Десульфурация чугуна в индукционных печах с основной футеровкой Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

НАУКОВО-ТЕХН1ЧНА 1НФОРМАЦ1Я

ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ ЧУГУНА В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ С ОСНОВНОЙ ФУТЕРОВКОЙ

Известно, что сера - одна из наиболее вредных примесей в чугунных отливках. В высокопрочном чугуне сера является демодификатором, при этом увеличивается расход магния и РЗМ-содержащих лигатур для получения шаровидной формы графита. Установлено, что серый чугун перед модифицированием элементами глобуляризато-рами должен иметь содержание серы не более 0,02 %, в то время как обычные серые чугуны по ГОСТ 1412-85 имеют более 0,1 % серы.

В сером чугуне высокое содержание серы приводит к резкому снижению механических и эксплуатационных характеристик, особенно коррозионной стойкости.

В ковком чугуне большое влияние оказывает марганце-сернистое отношение и оно должно находиться в пределах 2,3-2,7, что приводит к получению белого чугуна и при грифитизирующем отжиге облегчает получение ковкого чугуна и получения компактной формы графита.

При высоком содержании серы, т.е. сера не связанная в сульфиды марганца, препятствует графитизации при второй стадии грифитизирующего отжига, повышает прочность, снижает пластичность.

В легированных хромистых чугунах высокое содержание серы приводит к понижению их жаростойкости, жаропрочности и коррозионной стойкости.

В настоящее врем наилучшим плавильным агрегатом для удаления серы в чугунах является дуговая печь с основной футеровкой. Широкое развитие получили и внепечные методы обработки чугуна. Однако эти процессы связаны с большими энергетическими и экономическими затратами и не всегда могут применяться в литейных цехах.

Одним из ведущих направлений улучшения качества чугуна в литейном производстве является применение индукционных печей. Эти печи имеют более высокие технико-экономические показатели по сравнению с другими плавильными агрегатами, при этом в результате магнитогидродинамического перемешивания удается получать гомогенную структуру чугуна, процессы плавки легко поддаются регулированию, механизации и автоматизации; большим достоинством индукционных печей является наилучшие по сравнению с другими печами санитарно-гигиенические условия труда и существенное оздоровление окружающей среды.

Однако, следует отметить, что процесс десульфурации чугуна в индукционных печах практически не протекает из-за холодных неактивных вязких шлаков. Известные способы удаления серы в индукционных печах сопряжены с технологическими трудностями и большими материальными затратами.

В связи с этим в настоящее время работы металлургов, литейщиков направлены на изучение возможностей эффективного проведения процесса десульфурации чугунов в этих агрегатах.

В некоторых работах ряда исследователей высказано предположение о возможности поведения десульфурации сплавов в индукционных печах в случае загрузки в нижние слои шлакообразующих, а на ее металлическую шихту, при этом в нижних слоях возможно образование горячего высокоактивного шлака, который при индуктивном перемешивании должен бы хорошо контактировать с металлическим расплавом.

Изучали влияние количества и состава шлака от металлозавалки на изменение содержания серы, степень де-сульфурации и изменение химического состава чугуна по основным элементам.

Плавки проводили в индукционной печи ИСТ-0,06 с основной магнезитовой футеровкой. Для исключения влияния химического состава на вышеуказанные параметры в качестве шихты использовали паспортную заготовку следующего химического состава чугуна: 3,05 % С; 3,2 % 81; 0,4 % Мп; 0,09 % Р; 0,16 % 8.

В качестве шлакообразующих использовали известь для создания основного шлака; плавиковый шпат, силикатную глыбу и силикаты алюминия при соотношениях СаО:СаР2:№20-п8Ю2-тИ20:А1203-8Ю2 = 7:1:1:1. Плавиковый шпат, силикатную глыбу и силикат алюминия применяли для разжижения и получения жидкоподвижного активного шлака. Карбюризатор в виде электродного боя в количестве 1,2 % от металлозавалки вводился в состав шлакообразующих для создания восстановительной атмосферы, как раскислитель шлака.

Шлакообразующая смесь задавалась на дно печи, которая расплавлялась за счет тепла появившихся первых небольших масс расплавленного перегретого жидкого чугуна (1600-1900 °С) с образованием высокоосновного активного шлака с одной стороны; с другой сразу же, как только появлялись первые порции расплавленного металла происходила глубокая десульфурация этих первых капель, а затем других из-за индуктивного перемешивания расплава со шлаком.

На основании предлагаемой технологии, присадке шлакообразующих указанного состава и соотношении ком -понентов, получали жидкоподвижный восстановительный раскисленный шлак высокой основности и активности,

НАУКОВО-ТЕХН1ЧНА 1НФОРМАЦ1Я

который перемешиваясь индуктивными потоками жидкого расплава создавал благоприятные условия для глубокой десульфурации уже первых, а затем дальнейших порций образовавшегося металла, при этом связывали серу в прочные соединения и предотвратили процесс ее ресульфурации (табл. 1).

Таблица 1 - Влияние шлакообразующих на снижение серы, степень десульфурации и изменение химического состава чугуна по основным элементам

№ фракции Шлакообразующие, % к металлозавалке Массовая доля чугуна, % Степень десульфурации, К, %

Шлак Карбюризатор С Мп Р 8

1 0 1,2 3,05 3,2 0,4 0,09 0,16 0

2 3 1,2 3,15 3,15 0,45 0,09 0,072 55

3 6 1,2 3,0 3,28 0,39 0,08 0,014 91

4 9 1,2 3,1 3,24 0,42 0,09 0,008 95

5 12 1,2 3,1 3,15 0,47 0,08 0,008 95

Как видно из таблицы 1 наибольшая степень десульфурации чугуна соответствовала 95 % при 4 и 5 составах шлакообразующих. Однако, учитывая высокую степень десульфурации и низком содержании серы при 3 составе, можно сделать вывод, что оптимальным вариантом является 3 состав: содержание шлакообразующих к металлоза-валке 6 %, а содержание карбюризатора (восстановителя) - 1,2 %.

Особенно это влияние наглядно видно на рисунке 1.

% Б = 0155-0.034[Ш1'Х, *аоо18[ш]1%

КО 1=0.33

^ ° ___________;_____|

0 2 4 Б 8 10 12 ШЛАК.»

Рис. 1. Влияние количества шлака на снижение содержания серы в чугуне

На основании исследований получена следующая математическая зависимость

£ = 0,155 - 0,034[Ш] % + 0,0018[Ш]2, %;

Степень корреляции г = 0,93.

Как видно из таблицы 1 содержание элементов углерода, кремния, марганца, фосфора при различных содержаниях шлакообразующих практически не изменилось.

Таким образом, на основании проведенных исследований впервые разработана экономноемкая технология получения низкого содержания серы в чугуне в индукционных печах с основной футеровкой, получены впервые математические зависимости и установлен оптимальный состав шлака для проведения глубокой десульфурации чугуна в индукционных печах с основной футеровкой.

Одержано 10.06.2009

© 2009 А. В. Федьков1, канд. техн. наук В. А. Федьков2, д-р техн. наук В. В. Лунев2

1 ОАО «Запорожсталь», 2 Национальный технический университет;

г. Запорожье

188М 1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2009

155