Як відомо, отримання в доменній печі чистих по сірці чавунів важко і вимагає значних витрат, що пов'язано з необхідністю мати доменні шлаки підвищеної основності і більшої маси (відповідно зі збільшеним витратою додаткових матеріалів) і більш високий витрата чистого по сірці коксу. Це пояснює появу численних робіт, пов'язаних з розробкою методів внедоменной десульфурації чавуну. В даний час можливості, що досягаються при організації внедоменной десульфурації чавуну, розглядаються не тільки з урахуванням зниження витрат безпосередньо в доменному цеху (тобто при отриманні чавуну), але і з урахуванням зниження витрат в сталеплавильному цеху (в результаті змін технології організації позапічної обробки стали).
Магній є сильним десульфуранти. При витраті магнію в кількості 0,2% від маси чавуну можна домогтися зниження вмісту сірки в чавуні від 0,150 до 0,003%. В процесі знесірчення чавуну магнієм певну технологічну складність представляє присадка магнію до металу. Магній плавиться при температурі близько 650 ° С, а при температурі 1107 ° С кипить.
Температура рідкого чавуну знаходиться в межах 1380-1440 ° С. При такій температурі занурений в чавун магній миттєво випаровується, прямуючи у вигляді пари з шару металу, часто утворюючи викиди чавуну, а пари магнію окислюються (згоряють) в кисні повітря.
У способі присадки магнію в метал, розробленому на Дніпровському металургійному комбінаті ім. Дзержинського, виключається одночасна участь всієї маси сідає магнію в реакціях знесірчення. Процес розчинення магнію в металі саморегулюється тиском парів магнію і висотою шару чавуну, на яку занурений магній в ківш з рідким металом.
У камері, яка виконує роль випарника магнію, поміщається чушковий магній в кількості, необхідній для досягнення заданого ступеня знесірчення чавуну. У нижній частині камери є гострокутні отвори, розташовані кутами вгору, а у верхній - круглі отвори діаметром 12-15 мм. При наповненні ковша чавун прагне заповнити порожнину камери, однак в результаті плавлення і випаровування магнію в камері виникає тиск парів магнію, які, вириваючись через отвір і відтісняючи метал вниз, перешкоджають доступу великої кількості рідкого чавуну в камеру, ніж та запобігає негайне випаровування всієї маси магнію .
Якщо випаровування магнію йде дуже інтенсивно і для виходу з камери парів магнію отворів недостатньо, рівень металу в камері тиском парів магнію буде знижений до вершин гострих кутів, і пари магнію кинуться через отвір. При витісненні чавуну випаровування магнію поступово слабшає, тиск парів зменшується, і порожнину камери знову поступово заповнюється рідким чавуном, викликаючи випаровування магнію, т е. Здійснюється саморегулювання процесу випаровування магнію і обробки чавуну парами магнію.
У разі бурхливого кипіння магнію через отвір може вийти частина рідкого магнію, що іноді призводило до викиду чавуну з ковша. Тому для запобігання попадання рідкого магнію в чавун в камері встановлені додаткові перегородки. При знесірчення чавуну заряд магнію становив 45 кг на 60 т чавуну. реакція знесірчення
FeS + Mg = Fe + MgS
протікала без викидів чавуну з практично повним використанням магнію. Як відомо, сульфід магнію MgS в чавуні розчиняється і спливає на поверхню у вигляді шлаку.
При позапічної десульфурації чавуну на металургійних підприємствах найбільшого поширення набув спосіб обробки чавуну в чавуновозних і заливальних ковшах реагентами, що вводяться в метал через заглибні фурми. Ефективність цього способу визначається стійкістю фурм, які в процесі експлуатації піддаються різким тепловим ударам, ерозійного і хімічного впливу рідких чавуну і шлаку в ковші, а також механічних навантажень при вібрації і поштовхах фурм під час обробки металу. При десульфурації чавуну порошкоподібною або гранульованим магнієм механічні навантаження на фурми особливо великі в зв'язку з бурхливо протікає процесом випаровування магнію в чавуні. Тому для цих фурм розроблена, в першу чергу, посилена конструкція каркаса, що складається з товстостінної несучої труби з випарної камерою і арматурою, що забезпечує додаткове збільшення жорсткості каркаса і надійності утримання на ньому вогнетривкої футеровки.
Металевий корпус реактора обмазується армованої вогнетривкої масою шаром 45 мм, і після просушування реактор занурюється в чавун для ошлакования і металізації футерування. В процесі знесірчення чавуну глибина занурення реактора становить 1,2-1,3 м.
