Способ выплавки металлического марганца

 

1. СПОСОБ ВШЛАВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАРГАНЦА электросиликотермическим восстановлением, включающий расплавление марганцевого сырья, флюса и части силикомарганца и введение в рудно-флюсовьй расплав остальной части силикомарганца, о тличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии , повьшения степени извлечения марганца в металд и использования силикомарганца, расплавление ,ведут с использованием в качестве марганцевого сьфья хлоркальцйевого концентрата , взятого в количестве 520555 кг/т в смеси с известью, доломитом и частью силикомарганца, перёд введением остальной части сшшкомарганца в количестве 47-53% его брикетируют с хлоркальциевым концентратом , известью, доломитом, алюминием , и связующим и прокаливают. 2.Способ по п. 1, о т л и чающийся тем, что на расплавление шихту подают в следующем соотношении компонентов, мас.%: Хлоркальциевый концентрат 52,0-55,5 Доломит10,5-12,5 Силикомарганец 21,0-24,0 j ИзвестьОстальное 3.Способ по пп. 1 и 2,о т л и (Л чающийся тем, что на брикетирование шихту подают,в следующем соотношении компонентов, мас.%: Силикомарганец 44,5-47,9 Хлоркальциевый 35,5-37,0 концентрат Доломит 8,0-9,0 4; Алюминий 2,6-3,5 эо Связующее 0,5-1,2 00 00 СП Известь Остальное 4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч аю щ и и с я тем, что брикеты вводят в рудно-флюсовьй расплав при соотношении расплав-брике-гы 2,0-2,15:1.

„„SU„„148885

COIO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4сЮ 22 В 47/00 4/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Па ДЕЛАМ ИЭОИЧГПНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СОИДЕ;ГЕЛЬСПВУ (21) 3662825/22-02 (22) 18.11.83 (46) 07.04.85 Бюл. И- 13 (?2) Н.В.Толстогузов, И.А.Селиванов н С.В.Носачев (71) Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им.Серго Орджоникидзе (53) 669,74.3(088.8) (56) 1. Дуррер Р., Фолькерт Г..Металлургия ферросплавов. N., Металлургиздат, 1956, с. 216-226.

2. Рысс М.А. Производство ферросплавов. М., "Металлургия", 1975, с. 161-162. (54) (57) 1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАРГАНЦА электросиликотермическим восстановлением, включающий расплавление марганцевого сырья, флюса и части силикомарганца и введение в рудно-флюсовый расплав остальной части силикомарганца, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии„ повышения степени извлечения марганца в металл и использования силикомарганца, расплавление, ведут с использованием в качестве марганцевого сырья хлоркальциевого концентрата, взятого в количестве 520555 кг/т в смеси с известью, доломитом и частью силикомарганца, перед введением остальной части силикомарганца в количестве 47-537 его брикетируют с хлоркальциевым концентратом, известью, доломитом, алюминием, и связующим и прокаливают.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что на расплавление шихту подают в следующем соотно-. шении компонентов, мас.X:

Хлоркальциевый концентрат- 52,0-55,5

Доломит 10,5-12,5

Силикомарганец 21, 0-24,0

Известь Остальное

3. Способ по пп. 1 и 2 о т л ич а ю шийся тем, что на брикетирование шихту подают.в следующем С соотношении компонентов, мас.Х;

Силикомарганец 44,5-47,9

Хлоркальциевый Юа концентрат 35, 5-37, О раииь

Доломит 4ь

Алюминий 2, 6-3,5 р

Связующее 0 5-1,2

Известь Остальное

4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч аю шийся тем, что брикеты вводят в рудно-флюсовьй расплав при соотношении расплав-брикеты 2,0-2, 15: 1.

1148885

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству металлического марганца.

Известен алюмотермический способ производства металлического марганца, заключающийся в дроблении, измельчении и смешивании богатого марганцевого сырья с порошком алюминия, флюсами и запальной смесью и проплавлении этой шихты. В результате взаимо10 действия составляющих шихты образуется металлический марганец f1).

Недостатком процесса является то, что даже при выборе особо чистого и богатого по марганцу сырья сплав 15 получается загрязненным фосфором, алюминием и другими примесями вследствие недостаточной чистоты используемых руд по этим элементам.

Наиболее близким по технической 20 сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки металлического марганца электросиликотермическим восстановлением, включающий расплавление марганцевого 25 сырья и флюса и введение в руднофлюсовый расплав силикомарганца.

