Экзотермический брикет для прямого легирования стали марганцем

 

ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ ДЛЯ ПРЯМОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ МАРГАНЦЕМ, содержащий комплексный сплав алюминия , кремния, марганца и железа и связующее, отличающийся тем, что, с целью повышения использования марганца и ликвидации выбросов в атмосферу цеха, он дополнительно содержит продукт .термической об- . работки карбонатной марганцевой руды при следукицем соотношении компонентов , мае. %: Комплексный сплав алк 1иния, кремния, марганца и железа .43-56,5 Продукт термической обработки карбонатной (Л марганцевой руды 39,5-51,5 Связующее4,0-5,5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(з ) С 22 С 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

Ф

43-56,5

39,5-51,5

4,0-5,5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и Открытий (2 1) 3696868/22-02 (22) 06.02,84 (46) 23.05.85. Бюл. Р 19 (72) Н.В.Толстогузов, В.А. Радугин и О.И.Нохрина (71) Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 669. 18.046.58(088.8) (56) 1. Балтизманский В.И.,Исаев Б.К., Жигулин В.И.и др. Раскисление и легирование стали экзотермическими ферросплавами. Киев. "Техника", 1970, с. 81-93.

2. Авторское свидетельство СССР

У 771168, кл. С 22 С 35/00, 1978.

„„SU„„1157110 A (54) (57) ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ ДЛЯ

ПРЯМОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ МАРГАНЦЕМ, содержащий комплексный сплав алюминия, кремния, марганца и железа и связующее, отличающийся тем, что, с целью повышения использования марганца и ликвидации выбросов в атмосферу цеха, он дополнительно содержит продукт термической об-, работки карбонатной марганцевой руды при следующем соотношении компонентов, мас. Ж:

Комплексный сплав алюминия, кремния, марганца и железа

Продукт термической обработки карбонатной марганцевой руды

Связующее

1157110

Изобретение относится к черной металлургии, в частности .к производству ферросплавов.

Известны экзотермические брикеты для прямого легирования стали марган- 5 цем, в которых в качестве окислителя применяют марганцевую руду (11.

Однако расход марганцевой руды при этом ограничен .тем. количеством, которое необходимо для получения тепла для нагрева и расплавления легирующего ферросплава, Это связано с тем, что в качестве окислителя применяют лишь весьма дефицитную пероксидную руду с очень высоким содержанием марганца (Ип 89 ; S10 < 8Ж; Р 0,2 ) .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и.достигаемому результату является экзотермический брикет (21 для прямого легирования стали марганцем, содержащий, мас. :

Комплексный сплав алюминия, марганца, кремния и железа 42,5-48 25

Марганцевая руда 31-38

Известняк 7-12

Плавиковый шпат 3-5

Связующее 5-9

Однако при введении в ковш из- Зп вестного экэотермического брикета для прямого легирования стали -марганцем в атмосферу цеха выделяется много летучих, в том числе ядовитых, фтористых соединений. Содержание закиси марганца в шлаке, образующемся из этих брикетов, довольно высоко и составляет 12-152. Последнее связано с тем, что скорость растворения оксида кальция в шлаке из карбоната О сильно отстает от скорости химического взаимодействия алюминия и кремния с оксидами марганца руды.

Целью изобретения является повышение использования марганца и ликви- 5 дация выбросов в атмосферу цеха.

Поставленная цель достигается тем, что экзотермический брикет для .прямого легирования стали марганцем, содержащий комплексный сплав алюминия, кремния, марганца и железа, и связующее, дополнительно содержит продукт термической обработки карбонатной марганцевой руды при следующем соотношенникомпонентов, мас. :

: Комплексный сплав алюминия, кремния, марганца и железа 43-56,5

Продукт термической обработки карбонатной марганцевой руды 39,5-51,5

Связующее 4,0-5,5

Продукт термической обработки карбонатной руды свободных оснований не содержит и представлен следующими соединениями, мас. : (Ca, Mg) (Mn, Ре) О+ 55-75

Кремнезем и другие оксиды 10-30

Исследования показывают, что продукт термической обработки карбонатной руды в окислительной среде не гигроскопичен. Содержание влаги в нем при хранении на воздухе в течение

3-4 недель не повышается. Это объясняется тем, что, как показало рентгеновское исследование, вся известь и магнезия в продуктах связана в изоморфной смеси ферритов и манганитов кальция и магния.

