ПЕРЕАБОТКА ВЫСОКОФОСФОРИСТЫХ ЧУГУНОВ

Воскобойников В.Г.
Кудрин В.А.
Якушев А.М.

Источник: Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: учебник для вузов 6-изд., перераб и доп. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2005 - 768 с.

  Во многих странах имеются крупные запасы фосфористых железных руд, и выплавляемый из них чугун содержит много (от 0,7—1,1 до 1,6—2,0%) фосфора. Для переработки таких чугунов обычная технология продувки сверху оказалась неэффективной, поскольку скорость формирования основного шлака из кусковой извести и интенсивность перемешивания металла и шлака были недостаточными для обеспечения быстрого и полного удаления в шлак больших количеств фосфора. Показатели таких плавок существенно ухудшались по следующим причинам: возрастала длительность продувки из-за необходимости вести ее "мягко", т.е. со сравнительно небольшим расходом кислорода, обеспечивая высокое содержание FeO в шлаке, что необходимо для ускорения растворения извести и более полного протекания реакции дефосфорации; приходилось значительно увеличивать количество шлака и в течение продувки обновлять его (сливать и наводить новый); возрастала длительность плавки в связи со сливом шлака, требующего остановки продувки, и в связи с длительным наведением нового шлака из-за медленного растворения кусковой извести; сильно снижался (до 85—84 % от массы металлической шихты) выход жидкой стали из-за больших потерь железа со шлаком, что связано с увеличенным количеством шлака и высоким в нем содержанием оксидов железа; снижалась стойкость футеровки в связи с большим количеством шлака и его высокой окисленностью; зачастую происходили выбросы.

  В связи с этим со времени возникновения кислородно-конвертерного процесса было разработано много его разновидностей, более отвечающих условиям переработки высокофосфористых чугунов и, в первую очередь, обеспечивающих ускорение шлакообразования и лучшее перемешивание ванны.

  Некоторые из этих процессов уже не применяются: буфер-шлаковый процесс с применением кусковой извести и продувкой сверху, проводимой так, чтобы в большей ее части вдуваемый кислород поступал лишь в шлак, не контактируя с металлом, что обеспечивало высокую окисленность шлака и улучшение дефосфорирующей способности; Помпе- прoцecс с продувкой сверху и применением кусковой извести размером 10—30 мм, с промежуточным сливом шлака и оставлением в конвертере части шлака от предыдущей плавки; роторный процесс, проводимый в цилиндрической вращающейся печи с промежуточным сливом шлака и подачей кислорода через две фурмы, одну из которых погружали в металл, а через другую подавали кислород на ванной для дожигания СО. В настоящее время из подобных процессов применяются процессы ЛД—АЦ и ОЛП и несколько разновидностей донной и комбинированной продувки.

  Процессы ЛД—АЦ и ОЛП основаны на вдувании порошкообразной извести в струе кислорода через верхнюю фурму; они разработаны и применяются в западноевропейских странах и различаются тем, что в процессе ЛД—АЦ часть извести (до 1/3 общего количества) применяют в кусковом виде. Ускорение дефосфорации при использовании порошкообразной извести (размер частиц 0,08-0,8 мм) объясняется тем, что в высокотемпературных зонах преимущественного окисления железа (у фурм) мелкие частицы извести быстро прогреваются и, реагируя с оксидами железа, превращаются в частицы шлака с высокой концентрацией СаО и FeO.

  Плавка по технологии ОЛП и ЛД—АЦ состоит из двух периодов, разделенных промежуточным сливом шлака. Для ускорения шлакообразования в конвертере обычно оставляют часть конечного шлака предыдущей плавки. В конвертер с оставленным шлаком загружают лом и заливают чугун. Технология ЛД—АЦ предусматривает также загрузку кусковой извести (до 30 % от ее общего расхода). Далее ведут продувку, начиная подачу порошкообразной извести через 3—5 мин после ее начала; это позволяет избежать появления выбросов в начале плавки. Для быстрого формирования шлака с высоким содержанием оксидов железа, продувку начинают при повышенном положении фурмы, в дальнейшем ее постепенно опускают. Через 11—15 мин, когда большая часть фосфора переходит в шлак, продувку останавливают и сливают шлак. Металл при этом содержит 0,8—1,0 % С и 0,1—0,3 % Р, а шлак 20-24 % Р₂О₅ и 7-10 % FeO; этот фосфористый шлак используют в качестве удобрения.Затем в конвертер загружают стальной лом и иногда же¬лезную руду и ведут продувку с подачей порошкообразной извести в течение 5—8 мин до получения требуемого содержания фосфора в металле (от 0,015 до 0,040 %). Чем дольше длится второй период продувки, тем ниже получаемые в ме¬талле содержания фосфора и углерода и тем больше окисляется железа в шлак. При продувке до низкого содержания фосфора металл содержит 0,04—0,06 % С, а шлак - до 25 % FeO. Конечный шлак содержит 5—12 % Р₂О₅; общий расход извести составляет 100—120 кг/т стали; степень десульфурации достигает 50—70 %.