По этому способу марганцевый концентрат, бесфосфористый шлак, восстанавливают кремнием силикомарганца, для З0 чего концентрат в смеси с известью и частью силикомарганца (,-407 от общего расхода силикомарганца) задают в печь. Как только вся шихта расплавится, хорошо прогреется, в печь загружают остальной силикомарганец в твердом или жидком виде. Причем силикомарганец загружают частями, для лучшего использования кремния.

Для ускорения рафинирования 40 металла от кремния за счет его перемешивания за 30 мин до конца плавки расплав продувают 2-4 раза воздухом под давлением 3-4 атм. После последней продувки металл и шлак выпускают 5 в каскадно установленные стальные ковши. Для более полного отделения металла от шлака и понижения темпера— туры металла ковш выдерживают в течение 3 ч, после чего металл разливают в металлические изложницы (2 1.

Недостатками известного процесса являются повышенный расход электроэнергии за счет длительности рафинирования, низкое извлечение марган- 55 ца из бесфосфористого шлака (46,53), низкая степень использования кремния силикомарганца (717) Наличие в конечном шлаке манганозита и тефроита свидетельствуют о том, что восстановление протекает не до конца вследствие того, что протекание восстановительных процессов лимитируется скоростью диффузионного растворения твердых кусочков силикомарганца, вводимых в шлакофлюсовый расплав . Скорость диффузионного растворения лимитируется .диффузионным процессом, подводом кремния и закиси марганца к поверхности раздела фаз и отводом продуктов реакции в металл и шлак. На поверхности холодного кусочка силикомарганца, в момент попадания его в расплав, образуется твердая пленка шлака, которая затрудняет процессы массопередачи и теплопередачи, а также плавление силикомарганца.

Цель изобретения — снижение расхода электроэнергии, повышения сте— пени извлечения марганца в металл и использования силикомарганца.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки металлического марганца электросиликотермическим восстановлением, включающему расплавление марганцевого сырья, флюса и части силикомарганца и введение в рудно-флюсовый расплав . остальной части силикомарганца, расплавление ведут с использованием в качестве марганцевого сырья хлоркальциевого концентрата, взятого в количестве 520-555 кг/т в смеси с

35,5-37,0

8,0-9,0 известью, доломитом и частью силикомарганца, перед введением остальной части силикомарганца в количестве

47 †5 его брикетируют с хлоркаль— циевым концентратом, .известью, доломитом, алюминием и связующим и прокаливают.

На расплавление шихту подают при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Хлоркальциевый концентрат 52,0-55,5

Доломит 10,5-12,5

Силикомарганец 21,0 — 24,0

Известь Остальное

На брикетирование шихту подают в следующем соотношении компонентов, мас.7:

Силикомарганец 44,5-47,9

Хлоркальциевый концентрат

Доломит

1148885

Алюминий (вторичный) 2,6-3,5

Связующее 0,5-1, 2

Известь Остальное

Причем брикеты вводят в руднофлюсовый расплав при соотношении расплав-брикеты 2,0-2,15: 1.

Состав используемого хлоркальциевого концентрата приведен в табл. 1.

Количество хлоркальциевого концентрата, задаваемого для рафинировочного расплава, составляет 520555 кгlт шихты, что является оптииальньв и обеспечивает нормальное f5 течение плавки. Уменьшение количества концентрата 520 кг/т шихты приводит к тому, что полученный рафинировочный расплав обеднен окислами марганца, а следовательно, кремний 20 силикомарганца, поступающий с .брикетами, используется не полностью и переходит в конечный металл. Увеличение количества концентрата

)555 кг/т шихты приводит к повышенным потерям марганца со шлаком вследствие недостатка восстановителя — кремния силикомарганца.

Силикомарганец вводят в состав шихты для получения рафинировочного 30 расплава в количестве 21,0- 24,0 мас.X.

Введение такого количества силикомарганца уменьшает расход электроэнергии на расплавление рудно-флюсового рас-. плава, так как благодаря его наличию значительная часть тепла выделяется по реакции я. о,) пм=яи.)+res o i

При.этом благодаря образованию щ

ЗЩ раэжижается рудно-флюсовый расплав к ускоряется его плавление, что обеспечивает более полное полезкое использование кремния силикомарганца, вводимого с шихтой для обра- 45 эоваиия рудно-флюсового расплава.

