Анализ возможных путей снижения содержания серы в чугуне

Одним из путей повышения энергоэффективности и интенсивности доменной плавки, особенно при использовании пылеугольного топлива, является увеличение горячей прочности кокса. В условиях ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (НЛМК) для повышения качества кокса в угольную шихту вводили нефтяную добавку. При этом содержание серы в коксе возрастает, а, следовательно, повышается содержание серы в чугуне. В связи с этим задача поиска путей улучшения десульфурации чугуна в доменной печи становится актуальной. Основными факторами, определяющими десульфурацию чугуна, являются основность шлака, содержание в нем оксида MgO, температура продуктов плавки, вязкость шлака. Целью настоящей работы является сопоставление эффективности удаления серы путем повышения основности шлака и содержания оксида MgO. На основе известных уравнений разработан алгоритм, позволяющий решить поставленную задачу. Установлено, что повышение содержания оксида MgO в шлаке в большей степени способствует десульфурации чугуна, чем повышение основности. Кроме того, повышение содержания оксида MgO на 1 % сопровождается увеличением выхода шлака на 3,0 – 3,5 кг/т чугуна. В то же время повышение основности на 0,01 приводит к увеличению выхода шлака на 4 – 5 кг/т чугуна. Следовательно, снижение содержания серы в чугуне путем повышения основности шлака требует меньших затрат тепла. В пересчете на удельный расход кокса различие в потребности тепла составляет 0,4 – 0,5 кг/т чугуна. Показано, что при повышении содержания оксида MgO в шлаке вязкость шлака при температуре 1450 °С возрастает в меньшей степени, чем при повышении основности.

1. Ishikawa Y., Kase M., Abe Y., Ono K., Sugata M., Nishi T. Influence of post reaction strength of coke on blast furnace operation // Proceedings – Ironmaking Conference. 1983. Vol. 42. P. 357 – 368.

2. Bertling H. Coal and coke for blast furnaces // ISIJ International. 1999. Vol. 39. No. 7. P. 617 – 624.

3. Chatterjee A., Prasad H.N. Possibilities of tar addition to coal as a method for improving coke strength // Fuel. 1983. Vol. 62. No. 5. P. 591 – 600.

4. Gonzalez-Cimas M.J., Patrick J.W., Walker A. Influence of pitch additions on coal carbonization: Coke strength and structural properties // Fuel. 1987. Vol. 66. No. 8. P. 1019 – 1023.

5. Liziero Ruggio da Silva G., Souza R., Belchior Reis T., Ladeira Lima I., Quintas A., Amorim L., Andretti Sabino Mota M., Brasil Dias Haneiko N. Influence of coal tar addition on coke quality // AISTech Conference Proceedings. 2018. P. 173 – 184.

6. Geerdes M., Chaigneau R., Kurunov I., Lingiardi O., Ricketts J. Modern Blast Furnace Ironmaking. 3rd ed. IOS Press, 2015. – 228 p.

7. Sharma R., Tiwari H., Banerjee P. Producing high coke strength after reactivity in stamp charged coke making // Coke and Chemistry. 2014. Vol. 57. No. 9. P. 351 – 358.

8. Стуков М.И., Мамаев М.В., Чернавин А.Ю. и др. Новый кокс для металлургии // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2012. № 5 (1349). C. 35 – 37.

9. Вегман Е.Ф. Доменное производство. Справочное издание. В 2-х т. Т. 1. Подготовка руд и доменный процесс. – М.: Металлургия, 1989. – 496 с.

10. Товаровский И.Г., Севернюк В.В., Лялюк В.П. Анализ показателей и процессов доменной плавки. – Днепропетровск: Пороги, 2000. – 420 с.

11. Товаровский И.Г., Можаренко Н.М., Белецкий В.А. и др. Условия выплавки низкокремнистого чугуна с низким содержанием серы // Сталь. 1992. № 10. C. 5 – 8.

12. Скачко А.С., Тогобицкая Д.Н., Белькова А.И. Влияние состава шихты на коэффициенты распределения элементов между продуктами доменной плавки // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 4 (34). C. 8 – 15.

