Мосейко Ю.В., Воденникова О.С.

Запорожская государственная инженерная академия

О ВЛИЯНИИ СОДЕРЖАНИЯ МАГНЕЗИИ В ШЛАКЕ

НА СТЕПЕНЬ УДАЛЕНИЕ СЕРЫ ИЗ ЧУГУНА

Высокие требования к качеству чугуна, получаемого в доменных печах, работающих на агломерате и окатышах с оптимальным удельным расходом кокса, требуют отработки их оптимального шлакового режима, а также выбора рационального состава конечного шлака. При этом достигаются как повышение выхода чугуна, так и улучшение его качественных показателей из-за снижения содержания серы.

Известно [1], что процесс удаления серы из чугуна успешно осуществляется при основном шлаке, в восстановительной атмосфере, а также при минимальном содержании оксида железа в шлаке.

Улучшению процессов перехода серы в шлак и получения чугуна с ее низким содержанием способствует перевод доменных печей на работу с полностью офлюсованным агломератом при выводе сырого известняка из состава шихты.

Результаты, полученные в производственных условиях, подтверждают, что при работе печей на агломерате с основностью 1,10…1,12 имеет место значительное повышение коэффициента распределения серы между чугуном и шлаком (L_s).

Совершенствование процесса удаления серы из чугуна [2] достигается за счет увеличения числа выпусков, а, следовательно, и возрастания количества нижнего шлака, который лучше контактирует с чугуном.

В монографии [3] выполнен наиболее полный термодинамический анализ десульфурации чугуна в доменных печах и разработаны практические меры по повышению способности шлака поглощать серу при выплавке маломарганцовистого чугуна.

Авторами работы [4] изучены соединения серы, поступающие в доменную печь с шихтовыми материалами. В офлюсованном агломерате сера в значительном количестве связана с кальцием в оливинах, а в зернах магнетита наблюдается переход определенного количества FeS в CaS, образующего твердые растворы. Следовательно, применение офлюсованного агломерата в доменных печах создает более благоприятные условия для борьбы с серой путем активного ее ошлакования.

В работе [5] представлены результаты исследований влияния расхода кокса, температуры и основности шлака на распределение серы между чугуном и шлаком. В случае выплавки холодных малокремнистых чугунов (0,2…0,5 % кремния) установлено, что шлак в горне доменной печи имеет пониженную температуру (1400…1450° С). Это сопровождается снижением коэффициента L_s в 1,5…2,0 раза по сравнению со шлаком, имеющим температуру 1500 °С и можно объяснить влиянием температуры на вязкость шлака и активность серы в нем.

Выполняли эксперименты по изучению степени поглощения серы синтетическими шлаками, содержащими 3,0…14,4 % MgO, и доменными шлаками, содержащими 2,7…3,25 % MgO, в печи сопротивления с внутренним диаметром рабочего объема 80 мм. Удаление серы из чугуна осуществляли в графитовом тигле, размещаемом в центральной части рабочего объема указанной печи в зоне высоких температур. Температуру в рабочем объеме печи замеряли непрерывно в течение всего эксперимента при помощи оптического пирометра ТЕРА-50.

Образцы синтетического шлака характеризовались содержанием MgO в количестве 2,5; 4,2; 5,8; 7,5; 9,1; 10,8; 12,4 и 14,2 %, а также 0,3…0,5 % FeO. Компонентами шлака служили химически чистые оксид магния MgO и диоксид алюминия Al₂O₃, а также известняк CaCO₃ и кварцевый песок. Соответствующее количество компонентов тщательно перемешивали и в графитовом тигле загружали в печь и нагревали до температуры 1500  С. Расплавленный шлак после выдержке при указанной температуре в течение 15 мин выливали в специальную изложницу. После остывания шлак подвергали дроблению до фракции менее 3,0 мм и тщательно перемешивали.

Образцы шлака и чугуна массой 30 г загружали в графитовый тигель и нагревали до температуры 1400 °С. Расплав подвергали выдержке в течение 2 ч и направляли в заводскую лабораторию на химический анализ.

Результаты статистической обработки данных работы доменных печей № 4 и 5 ОАО «Металлургический комбинат «Запорожсталь» при содержании в шлаке 2,7 и 3,»5 % MgO позволили определить для каждого значения основности среднее значение L_s и среднее содержание кремния в чугуне.

Установлено, что шлаки с содержанием оксида магния 3,25 % обладают лучшей способностью поглощать серу, чем шлаки с его содержанием 2,70 %.

Кроме того, при повышении основности шлака возрастает его способность поглощать серу. Так, при основности шлака 1,26 и повышении содержания MgO до 3,25 % коэффициент распределения серы увеличивается до 45,0, а при основности 1,36 его величина возросла до 66,0, то есть его приращение в два раза больше, чем при основности 1,26.

Повышение содержания MgO в шлаке от 2,70 до 3,25 % также позволяет в промышленных условиях работать на шлаках с меньшей основностью, не понижая при этом их способность поглощать серу. Например, если шлак при содержании 2,70 % MgO и основности 1,36 имеет L_s = 48, то шлак с содержанием 3,25 % MgO имеет то же значение L_s при основности 1,31.

Результаты проведенных исследований позволили установить, что для промышленных доменных шлаков при увеличении содержания MgO от 2,70 до 3,25 % наблюдается повышение их способности поглощать серу в интервале основности 1,26…1,36..

Литература:

1. Шлаковый режим доменных печей [Текст] / Под ред. Н. Л. Жило и М. Я. Остроухова. - М. : Металлургия, 1967. – 488 с. – Библиография в конце разделов.

2. Резервы повышения эффективности доменного производства [Текст] / Ю. М. Потебня, В. Ф. Брагин, Р. Г. Рихтер и др. – Днепропетровск : Промінь, 1970. – 158 с. – Библиогр. : с.

3. Куликов, И. С. Десульфурация чугуна [Текст] / И. С. Куликов. – М. : Металлургия, 1962. – 306 с. – Библиогр. : с. 300-306.

4. Воловик, Г. А. Распределение серы между фазами, образующими структуру руды и агломерата [Текст] / Г. А. Воловик, И. Е. Лев // Металлургия и коксохимия : межвед. респ. науч.-техн. сб. – Киев : Техника, 1966. – Вып. 9. – С. 91-101 (Металлургия чугуна).

5. Логинов, В. И. Влияние расхода кокса, температуры и основности шлака на распределение серы [Текст] / В. И. Логинов // Металлургия и коксохимия : межвед. респ. науч.-техн сб. – Киев : Техника, 1971. – Вып. 24. – С. 50-52 (Металлургия чугуна).