Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
ДонДТУ |
Лабораторна робота 6 |
гр. МЧМ-12-1у |
|
Каф. МЧМ |
Визначення реакційної здатності металургійного вапна |
Лиска М.М. |
Ціль роботи: визначення реакційної здатності металургійного вапна, як показника його якості.
Загальні відомості
Сировиною для виробництва вапна є вапняки – осадові гірські породи, що складаються переважно з кальциту (СаСО3) [4, 5]. Хімічний склад чистих вапняків наближається до складу кальциту: 56% СаО і 44% СО2. При вмісті у вапняках 4 – 17 % МgО вони називаються доломітизованими.
Вапно одержують випалом вапняків в обертових або шахтних печах, а також у печах киплячого шару, причому найбільш якісне вапно одержують в обертових печах.
Для конвертерного виробництва мають значення деякі характеристики вапна, приведені нижче.
Вміст CaО і MgО. Показником гарної якості вапна є вміст у ньому не менш 92% СаО і MgО. Виходячи з того, що сумарний вміст СаО і MgО у кінцевому конвертерному шлаку, як правило, складає 55 – 65%, а вміст MgО повинен бути в межах 6 – 10%, з урахуванням надходження частини MgО у шлак з футеровки конвертера, вміст MgО у доломітизованому вапні повинен бути в межах 10 – 15%. Вводити в шлак MgО можна не тільки в складі доломітизованого вапна, але й у складі м'якообпаленого доломіту.
Збільшення вмісту СаО і MgО у вапні означає зменшення втрат при прожарюванні (ВПП), або вмісту СО2 у вапні. Збільшення ВПП у вапні на 1% приводить до зниження кінцевої температури сталі на 5°С, тому необхідно періодично контролювати якість шляхом гасіння проб вапна, відібраних безпосередньо з видаткових бункерів конвертерного цеху.
Реакційна здатність. Ця характеристика дає представлення про швидкість розчинності вапна в шлаку. Методика безпосереднього визначення цього показника дуже складна, тому реакційна здатність визначається за часом підйому температури при гасінні визначеної навіски порошкоподібного вапна у воді. При гасінні вапна з високою реакційною здатністю температура води досягає максимальних значень за 30 – 45 секунд.
Реакційна здатність залежить від ступеня і характеру випалу. Збільшення ступеня випалу (зменшення кількості недопалу) приводить до збільшення реакційної здатності. По характеру способи випалу поділяються на «тверді» і «м'які». М'який випал характеризується рівномірним підйомом температур і порівняно невеликою витримкою при температурах 1100 – 1200°С, твердий — великою тривалістю витримки при температурах вище 1100°С. При такій витримці відбувається ріст кристалів вапна, зменшується активна поверхня і реакційна здатність. Питома щільність м’якообпаленого вапна складає 1,6 – 1,7 г/см3, пористість 45 – 55%, для твердообпаленого вапна відповідно 2 – 2,1 г/см3 і 35 – 40%. Для здійснення м'якого випалу найбільше підходять обертові печі і печі киплячого шару. У шахтних печах, як правило, здійснюється твердий випал.
Фракційний склад. Оптимальний фракційний склад кускового вапна 10 – 40 мм. Шматочки вапна розміром менш 10 мм можуть виноситися з конвертера газами, які видаляються. Особливо небажана наявність фракції менш 1 мм, тому що ця фракція попадає в газовідвідний тракт, утворюючи важковидалимі нарости. Щоб виключити влучення дрібних фракцій у сучасних конвертерних цехах передбачений відсів перших перед завантаженням у конвертер.
Порошкоподібне вапно, що вдмухується в конвертер з киснем, за фракцією не більш 1 мм, причому 90% вапна повинно бути не крупніше 0,1 мм.
Вміст сірки у вапні. Цей показник має велике значення при виплавці сталей з особливо низьким вмістом сірки. У вапні, виробленому в обертових печах і печах киплячого шару, у залежності від вихідного вмісту сірки у вапняку і технології випалу, міститься 0,02 – 0,06% S. У вапні, виробленому в шахтних коксових печах, міститься до 0,2% S, тобто в даному випадку вапном вноситься така ж кількість сірки, як і чавуном з 0,02% S.
Час збереження вапна. Вапно повинне зберігатися не більш доби, тому що у свіжообпаленому стані воно інтенсивно поглинає вологу з атмосфери і при тривалому збереженні розсипається в «пушонку».
Застосування вапняку замість вапна, як флюса, може бути виправдане тільки у випадку дефіциту вапна, оскільки вапняк, як флюс, володіє двома недоліками: низькою, в порівнянні з вапном, швидкістю розчинення в шлаку і більш високим охолоджувальним ефектом.
Вапно для агломераційного виробництва
Вапно для агломераційного виробництва застосовують у шихті для агломерації концентратів і дрібних залізних руд з метою інтенсифікації процесу спікання. Для сталеплавильного виробництва використовують звичайне вапно ВС, вапно доломітизоване – ВСД, вапно для феросплавного виробництва – ВФ.
