http://www.metalica.kh.ua/disulfat.html

Дубицкий Г. П.
Украинские перспективы десульфурации чугуна

      В последнее время требования потребителей металлов во многих отраслях к качеству приобретаемой продукции непрерывно растут - клиента количество стали уже не удовлетворяет, ему нужно качество. А для получения качественной стали в конвертерах нужен модифицированный чугун со сниженным содержанием в нем серы, для чего необходимо провести так называемую операцию десульфурации чугуна. Обычно ее выполняют за счет добавки магния в основной металл. Сравнительно недавно эта технология была усовершенствована украинскими специалистами - что позволило не только повысить качество самой десульфурации, но и снизить себестоимость получаемых чугунов. Как известно, одним из самых "коварных" врагов сталей является сера - ее присутствие в составе вызывает повышенную хрупкость при обработке давлением, приводит к снижению коррозионостойкости, ударной вязкости, пластичности и величины усталостного сопротивления. Исследования показывают, что повышение содержания серы с 0,054 до 0,15% приводит к практически линейному снижению твёрдости стали на 25%, а рост ее содержания вдвое приводит к пропорциональному снижению предельной упругой деформации металла примерно в 1,2 раза. Поэтому сегодня в технических требованиях к качественной стали содержание в ней серы строго ограничивают - до величин не более 0,03%. Серу можно эффективно удалить из стали только методом электрошлакового переплава с рафинированием синтетическими шлаками, однако это способ относительно дорог. Поэтому для получения качественных сталей путем наиболее широко распространенной (как в Украине, так и в мире) конвертерной переплавки чугуна содержание серы в нем необходимо снижать в максимально возможной степени. Сегодня наиболее распространенными технологиями десульфурации чугуна в ковшах являются либо инжектирование фрезерованного магния, смешанного с пассивирующими наполнителями (известь, карбид кальция и другими материалами), либо вдувание гранулированного магния без каких-либо добавок. Наиболее передовой с точки зрения получения качественно модифицированного чугуна является вторая. Учеными Института черной металлургии НАНУ (г. Днепропетровск) и Научно-исследовательского проектного института титана (г. Запорожье) сравнительно недавно был совершен настоящий технологический "прорыв": ими был разработан новый эффективный техпроцесс модифицирования чугуна чистым магнием. Отечественные специалисты также спроектировали и изготовили необходимый комплект оборудования, защищенный к настоящему времени двумя десятками патентов, в т. ч. в таких промышленно развитых странах, как США, Германия, Франция, Швеция, Япония, Бельгия и Китай. Разработка была создана, что называется, не на "пустом месте". В свое время в Советском Союзе технология вдувания магния развивалась достаточно активно, были построены 9 крупных промышленных установок десульфурации чугуна суммарной мощностью более 15 млн. тонн в год. Они позволяли снижать содержание серы в металле до 0,01% (и даже до 0,002%). Устойчивость процесса обработки чугуна гранулированным магнием по предложенной технологии обеспечивается благодаря высокой степени усвоения модифицирующей магниевой добавки основным металлом (до 95%). Удельный расход реагента магния зависит от содержания в чугуне серы (исходного и заданного конечного) и условий обработки, и находится, как правило, в пределах 0,2 - 0,6 кг/т чугуна. Технология характеризуется также следующими параметрами: интенсивность вдувания магния регулируется в диапазоне 7 - 12 кг/мин, продолжительность процесса вдувания - от 3,9 до 12 минут, в течение которого температура чугуна снижается на 5-15?С. Необходимое давление транспортирующего газа в подводящей магистрали - не менее 0,6 МПа, удельный расход - 0,2 - 0,5 м3/т чугуна. Соответственно, расход газа в период вдувания составляет 30-100 м3/ч. Температура и масса чугуна перед обработкой, исходное и конечное (до 0,002%) содержание серы определяются заказчиком установки при составлении технического задания к контракту. Дымовыделение, характерное для данной технологии, является минимальным благодаря низкому расходу реагента и транспортирующего газа, а образующийся дым безопасен и нетоксичен, хотя и требует улавливания и удаления из него пыли (с этой целью может применяться сухая и мокрая газоочистка обычного типа). Управление процессом обработки чугуна вдуванием гранулированного магния может по выбору заказчика осуществляться как в автоматизированном, так и в дискретном дистанционном режимах с помощью автоматизированной системы управления техпроцессом (АСУ ТП) "Десульфурация". Ее можно включить в единую сеть с другими аналогичными АСУТП предприятия, что дает возможность вести удаленный мониторинг, контроль и сбор статистических данных процесса через SCADA-систему на персональном компьютере. Контроллеры, использованные в системе управления "Десульфурация", предназначены для работы в закрытых помещениях при температуре окружающей среды от +1°С до +50°С, относительной влажности не более 85% (при температуре +25°С) и атмосферном давлении от 84 до 106,7 кПа. Степень защиты