  Процесс с донной продувкой в начале 70-х гг. вытеснил томасовский процесс - переработку высокофосфористых чугунов в конвертерах с воздушным дутьем. Этот процесс имеет ряд разновидностей — с применением кусковой и порошкообразной извести, с промежуточным сливом шлака при продувке, т.е. двухшлаковый процесс, и без слива шлака, т.е. одношлаковый. Чаше применяется технология двухшлакового процесса, поскольку она обеспечивает более низкое содержание фосфора в стали.

  Характерная особенность этих процессов — необходимость продувки до низких (0,01—0,025%) содержаний углерода в металле; лишь в этом случае обеспечивается требуемое низкое содержание фосфора в стали. По сравнению с процессом ЛД—АЦ при донной продувке обеспечивается меньшее вспенивание ванны, уменьшение выбросов; одинаковое содержание фосфора достигается при меньшей окисленности шлака; повышается выход годного металла.

  Донная продувка с применением порошкообразной извести. В конвертер на оставленный от предыдущей плавки шлак загружают лом и заливают фосфористый (1,6-2,0 % Р) чугун и ведут продувку с подачей порошкообразной извести в струе кислорода. Характер поведения примесей металла примерно такой же, как и при донной продувке обычных чугунов (см. рис. 97, а). Продувку ведут 10—12 мин, после чего сливают шлак при содержании в металле 0,025—0,03 % С и 0,1 % Р; сливаемый шлак содержит 22 % Р₂О₅ и 10—12 % Fe, т.е. потери железа со шлаком сравнительно невелики. Далее следует- второй период продувки (1-3 мин) с вдуванием порошкообразной извести; чем он продолжительнее, тем ниже получаемые в металле содержания углерода и фосфора и выше содержание оксидов железа в шлаке. При продувке до 0,02 % С металл содержит 0,025 % Р, шлак 15 % Fe. Общий расход извести равен 90—110 кг/т стали.

  Процесс донной продувки с кусковой известью проводят чаще всего так же, как и процесс с порошкообразной известью, т.е. с промежуточным сливом шлака и оставлением шлака второго периода продувки для последующей плавки. При этом поведение составляющих металла и шлака аналогично их поведению при донной продувке обычных чугунов; основной шлак формируется лишь в конце про¬дувки, после чего начинается удаление фосфора. Шлак сливают при содержании в металле ~ 0,03 % С и 0,1 % Р, затем в конвертер загружают известь и продолжают продувку. Конечные содержания фосфора и углерода в металле примерно те же, что и при использовании порошкообразной извести. Вместе с тем требуется больший расход извести (120 — 130 кг/т стали) и увеличивается количество шлака. Если в выплавляемой стали не требуется очень низкое содержание фосфора, то плавку проводят без промежуточного слива шлака. При этом для обеспечения удаления фосфора продувку ведут до получения шлаков с большей окисленностью (15—16 % Fe), чем в первом периоде двухшлакового процесса. Содержание фосфора в конечном металле ~ 0,035 %, т.е. выше, чем при плавке со сливом шлака, содержание углерода ~ 0,02 %.

  При всех вариантах технологии донного дутья после окончания кислородной продувки металл иногда продувают до 1 мин нейтральным газом, что приводит к уменьшению содержания углерода и фосфора в металле и оксидов железа в шлаке.

  Процесс комбинированной продувки для переработки высокофосфористых чугунов применяют в западноевропейских странах; в основном это процесс ЛБЕ с подачей кислорода сверху и нейтральных газов через дно. Технология обычно предусматривает продувку в два периода с промежуточным сливом шлака и оставлением шлака второго периода продувки в конвертере. Преимуществом процесса по сравнению с донной продувкой является то, что вследствие большей скорости шлакообразования требуемое низкое содержание фосфора в металле получают при несколько более высоком содержании углерода в металле, чем при донной продувке.

  Одна из разновидностей подобной технологии переработки чугуна, содержащего 1,6 % Р, в 260-т конвертере с применением кусковой извести предусматривает следующее. В конвертер с оставленным конечным шлаком предыдущей плавки загружают лом, заливают чугун и начинают продувку с загрузкой кусковой извести. Продувку останавливают при содержании в металле 0,15-0,2% С, ~ 0,07 % Р и 0,02% S; сливают фосфористый шлак и наводят новый, присаживая известь (15—30 кг/т). Затем проводят второй период продувки, получая металл с содержанием 0,03-0,045 % С; 0,01-0,015 %Р и 0,012% S. Находит применение разновидность подобной технологии, при которой после окончания второго периода продувки кислородом проводят кратковременную перемешивающую продувку аргоном, обеспечивающую дополнительную дефосфорацию, десульфурацию при одновременном окислении углерода и снижении содержания оксидов железа в шлаке. Результаты дополнительной продувки характеризуют следующие данные: останавливая кислородную продувку при содержании в металле 0,21% С, 0,026% Р и 0,019% S после двухминутной продувки аргоном получали в стали 0,12% С, 0,013% Р и 0,015% S.

Литература

1. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: учебник для вузов 6-изд., перераб и доп. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2005 - 768 с.