При спекании экзотермических брикетов для прямого легирования стали марганцем предложенного состава обеспечивается не только высокая скорость восстановления оксидов железа и марганца по реакциям

"-О "1" 3

Fa О +А0=2Ра i 44 0 ()

Мп О + Ы2 Ж - >Mn + з/2 SiО p)

3 но и высокая скорость ошлакования образующихся по реакциям (1) — (3) глинозема и кремнезема.:

Основные флюсы СаО и MgO, растворяясь в шлаке, повышают в нем активность эакиси марганца и тем самым способствуют его более полномувосста

Ф новлению.

Однако восстановление МпО из шлака — медленный процесс, так как

его скорость зависит от скорости подвода исходных веществ к месту реакции и отвода иэ него ее продуктов.

В экзотермических брикетах те же основные флюсы на ход процесса восстановления марганца в основном влияют через физические свойства шлака.

Известь и магнезия, растворяясь в шлаке, повышают его жидкоподвижность, вследствие чего повышается и скорость распространения металлотермического процесса и полнота разделения продуктов реакции.

1157110

45 нерационально, так как при этом за50

Тесное смешение извести и магне,зии с оксидами марганца поэтому способствует более полному восстановлению марганца. В ошлаковании глинозема наряду с известью участвует также и кремнезем продуктов термической обработки карбонатной руды. В результате этого заметно снижается кратность шлака. Она составляет только

0,5-0,52, тогда как при использовании окисленной руды в смеси с флюсами при подобном соотношении она не снижается ниже 0,7-0,8.

При спекании экзотермических брикетов для прямого легирования стали марганцем предложенного состава образуются весьма легкоплавкие шлаки с содержанием, %: SiO 40-45;

Al О 18-22; СаО 18-22; MgO 5-7, и МпО лишь 4-7.

Вследствие воздействия изложенных факторов — тесного смешения извести и оксидов марганца, большой скорости реакций (1) — (3) (реакции продолжаются не более 30 с), большой скорости ошлакования глинозема и кремнезема продуктами термической обработки руды и невысокой кратности шлака — высокое извлечение марганца имеет место под кислыми шлаками.

Главная причина этого заключается

3 в том, что реакции (1) — (3) протекают быстро (как указано выше, 4 30 с)

В результате марганец практически полностью восстанавливается из чистых оксидов до перехода их в шлак.

С другой стороны, продукты реакций

А1 О и ЯьО быстро ошлаковываются, образуют шлак с- низкой температурой плавления (t„„ 1300 С), который легко отделяется от металла. Поэтому содержание ИпО в шлаке заметно ниже равновесного с металлом.

Вследствие того, что на первой стадии процесса, когда окисляется алюминий, кРемнезем руды является активным флюсом в брикетах успешно могут использоваться как продукты термической обработки богатой карбонатной марганцевой руды (Hn 30-35Х;

Зi0 8-10Х; СаО 8-11% ИяО 1-3X) так и сравнительно бедной руды (Nn

2S-27Х; 810 13-17Х; СаО 6-10Х;

ИяО 1-3Х; Fe О 3-7X).

Карбонатнйе марганцевые руды обыч-55 но отличаются повышенным содержанием фосфора (чаще всего 0,008-0,010Х Р на 1Х марганца). Однако повышенное

35 соде ржание фосфора не препятствует использованию продуктов термической обработки карбонатной марганцевой руды в качестве окислителя в экзотермических брикетах, так как металл из этих брикетов содержит лишь 0,2% фосфора, а содержание фосфора в ðàñсыпавшемся сплаве АМС обычно составляет 0,05-0,06Х.

В качестве восстановителя в экзотермических брикетах используется саморассыпающийся сплав AMC с содержанием А1 5-9X, Si 20-30%.

Примеры исполнения.

Изготовлены экзотермические брикеты для прямого легирования стали марганцем следующего состава (см. табл. 1).

Экзотермические брикеты готовят на лабораторном прессе с усилием

10 т в виде таблетки диаметром 4,5 см и высотою 2-3 см. После. сушки на воздухе брикеты прокаливают при 200250 С. Для опытов брикеты загружают в печь Таммана, нагретую до 1500 С, и выдерживают 5 мин. После выдержки полученный сплав и шлак: сливают и направляют на анализ. Каждый опыт повторяют 3-4 раза. В ходе опытов получены следующие результаты (см. табл. 2).