У залежності від розміру вапно розділяють на дві групи: дрібне (до 3 мм) і велике (до 12 мм). Дрібне вапно одержують шляхом поділу обпаленого вапна на класи за розміром, або шляхом здрібнювання в дробарках і млинах, а також пилоуловлюючих пристроях випалювальних агрегатів. Велике вапно рекомендується застосовувати для добавки в концентрат перед закладкою останнього в штабель для усереднення, дрібне вапно – для добавки в шихту перед подачею її в змішувальні пристрої.
Вапно для агломераційного виробництва повинно відповідати ОСТ 1435 – 78.
Технічні вимоги передбачають вміст у вапні окису магнію не більш 5%, фосфору не більш 0,02%. При визначенні розміру вапна допускається вміст фракції понад зазначені межі розміру не більш 10%.
Ступінь випалу для свіжообпаленого вапна визначають за формулою
,
де ВПП вапняку – вміст втрат при прожарюванні у вихідному вапняку, %;
ВПП вапна – вміст втрат при прожарюванні у свіжо обпаленому вапні,%.
Час гасіння вапна для агломераційного виробництва повинен складати для 1-го та 2-го сортів не менш 5 і не більш 8 хвилин.
Вапно для сталеплавильного і ферросплавного виробництва повинне відповідати ОСТ 14–16–165–85.
У таблиці 2.1 приведені способи виробництва й область переважного застосування вапна.
По хімічному складу вапно виготовляють двох сортів, які повинні задовольняти вимогам, зазначеним у таблиці 2.2.
По гранулометричному складу вапно повинне задовольняти вимогам, зазначеним у таблиці 2.3.
Для вапна марок ВС-1, ВС-2, ВСД-1, які одержуються у печах киплячого шару, для конвертерного виробництва допускається нижня межа розміру 8 мм. Для конвертерного процесу з донною продувкою, а також для продувки зверху й обробки сталі в ковші розмір вапна повинен бути менш 1 мм, при цьому наявність фракції менш 0,1 мм не менш 90%.
Реакційна здатність вапна для конвертерного виробництва сталі повинна відповідати вимогам для марок ВС-1 і ВСД-1. Час гасіння не більш 2 хвилин, для ВС-2 – не більш 5 хвилин.
Визначення реакційної здатності вапна
У результаті досліджень з'ясовано, що при тому самому вмісті CaOзаг і однаковому гранулометричному складі швидкість розчинення вапна в шлаку може бути різною. Головну роль при розчиненні грає реакційна здатність вапна, пов'язана з його кристалічною структурою й обумовлена кількістю молекул вапна, що знаходяться в активному стані.
Процес випалу вапняку являє собою кристалохімічне перетворення, при якому ромбоедричні ґрати СаСО3 перетворюються в кубічні СаО.
Таблиця 2.1 Спосіб виробництва та застосування вапна
|
Марка |
Область переважного застосування |
Спосіб виробництва |
|
ВС-1 |
Конвертерне і сталеплавильне виробництво, виплавка синтетичних шлаків, готування сумішей для рафінування. |
Обертові печі киплячого шару |
|
ВС-2 |
Мартенівське та ектросталеплавильне виробництво, виплавка синтетичних шлаків, готування сумішей для рафінування. |
Шахтні печі |
|
ВСД-1 |
Конвертерне виробництво, виплавка синтетичних шлаків, готування сумішей для рафінування. |
Обертові печі, печі киплячого шару |
|
ВФ-0 |
Виробництво особливих видів феросплавів (у тому числі алюмотермічним способом) і низьовуглецевого ферохрому |
Обертові печі, шахтні печі |
|
ВФ-1 |
Виробництво високоякісних феросплавів |
Обертові печі |
|
ВФ-2 |
Виробництво рядових феросплавів |
Шахтні печі |
Таблиця 2.2 Вимоги до вапна по хімічному складу
|
Марка |
Сорт |
Масова доля, % |
||||||
|
СаОзаг |
CaO+MgO |
MgО |
SiO2 |
S |
P |
Втрати при прожарюван-ні |
||
|
не менше |
не більше |
|||||||
|
ВС-1 |
1 |
- |
92 |
3 |
1,8 |
0,06 |
0,10 |
5 |
|
2 |
- |
90 |
3 |
2,0 |
0,06 |
0,10 |
7 |
|
|
ВС-2 |
1 |
- |
88 |
3 |
2,0 |
0,08 |
0,10 |
8 |
|
2 |
- |
85 |
3 |
2,5 |
0,08 |
0,10 |
12 |
|
|
ВСД-1 |
1 |
- |
92 |
20 |
2,0 |
0,06 |
0,10 |
4 |
|
2 |
- |
90 |
20 |
2,5 |
0,06 |
0,10 |
6 |
|
|
ВФ-01 |
1 |
95 |
- |
- |
1,8 |
0,03 |
0,02 |
3 |
|
ВФ-1 |
1 |
93 |
- |
- |
1,8 |
0,05 |
0,02 |
5 |
|
2 |
90 |
- |
- |
2,0 |
0,05 |
0,02 |
7 |
|
|
ВФ-2 |
1 |
90 |
- |
- |
2,0 |
0,08 |
0,03 |
7 |
|
2 |
85 |
- |
- |
2,5 |
0,08 |
0,03 |
11 |
Ідеальний випал вапняку характеризується утворенням мілкокристалічного вапна з великою кількістю дефектів у кристалічних ґратах (розривами, перекручуваннями, що є зосередженням активних молекул СаО).
