаемой технологии конвертерной плавки усвоение марганцевой руди ванной рассматривается как процесс распределения марганца мевду шлаком и металлом, а главная характеристика его - коэффициент распределения марганца меяду ылакои и металлов, при математическом моделировании определялся теоретически!*

а

расчетом. В связи с указанным, для оценки рйьности результатов, полученных математическим моделированием, первостепенное значение икевт эксперииентальнсе определение возвоеных значения коэффициента распределения марганца мевду влаком и металлом и сопоставление расчетных значений коэффициента распределения .марганца с экспериментальными.

4.1.1. Методика исследования В качестве исходных материалов при проведении экспериментов использовались: марганцевая руда Никопольского месторовдения.со-дераащая 37.4 У. Мп ; чугун Ш, содерващий 4,17 % С и 0,17 У. Кп; металлический лои кипяцей стали ОВкп ; окатыыи и известь.

Основой используемой установки для проведения экспериментов служила известная печь сопротивления Танкака с графитовым трубчатый нагревателем внутренним диаметром 80мм. В рабочее пространство печи устанавливали магнезитовый тигель оневнни диаметром ?0кы. 3 иапшзитовий тигель загрузили металлический лок к куско-гг.м чугунное г лома и 100 г чугуна) с добавкой «звести . Такое пттчпггчир сома к чпгуну необходимо длк получения содержания уг-

.яерода в кеталле не более 1... 1,5 У., как биле принято в теоретических расчетах. По расплавлении металлической михты присаживали окатисш для окисления кремния и части углерода. После этого присавивали иаргонцевуи р&ду ¡Родин, два, и три процента от массы металлической пихты и известь для омлакования пустой породы рудн.

4.1.2. Полученные результаты и их обсуждение Экспериментальные данные, полученные для определения коэффициента распределения марганца, и результаты определения этого параметра приведены в табл. 3. В ней для сопоставления также указаны данные о величине коэффициента распределения, полученные расчетом.

15

10 то

Рис.5. Сопоставление величин коэффициента распределения марганца , полученных экспериментально (точки) и расчетом при сГеО) - Ю У. (кривая)

о ° ( 1 0 ^^ о О О

lijMitsi, iii,j:1тш::х jixncpiKiOüTa.Tbiio и расч-лом, прсдстаг^е!:^. ;; графически (piic.6).

Kar, видно из рис.б, значения коэффициента распределения марганца. полученные расчетом по формуле (ЗЪнескопько выше, чек экспериментальные. Это свидетельствует п том, что фактическое восстановление моаег бмть выве. чем получено при математическом моделировании! т«оре1ическом расчете). Иначе говоря, данные о воз-мойном восстанивлении марганца в конвертерной ванне, полученные расчетом, представляют вполне реально достижимые величины.

Таблица 3

Результаты экспериментального определения коэффициента распределения марганца между маком и металлом

Но - Расход :Темпера-:Содер- :Содер*ание в:Козффициент рас-

опыта: марган-:тура, :вание в :илаке, У. определения мар-

: цевой : С '.металле :--:-гганца, найденный

: руды. '/•'. :марганца,: —-—————

: : У. : : экспери-¡расчетом

: ; ; \2fe0 : МаО ; ментально:

i 3 1615 0,28 15;з? 4,06- 11,25 13,821

2 1 1585 0,12 15,08* 1,99 12.88 15,28

3 1 1600 0,13 14,93 2,10 12,50. 14,27

4 2 1645 0.21 15,53 2,38 11,00. 12,35

5 3 1575 0,20 15.20 3.38 14.00 16,25

6 3 1595 0.25 14,97 4,22 13,10 14,54

7 л с. 1630 0.19 15,23 2.72 11 ;оо 12,90

8 1 1625 0.15 14,84 2,30 11.88 12,80

а 0 • 1630 0,036 - - - -

4.2. Исследование процессов твердофазной регенерации доменного шлака

Исследование возмояноП' твердофазной регенерации доменного шлака проведено в трек вариантах. Причем бо всех случаях в качестве исходного материала использовался гранулированный доменный плак ИМИ следующего состава:41,53 У.СаО ; 37,20 7.вс'03 ;0,1? У.МаО', 0,1В 11,6 ; 0,50 У. &0 ; 0,82 У. Э ,

Прерянй вариант исследования сводится к прокаливанию доменного влака в нуфелытй печи СН0Л1,б. в рознив неподвижного слоя, Для этого навески массоП 50 г в алуидових тиглях вндервали в печи при температурах 800°С и 900*С. Общее вреня выдержки составило восемь часов, а отбор променуточнах проб осуществляли через три и пять часов. Результаты исследования показали, что отсутствие перемешивания и слабоокислительная атмосфера печи ограничивали глубину двсульфуращш влака в муфельной печи и степень десульфурации составляла не более 1,8.