При содержании в экзотермических брикетах продуктов термической обработки карбонатной марганцевой руды менее 39,5Х в шлаке повышается содержанне Al О . В результате этого по2 3 вьппается его температура плавления и возникают затруднения с отделением шлака от металла. Кроме этого, .термичность брикета снижается ниже допустимой. Это снижает извлечение марганца, Больше чем 51,5Х продуктов термической обработки карбонатной ,марганцевой руды вводить в брикет метно ухудшается использование марганца из брикета, что вызывается повьппением кратности шлака и повышением его вязкости вследствие излишне высокого содержания в нем кремнезема.

Кроме того, термичность брикета становится излишне высокой.

Для раскисления стали марганцем в ковше изготовлены экзотермические брикеты для прямого легирования стали марганцем со следующим соотношением компонентов, мас.%: сплав АИС

1157110 (Mn 30,13X; Si 30 ; Al 7 ) — 48; про- дукты обжига Никопольской карбонатной магниевой руды ((Ca, Mg)(Иа, Ре) .Fe) О+ 69,0Х, Мп О +Fe О =4,00 ; яхО и др. оксиды 26 1 — дд; дидкое стекло — 4. Брикеты после прокаливания при 200-250 С имеют вес 50-55

Сталь выплавляют в индукционной печи с тиглем 30 кг. Брикеты загружают на дно ковша перед выпуском в него стали из печи. Температура металла. перед ее сливом из печи составляет

1903 К. Через 2 мин после заполнения ковша сталь разливают в слитки весом f5 кг. За время выпуска экзотермическая реакция спекания брикетов полностью заканчивается. Пробы металла отбирают из печи перед выпуском и из слитков (от донной и головной части слитка). Получены следующие © результаты (см. табл. 3).

Содержание марганца в донной и верхней части слитка одинаково (отличается не более чем на 0,01X). Одинаково содержание марганца и в двух последовательно отлитых слитках.

Для получения продукта термической обработки карбонатной марганцевой руды, пригодного для изготовления экзотермических брикетов для пря ® мого легирования стали марганцем предложенного состава, может быть использована карбонатная руда с содержанием 25 — 35 марганца и 2-7Х Ре О

Содержание кремнезема не препятствуете получению ферритов и манганитов при обжиге руды в окислительной атмосфе" ре. Поэтому содержание кремнезема в карбонатной марганцевой руде может быть любым — от 8 до. 17 . При Ф> высоком содержании кремнезема часть оснований может вступить в реакцию с кремнеземом с образованием преиму щественно легкоплавких метасиликатов.

Этот процесс начинается в твердых фазах и протекает с большой скоростью.

Развитию этого процесса способствует то, что реакции образования силикатов кальция и магния сильно экэотер-. мичны. Однако для того, чтобы $O успешно протекало восстановление оксидов марганца алюминием и особенно кремнием, необходимо, чтобы основная часть извести была связана с полуторными окислами марганца и же- И леза. Поэтому для приготовления продукта термической обработки карбонатной марганцевой руды необходимо применять карбонатную марганцевую ру(Мп); +(Ре)р ду, в которой отношение — — — — — ——

СаО+1,4 MgO

) 1,964.

Наилучшие результаты получаются при прокаливании в окислительной атмосфере карбонатной марганцевой руды с содержанием 26-31Х марганца, 8-11Х окиси кальция и f-ЗХ MgO.

Обжиг карбонатной марганцевой руды для получения продукта термической обработки карбонатной марганцевой руды, пригодного для получения влагостойких экзотермических брикетов для прямого легирования стали марганцем, необходимо производить в окислительной атмосфере примерно

1 ч при 850-950 С. Охлаждение до 500600 С также необходимо производить в окислительной атмосфере. При этом. в руде образуются легкоплавкие оксиды марганца, что ускоряет образование ферритов и манганитов кальция.

Примеры исполнения.

Никопольскую карбонатную марганцевую руду (Nn 27X, РеО 2,1X, SiO

17Х, СаО SX, МяО З ) и две пробы

Усинской родохразитовой карбонатной марганцевой руды (Nn 26, Ре, О 7,6Х, $ 0 13,0Х, СаО 9,6Х, Mg0 3,5Х;

Alz0 1,0, Nn 30 Ре.,Оз

SiO 8,0Х, СаО 10,5Х, А1 О 1,0X) обжигают в окислительной атмосфере при 900 С 1 ч. После обжига руду охлаждают до 500 С вместе с печью.

Результаты обжига и химсостав продукта термической обработки карбонатной марганцевой руды приведены в табл. 4.

Продукты термической обработки карбонатных марганцевых руд подвергнуты рентгеновскому анализу. Свободных оксидов кальция и магнезии не обнаружено. Оксиды кальция и магния представлены только соединениями (Ca, Ng) Nn 0< g (Ca Ng)Fe,.