Таблиця 2.3 Вимоги до гранулометричного складу вапна
|
Марка |
Призначення |
Розмір |
Припустиме відхилення по розміру |
|
|
нижче нижньої межі |
вище верхньої межі |
|||
|
ВС-1 ВСД-1 |
Конвертерне виробництво |
10-40 |
10 |
10 |
|
ВС-2 |
Конвертерне виробництво |
10-80 |
10 |
10 |
|
ВС-1,2 |
Електросталеплавильне виробництво |
10-80 |
15 |
10 |
|
ВС-2 |
Мартенівський процес |
10-100 |
10 |
15 |
|
ВС-1 ВСД-1 |
Для готування рафінуючих домішок |
0-15 |
- |
15 |
|
ВС-1 ВСД-1 |
Конвертерний процес із вдмухуванням вапна, продувка сталі в ковші |
0-0,1 |
- |
10 |
|
ВФ-0,1,2 |
Феросплавне виробництво |
5-70 |
15 |
- |
Мілкокристалічна структура вапна з розривами і перекручуваннями кристалічних ґрат виходить при швидкому нагріванні і випалі вапняку без тривалої витримки при високих температурах. Це м'якообпалене вапно. Тривала витримка вапна при високих температурах приводить до рекристалізації вапна, укрупненню кристалів і виправленню дефектів кристалічних ґрат. При цьому виходить твердообпалене вапно.
Існуючі способи оцінки реакційної здатності вапна засновані на інтенсивності проникнення рідини (води або кислоти) у пори вапна і на реакціях, що відбуваються при цьому. Показником реакційної здатності вапна вважається час, протягом якого досягається максимальна температура при гідратації. Для різних сортів вапна час гасіння складає від 0,5 до 32 хвилин.
Для визначення вмісту незгашених зерен 1 кг незгашеного вапна, попередньо здрібненого до 3 – 0 мм, піддають гасінню протягом 5 хвилин і промивають у проточній воді на ситі з вічками 0,5 мм протягом 3 хвилин.
Залишок на ситі висушують при температурі 105 – 110 °С до постійної маси. Отриманий залишок у грамах, ділений на 10, є вмістом незгашених зерен у відсотках.
Методичні вказівки до виконання роботи
1 – термос; 2 – склянка; 3 – гумова пробка; 4 – термометр
Рисунок 2.1 Установка для визначення реакційної здатності вапна
Судину Д'юара об’ємом 0,5 л поміщують у судину, лінійними розмірами на 40-60 мм перевищуючу розмір першої. Простір між стінками і дном судини Д'юара і зовнішньої судини заповнюють теплоізоляційним матеріалом (асбестовим дріб'язком, мінеральною ватою і т.п.).
100 – 150 г кускового вапна подрібнюють у ступці до порошкоподібного стану, після чого просівають через сито № 009. Від цієї проби відбирають 50 г вапна, яке ще раз подрібнюється в порошок і просівається через сито № 0063.
Вапно в кількості 10 г поміщають до судини Д'юара, вливають у нього 20 мл води, температура якої 20 – 24°С, і закривають судину пробкою із щільно встановленим термометром зі шкалою до 150°С і довжиною нижньої частини 100 – 150 мм. При цьому спостерігають, щоб ртутна кулька термометра була занурена в реакційну суміш, яку потім збовтують і дають відстоятись. Через 30 секунд з моменту заповнення судини водою і далі через кожні 10 секунд записують температуру реакційної суміші. У результаті взаємодії вапна з водою за реакцією виділяється визначена кількість тепла, що і сприяє підвищенню температури реакційної суміші. Спостереження продовжують доти, доки температура не досягне максимуму. Після досягнення максимуму температура починає знижуватися (рис. 2.2).
Реакційна здатність визначається часом з моменту заповнення судини водою до моменту початку спаду температури. Експеримент для того самого типу вапна повторюють 2 – 3 рази, виводять середні виміри температури. Середні результати спостережень записують у таблицю, після чого будують графік гідратації (температура – час).
Реакційну здатність вапна визначають безпосередньо за графіком.
ОС
100
1 2
3 5
60
6
40
4
20
0
0,1 0,2 1,0 2 4 10 20 40 100 Час, хв.
1 – добірного (у печі киплячого шару);
2 – рядового (у печі киплячого шару);
3 – в обертових печах Криворізького металургійного заводу;
4 – у шахтних печах Криворізького металургійного заводу;
5 – у шахтних печах заводу "Азовсталь";
6 – перепаленої в печах заводу "Азовсталь".
Рисунок 2.2 Результати визначення реакційної здатності вапна