13. Довгалюк Б.П., Щербицкий Б.В., Ярошенко Н.М. и др. Повышение качества чугуна за счет стабилизации состава шлака // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1978. № 3. C. 3, 4.

14. Дружков В.Г., Прохоров И.Е. Выбор режима выпуска чугуна и шлака из горна доменных печей в современных условиях // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. № 4 (36). C. 9 – 12.

15. Шаповалов А.Н., Дружков В.Г. Повышение эффективности десульфурации чугуна. – Магнитогорск: изд. Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.Н. Носова, 2011. – 148 с.

16. Babich A., Senk D., Gudenau H.W., Mavrommatis K.Th. Ironmaking. Aachen: Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH, 2008. – 402 p.

17. Andersson A.J., Andersson A.M.T., Jönsson P.G. A study of some elemental distributions between slag and hot metal during tapping of the blast furnace // Steel Research Int. 2004. Vol. 75. No. 5. P. 294 – 301.

18. Hatch G.G., Chipman J. Sulphur equilibria between iron blast furnace and metal // The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 1949. Vol. 1. Р. 274 – 284.

19. Loginov V.I., Berin A.L., Lebed’ P.K. etc. Effect of magnesia on desulfurizing power of blast-furnace slags // Metallurgist. 1976. Vol. 20. No. 5. P. 315 – 317.

20. Pehlke R.D., Fuwa T. Control of sulphur in liquid iron and steel // Int. Metals Reviews. 1985. Vol. 30. No. 1. P. 125 – 140.

21. Zuo H.B., Wang C., Xu C.F., Zhang J.L., Zhang T. Effects of MnO on slag viscosity and wetting behaviour between slag and refractory // Ironmaking & Steelmaking. 2016. Vol. 43. No. 1. P. 56 – 63.

22. Choi J.Y., Kim D.J., Lee H.G. Reaction kinetics of desulfurization of molten pig iron using CaO – SiO2 – Al2O3 – Na2O slag systems // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 3. P. 216 – 224.

23. Информационные системы в металлургии / Н.А. Спирин, Ю.В. Ипатов, В.Н. Лобанов и др. – Екатеринбург: изд. УГТУ – УПИ, 2001. – 617 с.

24. Компьютерные методы моделирования доменного процесса / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, В.Л. Терентьев и др. – Екатеринбург: изд. УГТУ – УПИ, 2005. – 301 с.

25. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. Изд. 2-е. – М.: Наука, 1971. – 568 с.

26. Листопадов В.С., Тогобицкая Д.Н., Муравьева И.Г. и др. Стабилизация шлакового режима доменной плавки в условиях работы ДП № 9 ОАО «АРСЕЛОРМИТТАЛ КРИВОЙ РОГ» на многокомпонентной шихте // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2008. № 8 (1304). C. 14 – 20.

27. Eyring H., Yenderson D., Ree T. Thermodynamic and transport properties of liquids // Progress in Int. Research on Thermodynamic and Transport Properties. 1962. P. 340 – 351.

28. Roberto de Oliveira J., Cristo Clem de Oliveira H., Gambarine Soares S. etc. Comparative study of hot metal desulfurization mixtures // AISTech Proceedings. 2018. P. 1034 – 1042.

29. Изюмский Н.Н., Гордон Я.М., Третяк А.А. Математическая модель и система стабилизации шлакового режима работы домен- ной печи // Черная Металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2017. № 11. С. 46 – 52.

30. Гиммельфарб А.А., Котов К.И. Процессы восстановления и шлакообразования в доменных печах. – М.: Металлургия, 1982. – 328 с.

31. Сухарева С.П., Гилева Л.Ю., Загайнов С.А. Разработка блока анализа и прогноза шлакового режима доменной плавки // Изв. вуз. Черная металлургия. 2004. № 3. C. 75, 76.

32. Свойства жидких доменных шлаков / В.Г. Воскобойников, Н.Е. Дунаев, А.Г. Михалевич и др. – М.: Металлургия, 1975. – 184 c.

33. Yan Z., Pang Z., Lv X.W., Qiu G., Bai C. Effect of TiO2 on the viscous behavior of high alumina blast furnace slag // Minerals, Metals and Materials Series. 2018. Vol. F10. P. 725 – 733.