На основании рентгеновского анализа произведен расчет фазового состава продуктов термической обработки, которнй представлен s табл. 5.

Предложенннй экэотермический брикет для прямого легирования стали марганцем в сравнении с известным имеет следующие преимущества: пред-. ложенный экзотермический брикет значительно дешевле. Так, себестоимость материала для изготовления экэотермических брикетов известного состава (рассчитано для среднего расхода

1157110

- материалов), составляет 114 руб/т . брике тов. Себестоимость материалов на 1 т предложенных экэотермических брикетов составляет 111,3 руб/т бри кетов. Если учесть, что выход металла из предложенных экзотермических брикетов в среднем составляет

597 кг/т брикетов, а из известных брикетов 543 кг/т, то при равном выходе металла экономия за счет снижения себестоимости зкзотермических брикетов составляет

114 — 111,355 937 =12,76 руб/т брикетов.

Применение предложенных экзотермических брикетов повышает примерно на 5% извлечение марганца. Это при

Составы, мас.%

Г 1 1 I

Компоненты

60,0 40,0

56,5 47,5 43

39,5 47,5 51,5 36,0 45,5

4,0 5,0 5,5 4,0 5,5

Жидкое стекло

Таблица2

Характеристики

Состав cnnasa, %

Мп

49,52

52,37

52,9

54,9

19,11

f7,11

17,42

13,4 Металл от шлака отделен не полностьв

0,22

0,24

0,20

0,2

Состав шлака, %

ИпО

4,36

6,68

6,03

43,78

20,28

Si0

43,0

43,62

20,93

24, 16

Не определялся

Сплав аломиния, марганца, кремния и железа

Продукт термической обработки карбонатной марганцевой руды расходе экзотермических брикетов

20- кг на 1 т стали, с учетом снижения себестоимости предложенных экзотермических брикетов, позволит снизить себестоимость раскисления сталй ориентировачно на 0,35 руб/т стали.

Применение предложенных экэотермических брикетов позволяет ликвидировать выделение дыма и газов в атмосферу цеха, в том числе выделение ядовитых фтористых соединений.

Упрощается изготовление и хранение брикетов. Последнее связано с тем, что количество компонентов, входящих в предложенные экзотермические брикеты, уменьшается вдвое, а брикеты становятся практически не гигроскопичными.

Т а б л и ц а 1

2 3 4 5

Составы экэотермических брикетов

3 j 4 ) 5

1157110

Продолжение табл.2

Характеристики

1?,7

21,2

19,7

СаО

0,7

0,48

0 53

0,6

0,52

Кратность шлака

Извлечение марганца в сплав, Х

82, 92

80, 14

87,2

75

Т аблица3

Характеристики

2 3

Сталь до легирования, Х

Si

Сталь после леги- рования, Х

Ип 0 78 075 065

0,-43 0 50 0 47 Si

Извлечение марганца в сталь, Х. 90 84,73 85,42

Т а б л и ц а 4

Выход после обжига состав продукта термической обработки карбонатной арганцевой руды

IIj 1 E f

МпС СаО И О 8 0 А1 0 Р 0 Ре 0

71,88 37,56 29,71 11,13 4в17 24э35 4е11 0175 2э1

Усинская, Ип 26Х 72,5 35,86 28,36 13,24 4,83- 17,93 1,38 0,51 7,6

70,27 42,69 33,77 14,94 1,42 11,38 1,42 0,53 6,7

Карбонатная марганцевая руда

Никопольская

Усинская, Иа 30Х

Составы экэотермическнх брикетов

3 ) 4 ) 3

Составы экэотермических брикетов

Г) 0,19 0,23 0,10

0,27 0,35 0,32

1157110

Тйблица5

Кремнезем и друг.ие оксиды

56,3

14,5

29,2

Никопольская

Усинская, Мп 263

75 0

5,5

19,5

Усинская, Мп ЗОХ

23,0

64,2

12,8

Составитель К.Сорокин

Редактор П .Коссей Техред Т.Фанта Корректор С.Черни

Заказ 3288/26 Тирюк 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Исходная карбонатная марганцевая руда азовый состав продуктов термической обработки карбонатых марганцевых руд, 7.

Са, Mg)Mn 0 + (Са, Mg)Fe 0 Мп 0 +Fe 0

Филиал ППП "Патент", г.Уигород, ул.Проектная, 4