Часть силикомарганца (47-55Х) вводят с брикетами. Уменьшение доли силикомарганца, вводимого с брикета-. мк, <47Х снижает полноту протекания g0 восстаковительных процессов. Кроме того, при этом снижается эффективность керемешивания. Увеличение доли склккомаргаица, вводимого брикетами, 55Õ приводит к тому, что конечный металл отличается повышенным содержакием кремния. Это способствует повышеккому его угару.

Состав брикета является оптимальным для достижения максимального извлечения марганца из рафинировочного расплава и повышения использо" вания кремния.

Вследствие большой термичности брикета последний растворяется в раснлаве, при этом образующиеся капли реакционноспособного металла, содержащие 15-17Х Si, пронизывают слой рафинировочкого расплава и, взаимодействуя со свободными окислами марганца, восстанавливают их.

Образующийся при этом конечный шлак обладает высокой жкдкоподвижностью и низкой температурой плавления.

Благодаря огромной поверхности, взаимодействия капель металла с рафинировочным расплавом содержание окислов марганца в шлаке невелико и составляет 5-8Х, потери марганца испарением при этом минимальны. Капли металла, пронизывая рафинировочный расплав, производят его перемешивание.

Как показывают исследования, благодаря тонкому смешению силикомарганца и концентрата в брикете происходит черезвычайно интенсивное.восстановление окислов марганца (за 25-30 с на 90-95%). В результате этого концентрация марганца в каплях металла, образунмцегося в брикетах, составляет

82-85Х, а кремния лишь 15-17Х что благодаря большой разности в удельных весах капель металла и рафинировочко- го расплава, способствует успешному перемешиванию последнего.

Добавка доломита и извести в брк кеты и смесь расплава обуславливается получением в конечном итоге шлака, содержащего наименьшее количество марганца. обладающего высокой жидкоподвижностью, низкой вязкостью и невысокой температурой плавления.

Уменьшение концентрации доломита и извести менее 8,0 и 6,0 мас.Х соответственно в брикете ведет к потерям марганца со шлаком. Увеличение содержания доломита и извести более

9,0 и 7,0 мас.X соответственйо ведет к эагущению шлака, что также отрицательно сказывается на основных показателях процесса.

Присутствие в брикетах алюминия повышает термичность брикета, что ведет к более быстрому протеканию процесса растворения и уменьшению

1148885 угара кремния. Увеличение навески алюминия более 3,5 мас.X ведет к повышению термичности брикета и, как следствие, увеличиваются потери марганца испарением. Уменьшение навески 5 алюминия менее 2,6 мас. ведет к понижению термичности брикета и увеличению времени рафинирования.

Количественное соотношение между расходом шихты на образование рафинировочного расплава и расходом брикетов должно составлять 2,02,15:1, так как именно такое соотношение обеспечивает получение металлического марганца, соответствующего

ГОСТ 6008-75. Изменение этого соотношения в сторону увеличения массы брикета приводит к гому, что в конечном металле увеличивается содержание кремния. Изменение соотношения в 2О сторону увеличения доли массы шихты для рафинировочного расплава приводит к повышенным потерям марганца со шлаком.

Силикомарганец и хлоркальциевый концентрат вводят в состав брикета в количественном соотношении в среднем

1,3;1,0„так как именно это соотношение обеспечивает максимальную скорость и высокую полноту восстановле- 3Q ния (92-95%) закиси марганца, необходимую термичность брикета и оптимальный состав металла (содержание кремния 15-17 .) для обработки рафинировочного рудно-флюсового расплава,gg

При значительном изменении этого соотношения в сторону уменьшения расхода силикомарганца понижается концентрация кремния в капле металла, а также за счет роста кратности шла- <О ка уменьшается термичность брикета, что ведет к потерям марганца и увеличению времени рафинирования. При значительном изменении этого соотношения в сторону увеличения расхода 5 силикомарганца также понижается термичность брикета, что приводит к повышенному угару кремния вследствие плохого разделения продуктов реакции и повышенным потерям марганца. gO

Выплавку металлического марганца ведут следующим образом.

В нагретую рафинировочную печь загружают шихту, состоящую из хлоркальциевого концентрата, силикомарганца, извести и доломита, для приготовления рудно-флюсового рафинировочного расплава. Смесь нагревают до полного ее расплавления. В результате взаимодействия компонентов шихты окисляются кремний и алюминий силикомарганца и образуются рафинировочный расплав и металлический марганец. Рафинировочный расплав содержит большое количество свободной окиси марганца.