При розробці технологічного процесу інжектування гранульованого магнію в струмені природного газу особлива увага була приділена умовам роботи фурми. Відсутність кисню та азоту в газі-носії виключає протікання екзотермічних реакцій в випарної камері фурми, а дисоціація метану в ній додатково забирає тепло. Проведені виміри показали, що заміна повітря природним газом призводить до зниження температури в випарної камері фурми приблизно на 200 ° С. Це викликає охолодження металу під випарної камерою, що сприяє розчиненню магнію в металі, оскільки розчинність магнію в чавуні підвищується зі зниженням температури рідкого чавуну.
Проведені дослідження показали, що надійність роботи фурми підвищується при роботі на природному газі, а необхідну кількість транспортує газу знижується. Це можна пояснити тим, що утворюється в випарної камері при дисоціації метану сажистий вуглець екранує канал фурми, зменшує нагрів транспортуються часток магнію і дозволяє знижувати швидкість витікання реагенту на зрізі каналу фурми. Заміна повітря природним газом дозволила зменшити на 20% витрати газу-носія або при тій же витраті газу-носія збільшити хвилинний витрата магнію. Відповідно зменшується відношення газ. тверде. Процес обробки чавуну магнієм в струмені природного газу протікає спокійно, кількість виплеск з ковша не перевищує 0,05% (від маси металу).
4 (при роботі зі стисненим повітрям) до 6-10
4% (при роботі з природним газом).
Сода Na2CO3 - активне обезсірковуючу речовина, завдяки чому присадка її до чавун у здійснюється найбільш простими методами, найчастіше подачею на жолоб або в ківш під час випуску чавун а з доменної печі. При зіткненні з рідким чавун му сода плавиться, утворюючи на поверхні металу шар активного по відношенню до сірки шлаку. При плавленні соди частина її розкладається по реакції: Na2CО3 = Na2О + CО2. Кількість розклалася соди залежить від її температури і умов перемішування соди з металом. Оксид натрію взаємодіє з сульфідом заліза по реакції: Na2O + FeS = Na2S + FeO. Залізо з утвореної закису заліза відновлюється розчиненим у чавуні вуглецем: FeO + С = Fe + CO. Ця реакція попереджає розвиток реакції відновлення заліза розчиненим у чавуні кремнієм з утворенням оксиду кремнію 2FeO + Si = 2Fe + SiO2, який може активно взаємодіяти з оксидом і карбонатом натрію, утворюючи при цьому силікат натрію і знижуючи обезсірковуючу здатність соди: Na2CO3 + SiO2 = Na2SiО3 + СО2. З цієї ж причини неприпустиме попадання пічного шлаку в ківш, де йде знесірчення чавуну содою. У присутності заліза може йти і відновлення натрію з соди. Велика частина металевого натрію не встигає прореагувати з сіркою і, перетворюючись на пару, згоряє над поверхнею чавуну, утворюючи сліпуче жовте полум'я. Утворений при знесірчення сульфід натрію частково випаровується з газами, а частково переходить в шлак.
При знесірчення чавуну содою можна допускати тривалого контакту содового шлаку з чавуном в ковші - содовий шлак активно взаємодіє з футеровкою ковша, руйнуючи її. Підвищення ж концентрації SiO2 в шлаку над чавуном може викликати зворотний процес переходу сірки з шлаку в чавун. Цьому сприяє також зниження температури шлаку і чавуну при охолодженні в ковші. Знесірчення чавуну содою в жолобі і в ковші, будучи найбільш простим, є і самим неекономічним. Велика кількість соди втрачається від розпилювання, виноситься з ковша і жолобів висхідними тепловими потоками, а при відновленні натрію значна частина його згорає без будь-якої користі в кисні повітря. Крім того, процес знесірчення содою супроводжується виділенням шкідливих випарів, що погіршують умови праці і ускладнюють виконання операцій з випуску чавун а. При витраті соди 12-16 кг / т чавуну описаним способом знесірчення становить 45-55%.
Для кращого використання обезсірковуючу здатність соди в різний час були запропоновані різні способи присадки соди до чавуну, однак, всі ці способи не знайшли широкого промислового застосування внаслідок складності і недостатньої стійкості пристосувань для введення соди в чавун і високу вартість соди.
Воронова Н.Л. Десульфурація чавуну магнієм. М. Металургія, 1980. 239с.