контроллеров от влаги и пыли - по IP20, DIN40 050, IEC529. АСУТП решает несколько задач, прежде всего - обеспечение технологического персонала, обслуживающего установку десульфурации, следующей информацией: - основными исходными и конечными данными по десульфурации чугуна, в том числе номера обрабатываемой плавки, датой и временем обработки, массой чугуна в ковше, его температурой, исходным и требуемым конечным содержанием серы; - о положении всех узлов, устройств и запорной арматуры установки и их исправности; - о текущих значениях технологических параметров и характеристиках электроснабжения; - о работе системы сигнализации установки и причинах ее сбоя. АСУТП также обеспечивает возможность оперативного ручного пооперационного управления технологическим оборудованием и запорно-регулирующей арматурой с главного и местных пультов управления, позволяет осуществлять автоматическое управление всеми элементами десульфурационной (в т.ч. роторным питателем-дозатором) установки в соответствии с заданной программой. Система управления в автоматическом режиме осуществляет поддержание всех технологических параметров на заданном уровне, в том числе, минутный расход магния, давление в бункере модуля-дозатора, расход транспортного газа, а при необходимости -обеспечивает возможность их изменения оператором непосредственно во время вдувания магния в ковш. АСУТП также позволяет осуществлять необходимые блокировки в ходе выполнения процесса и может сопрягаться с пультом экстренной остановки технологического оборудования при возникновении аварийной ситуации в цехе. Данные, характеризующие проведенную десульфурацию чугуна и полученные результаты, обрабатываются ПЭВМ по соответствующей программе и представляются оператору установки на дисплее в табличной форме. В число этих данных входят: номер обрабатываемой плавки металла, дата, время начала и окончания обработки, номер фурмы, в которой проходила десульфурация, количество обработок, проведенных в данной фурме, масса чугуна, его химсостав (содержание в % C, Mn, Si, P и других элементов), начальная и конечная температура чугуна, заданная интенсивность подачи магния, а также заданный, фактический и удельный расход магния на ковш. Кроме того, выводятся данные о начальном и конечном (требуемом и фактическом) содержании серы в чугуне и удельное использование магния на серу (кг/кг). В зависимости от производительности и уровня автоматизации комплексы десульфурации обеспечивают выпуск 0,5-4 млн. т металла в год. Как известно из открытых источников (сообщения СМИ), "удельная" контрактная стоимость установок составляет 0,9-1 млн. долларов США на 1 млн. тонн получаемого чугуна в год. Каковы преимущества предлагаемой технологии в целом по сравнению с аналогами? Опыт ее применения показал, что с ее помощью затраты на десульфурацию чугуна можно существенно снизить по сравнению с традиционными методами, использующими вдувание порошковых смесей магния с известью и предлагаемыми такими фирмами, как ESM, Rossborough, Remacor, Hoogwens и др. (на заливочных ковшах компании TISCO и при исходном содержании серы в чугуне до 1%). Предлагаемая технология обеспечивает прибыль не менее US $1,025/т чугуна при снижении содержания серы до 0,01%, а при снижении до 0,005% - US $1,617/т. Следовательно, на каждый миллион тонн обработанного предложенным методом чугуна в условиях, оговоренных TISCO, экономический эффект составит не менее 1 млн. долларов США. К другим технико-экономическим достоинствам технологии можно отнести самую высокую степень усвоения модифицирующего реагента (не менее 95%) и наименьший его расход, отсутствие необходимости в применении различных добавок (извести, карбида кальция и пр.), минимальное шлакообразование в ковше, максимальный по сравнению с другими технологиями выход годного чугуна, наименьшие температурные потери при обработке чугуна и, как следствие, высокое качество металла, простота аппаратной реализации, малая продолжительность процесса обработки, высокий уровень автоматизации процесса управления, гарантированное обеспечение заданного содержания серы в металле. К сожалению, сегодня в Украине действует крайне мало установок десульфурации, поскольку украинские металлурги мало озабочены содержанием серы в выпускаемом ими чугуне, что, между прочим, ухудшает и свойства получаемой затем стали. Зато вот уже почти 5 лет идет проектирование и постройка оборудования десульфурации чугуна с использованием предложенного метода на ряде крупных предприятий Китая, а на Ханданьском, Уханьском, Пекинском, Сянтаньском и Тайюанском металлургических комбинатах эти установки уже с успехом работают. Остается лишь отметить, что коллектив создателей описанной выше технологии и комплекса оборудования непрерывно совершенствует свое "детище", и на момент начала переговоров вполне способны предложить заказчику даже более высокие технические характеристики своих изделий, чем приведенные в данной статье. Все это дает основания говорить, что перспективы создаваемых в Украине технологий по модификации передельных чугунов методом десульфурации чистым магнием, еще далеко не исчерпаны. Только вот когда на них обратят внимание украинские металлурги?