Второй вариант десульфурации проводился в ревиие кипящего слоя. Для ятого била собрана установка, основой которая слумила печь сопротивления Тамиана. В рабочее пространство печи устанавливали иамотный стакан внешним диаметром 70 мм, о дня которого высверлилось отверстие диаметром 14 им, через которое осуществляли продувку воздухом расходом (2...5x10 и'/тп. В иамотный стакан засыпали стограмовув порцию гранулированного доменного влака. нагревали до заданной температур» и подвергали затек продувке воздухом, Через нзкдне 15 мин производили отбор проб.

Осуществление дег.ульфурации гранулированного доменного влака в рекиме кипящего слоя при продувке воздухом позволило создать окислительную атмосферу. Кроме того, прпдувкл позволила тбе.ялть слипания илакл даяя при 1?00"С. Зтч серич опнтов показала впзмоя

ность 1 вснногп упучкшшя десульфурации гранулированного доменного шика. Так, в опыте с. самой высокой температурой 4200е С) йила достигнута максимальная степень десульфурации

В = г,П.

Третий вариант десульфурации доменного илака проводили во вращающейся печи треста Нагнитострой, которая отапливается коксовым газом.

Температура рабочего пространства печи измняется от холодного к горячему концу от 100.. .120 до 900...550*С. Бремя пребывания порции илака в печи -около трех часов.

Степень десульфурации шлака при обжиге во вращающейся печи не более 1,45.

Из результатов регенерации доменных шлаков видно, что достичь степень десульфурации выше 2.0 трудно . Поэтому одновременно необходимо обеспечить серопоглотительную способность илака (повысить коэффициента распределения серы некду шлаком и металлом) путем повышения СаО в нем.

4.3. Исследование процессов десульфурации металла регенерированным доменным шлаком 4.3.1. Десульфурация чугуна регенерированным доменным шлаком

Исследование десульфурации чугуча полученными регенерированными доменными шлаками проводили в графитовых тиглях в печи Там-мана. Было создано условие для смешивания чугуна и шлака, Масса одной порции обрабатываемого чугуна составила 300'г, илака- 30 г. В качестве десул!>|рурлтора в основном использовали шлаки после обвита во нрацапцрйсч печи.

В опытах было {пг.пгнуто снижение содержания г.сры в чугуне с.

0,051 до 0, 025.. .0,027 У., При атом Ls = 20...47.

4.3.?. Исследование ковиевой десульфураиии стали плакообразукщей смесью на базе регенерированного доменного илака и извести В.й. Бигеевнм, К.Н. Вдовиннн, А.В Де/)ябинни предлонен способ ковиевой десульфураиии стали твердой шлакообразувщей смесью. В ней соотношение регенерированного доменного плана к извести 4:1, что вполне согласуется с некими данными, полученными теоретическими расчетами и приведенными на рис.4: повышение основности шлака резко повышает коэффициент распределения (серопоглотм-тедьнуя способность). При применении 1 7. такой смеси было достигнуто снижение содержания серы в металле до двух раз.

Для определения температура начала и конца плавления илако-образующих сиесей с разними соотношениями регенерированного доменного шлака и извести в данной работе применили метод визуального наблюдения за плавлением мака в микропечи кафедры МЧМ МГМЯ. Навеску предварительно размолотого .шлака до зерна 0,05 мм, имеющего соответствующее соотношение доменного илака к извести, ак-куротно помещали в нагревательннй элемент печи. Наблюдение за нагревом и плавлением навески илака вели через микроскоп с увеличением в 40. ..120 раз.

Установили,что температура начала плавления илака, состоящего из регенерированного доменного шпака и извести в соотноие--нии 4:1, составляет 1270...12Я0. а конечная температура плавления находится в пределах 1350.. ЛЗЗСГ.. Эти данные подтверждают, что вполне реально получение гомогенного шлака при применении илаколбраяуючей смеси из регенерированного доменного илака и извести в соотношении 4:1 для ковшевой десульфурации стали.

копиортерного пзрадеяс ¡¡нзкомарганцозистого чугуна

Предлагаемая технология передела низкомарганцовистых чугуноа в условии"йдваокутсксго металлургического завода имеет следупцие особенности:

1) применение кусковой извести;

2) проведение плавки в двухилаковом ревиьхт.е продувка осуществляется в два периода с возиоано пол^ным проиевуточным спуском шлака в конце первого периода плавки;

3) оставление всего количества конечного шлака в конвертере для повторного использования в следувчей плавке;

4) присадка марганцевой руды в конвертер для прямого раскисления-легирования во второй период плавки;

5) КовЕйвая обработка металла при выпуске илакообразувщей смесьв на основе регенерированного доменного шлака, полученного во вра^ашцейся печи для прокаливания ферросплавов в конвертерном цехе.

6. Технико-экономический эффект и экологическая оценка вносимых изменений технологических процессов >

Остановлено, что общий экономический эффект в металлургической комплексе при реализации предлагаемой технологии в условиях Адяаокутского металлургического завода составит 2530.? тыс. долл в год.

Сумма платеаей за загрязнение окружающей среды при реализации предлагаекой технологии составит 602390 долл/год. При этом не ухудшится экологическая обстановка окружающей среды.