На расплав, после его полного расплавления, задают брикеты приведенного состава. Брикеты нагреваются за счет теплопередачи от расплава, и при определенной температуре алюминий начинает взаимодействовать с окислами марганца, вследствие чего начинаетсч взаимодействие кремния силикомарганца с окислами марганца. В результате это-. го взаимодействия образуются капли металла с содержанием 15-17 . кремния и шлака. Пронизывая рафинировочный расплав с высоким содержанием окиси марганца, кремний, содержащийся в каплях металла, взаимодействует с окисью марганца. Взаимодействие кремния металла с рафинировочным расплавом проходит в глубине расплава, поэтому практически весь кремний (96-97X) используется на восстановление окислов марганца. Разность удельных весов капель металла и рафинировочного расплава приводит, к перемешиванию послецнего. После определенной выдержки сплав сливают.

Пример 1. Получение марганца известным способом.

Печь Таммана нагревают до 1650 С и в нее помещают тигель, загруженный следующими материалами: бесфосфористый шлак 100 r и известь 73,5 r.

В табл. 2 приведен состав бесфосфористого шлака.

После расплавления загруженной смеси в тигель задают обычный пере— дельный оиликомарганец (СМн 26), состав которого приведен в табл. 3, в количестве 30,4 г, фракции 2-5 мм.

Тигель выдерживают в течение 3 мин.

Расплавленный металл и шлак выливают в металлическую изложницу, отделяют один от другого, взвешивают и определяют химический состав металла и шлака, приведенный в табл. 4.

В табл. 5 дан состав конечного шлака.

Извлечение марганца пои этом составляет 60-65 .. Полезное использование кремния 72-75 ..

В табл. 6 поивепены панные харак,э тепизуюшие извлечение марганца из

1148885

Таблица 4

Содержание элементов, %

Вес, г

Кратность шлака

Серия

Мп Si А1 P Fe

Металл Шлак

1 95,32 3,03 0,12 0,05 1,31

4,1

2 95,81 2,00 0,12 0,07 2,07

4,03

3 94,97 2,97 0,15 0,07

2,30

4,2

Таблица 5

$I.O>

Компонент

СаО

А1 0з

Мдо

Содержание, Ж : 13,92-14,88 30,22-30,72 48,59-49,38 0,80-0,96 1,48-1,54

Таблица 6

Использование Si

Извлечение Мп

Серия

Таблица 7

1 ) Количество, г/мас.7, по серии

Материал

Хлоркальциевый концентрат

СМн If-1(ЗЖ А1)

Известь

Доломит

59,90

63,48

62,53

109,8/52,3

45,3/21,6

30,9/14,8

23,8/ 11,3

47,3 194,5

48,0 193,7

46,9 194,3

106,9/52,0

49,4/24,0

27,8/13,5

21,6/10,5

72,31

76,10

74,32

116,5/55,5

44, 1/21,0

28,3/ 13,0

22,0/10,5

1148885

Таблица 8

Содержание, г/мас Ж, по серии

Материал

Хлоркальциевый концентрат

СмН Й вЂ” 1(ЗХ Al) Алюминий (вторичньй) 3,1/2,8

Известь

7,0/6,2

9,2/8,2

Доломит

1,4/1,2

1,2

1,2

Табл ица 9

Содержание элементов, Ж

Si Al Р

Вес, г

Кратность шлака

Серия

Мп Fe Металл Шлак

97 5 1 0 О 06 О 009 1 00

2 98,9 0,30 0,06 0,007 0,60

136,9 175,8

1,28

1,27

96,9 0,92 0,06 0,00? 1,93

1 29

Таблица 10

8 0г

СаО

39,49-40,20 9,37-10,20

6,01-6,40

6,97-8,72 29,44-32,3

Таблица 11

И 4als IV

Использование Si, X

Серия

Извлечение Ип Ж

80,9

86,7

81,2

90,9

85,9

77,7

Заказ 1826/16-: Т аж 583 До сиое

Финал ШШ Пвтеат,.й .Ужгород, уа.Проезстнаа, 4

Связующее, Ж от общей массы брикета

40,0/35,8

52,6/47,0

40,?/36,0

49,0/44,5

3,8/3,5

7,7/7,0

9,!Ц.9, О

138,1

137,3

176,2

177,3

40,3/35,5

54,5/47,9

2,96/2,6

6,8/6,0

9, 1/8,0