Вы здесь

Розвиток теорії та розробка ресурсо- і енергозаощаджуючих технологій ковшового рафінування чавуну перед киснево-конвертерною плавкою

Автор: 
Вергун Олександр Сергійович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2003
Артикул:
3503U000515
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА УСТАНОВОК И МЕТОДИК ПОСТАНОВКИ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ МЕХАНИЗМА И КИНЕТИКИ
ПРОЦЕССОВ КОВШЕВОЙ ДЕСУЛЬФУРАЦИИ, ДЕСИЛИКОНИЗАЦИИ
И ДЕФОСФОРАЦИИ ЧУГУНА
2.1. Установки и методики исследования механизма процесса десульфурации чугуна
магнием, а также процесса попутной деазотации чугуна при его обескремнивании и
десульфурации
Согласно имеющимся сведениям [54] методику двухкамерного конвертера (ковша),
реализующую принцип разделения реакционных зон в рабочем пространстве агрегата,
первыми разработали и использовали в практике высокотемпературного
моделирования немецкие исследователи К. Боровски и Ю. Маач для выяснения места
преимущественного окисления углерода при верхней кислородной продувке жидкого
чугуна.
Несколько позже эти эксперименты были продублированы в СССР [55, 109, 110] с
практически полным подтверждением данных [54] о преимущественном (до 90% от
общего количества) выгорании углерода в пределах реакционной зоны воздействия
кислородной струи на железоуглеродистый расплав.
В последующем в модернизированных вариантах (с использованием погружных
перегородок и труб, прозрачной кварцевой стенки конвертера, калиброванных
отверстий в крышке, кино- и фотосъемки и др.) эта методика с успехом была
применена для определения реакционных зон преимущественного удаления примесей
чугуна (С, Mn, Si, S, P) и исследования гидрогазодинамических и
тепломассообменных процессов в рабочем пространстве конвертера в условиях
верхней [56] и комбинированной [110] продувки.
Свое практическое приложение методика двухкамерного конвертера (ковша) нашла в
японском патенте [79], преследующем цель одновременного проведения дефосфорации
и десульфурации чугуна в заливочном ковше с погружаемой сверху перегородкой,
разделяющей рабочее пространство на камеры дефосфорации и десульфурации.
Однако, данный способ рафинирования чугуна так и не был реализован в
промышленном масштабе, по-видимому, из-за обязательного предварительного
обескремнивания расплава, а также существенного снижения температуры чугуна в
процессе обработки.
Исследование особенностей механизма процесса десульфурации чугуна
инжектированием диспергированного магния через фурму погружения в потоке
газа-носителя, а также поведение азота в чугуне в процессе десульфурации чугуна
магнием выполняли на «горячих» моделях с использованием лабораторной установки
(рис. 2.1).
Особенностью этой установки являлся двухкамерный тигель, имеющий погружающуюся
на различную глубину (до 90% глубины жидкой ванны) разделительную перегородку,
которая позволяла регулировать массообменные процессы между камерами и оценить
роль растворяющегося в чугуне магния в общем процессе взаимодействия серы и
магния.
Диспергированный магний вводили в расплав чугуна с удельной интенсивностью
0,055-0,06 кг/тЧмин. в потоке аргона, подаваемого с интенсивностью 0,015-0,017
м3/мин. Эксперименты вели как с чистым зеркалом металла в начале обработки, так
и с предварительной наводкой в каждой из камер шлака путем присадки 0,5-0,7 кг
извести и 0,25-0,3 кг плавикового шпата. В серии опытов перед началом обработки
в реакционную камеру (р.к.) вдувания диспергированного магния присаживали 0,5
кг меди в качестве индикатора для последующей оценки по химическому составу
проб закономерностей усреднения состава чугуна обеих камер.
В ходе вдувания в чугун диспергированного магния периодически (через каждые 2-3
мин.) одновременно из реакционной и сравнительной (с.к.) камер кварцевой
пробницей (рис. 2.6) отбирали пробы металла и периодически фиксировали
киносъемкой макрокартину физических явлений, протекающих на поверхности ванны в
обеих камерах.

Рис. 2.1. Схема лабораторной установки для исследования механизма процесса
десульфурации чугуна инжектированием диспергированного магния
через фурму погружения:
1 – тигель; 2 – перегородка; 3 – фурма; 4 – бункер с питателем;
5 – ротаметр; 6 – баллон с транспортирующим газом

Исследование поведения азота в чугуне в процессе десиликонизации и
десульфурации чугуна выполняли на «горячих» моделях с использованием специально
созданной для этих целей лабораторной установки, схема которой представлена на
рис. 2.2.
В состав установки входят: 150-кг индукционная печь ИСТ-0,16 с набивным
кварцитовым тиглем; погружные фурмы для подачи порошкообразных десульфураторов
в потоке нейтрального газа и продувки чугуна кислородно-топливными струями;
механизм подъема и опускания погружных фурм; система аспирации; оборудование
для снабжения установки кислородом, природным газом, азотом, аргоном, сжатым
воздухом и водой; оборудование для подачи к фурмам порошкообразных реагентов
(известь, диспергированный магний, алюминий и их смеси) в потоке различных
газов-носителей; контрольно-измерительная, регулирующая и электропусковая
аппаратура.
Рабочее пространство кварцитового тигля опытной установки выполнено в масштабе
1:13 по отношению к 200-тонному заливочному ковшу ДМК. Особенностью тигля
являлось наличие вертикальной магнезитовой перегородки, которая разделяла
тигель на две камеры. Нижний торец перегородки был расположен на 0,035-0,060 м
ниже поверхности ванны жидкого чугуна глубиной 0,246-0,32 м с таким расчетом,
чтобы минимально препятствовать развитию процессов перемешивания и
тепломассопереноса в объеме ванны, но в то же время предотвратить смешивание и
взаимодействие образующихся в отдельных камерах (десульфурации и
десиликонизации) продуктов соответствующих реакций.
С целью удаления кремния в камере обескремнивания (к.о.) осуществлялась
продувка чугуна кислородными струями в кольцевой оболочке природного газа через
погружн