- 27 -ОБЦНЕ ВНВОДЦ

1. Технология конвертерного передела чугуна с высоким со-дерианиеы (1,1 7.) марганца, предусмотренная в проекте Адваокут-ского металлургического завода, внзмвает повыпение ресурсоемкос-ти агломерационного и доменного производств, что обусловлено не-обходимостьв введения в аглодоиенную иихту марганцевой руды, содержащей 28,5 7. марганца, в количестве около 04 кг/т чугуна.

2. Полный вывод марганцевой руды из агломерационного и доменного процессов и снияение содераания кремния в чугуне, в соответствии с требованием предлагаемой технологии конвертерной плавки, как показали расчеты. позволят уменьпить расход кокса на 5,58 7. (26,33 кг/т чугуна). При этом возмозно и некоторое пови-оениэ производительности доменных печей.

3. При переделе низкомарганцовистых чугунов в кислородных конвертерах возникают проблемы замедления илакообразованиа в начале плавки и опасности сворачивания плана во время интенсивного окисления углерода. Эти проблемы вполне разрешимы при освоении технологии выплавки стали в двухвлаковом реаиме с промевуточным возмоано полным спуском злака, присадкой марганцевой руды для прямого раскисления-легирования металла марганцеы и оставлением всего конечного влака в конвертере для следующей плавки. Освоение такой технологии на йдааокутском металлургическом заводе позволит получить углеродиступ сталь, содервацув 0,45...0,55 7. Ип, при конвертерном переделе низкомарганцовистого чугуна. При этом содержание кремния в чугуне долано быть снияено до 0,4...0,5 7., а расход марганцевой руди, содеряацей 38,8 7. Ип, доляен составлять-20...30 кг/т стали.

4. Применение марганцевой руды для прямого раскисления-легирования по указанному выше варианту позволит полностьа исключить использование маргане1|содер«ачи)г ферросплавов при выпллпкя цгп/>-

- 28 - <1 JJX Mijua,

родястой стали, содержацей 0,4...0,0 7. ¡4n, и сокрагит^римерно а два раза в случае выплавки низколегированной стали (0.8... 1,2 У. Ип). Кроме того, при такой технологии отпадает необходимость применения плавикового ипата и других разникителей илака, поскольку илак. оставленный в конвертере от предыдущей плавки, имеет высокое содервакие НпО. а это способствует ускорению шлакообразования и улучшение процессов дефосфорации и десульфурации металла.

5. Прямое раскисление-легирование металла марганцем мало эффективно. когда в конечном металле менее 0,1 У. С, поскольку в области низких концентраций углерода окисленность ванны резко возрастает и степень восстановления марганца сникается. Так, в случае хорошего промежуточного спуска шлака к окончания плавки при содержании углерода не менее 0,15...0,20 У. степень восстановления достигает 60...65 '/.. Если остаточное содеряание углерода в конечном металле менее 0,10 У., то степень восстановления марганца сни-шается до 40 X и менее.

.6. Учитывая, что на заводе принята непрерывная разливка стали, когда содеркание серы в готовом металле должно быть не более 0,015 Я» вся выплавляемая сталь долнна подвергаться ковшевой десульфурации с помощью илакообразующей смеси, основу которой составляет регенерированный (десульфурированный) доменный шлак. Регенерация доменного шлака мохет быть проведена в существующей в конвертерном цехе вращающейся печи для прокаливания ферросплавов.

7. Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом, используемый.в качестве основного параметра при прогнозировании йгзмояной степени десульфурации металла, мояеть быть определен по приведенной в работе методике. В основу этой методики положены понятия сульфидной емкости шлака, определяемой через основность влака, активность Fе0 в шлаке, определяемой по Пономаренко, и активности примесей металла, ппрепе.пясмпй по пагнерч.

3. Общий экономический эффект в металлургическом комплексе при освоении предлагаемой технологии на Адпаокутскок металлургическом металлургическом заводе монет составить более 2,5 млн. долл. СЕЙ в год.

Основное содергание диссертации опубликовано в следувцих работах:

1. Бигеев А.Й., Васильева И. В., Ибрахим И. Основ« технологии эффективного использования марганцевой руды в конвертерной плавке и математическое моделирование ее :Теэ. докл. мяягос. науч. техн. конф.- Магнитогорск , ИГМЙ. - 1994.-С.32 - 33.

2. Бигеев A.M., Бигеев B.fi., Ибрахии E.H. Математическое моделирование процесса десульфурации металла регенерированным доменным илаком//Производство чугуна: Меявуз. сб.-Магнитогорск: МГИЙ, 1994. -С.84...91.

3. Об экономической эффективности выплавки низкоиарганцо-вистого чугуна / A.M. Бигеев. С.К. Сибагатуллин, В.0.Бигеев, Е.й. Ибрахим ff Производство чугуна: Ие*вуз. Сб.-Магнитогорск: МГМА. 1994. -С.91...93.