Шихта для выплавки ферросплава, содержащего марганец и кремний

 

Использование: металлургия ферросплавов, получение силико-марганца. Шихта состоит из следующих компонентов, мас.%: брикеты из металлических отсевов углеродистого доменного ферромарганца и шламов газоочистки доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец - основа; ферросилиций 2-7; металлическая стружка с общим содержанием алюминия в отходах более 40% 2-7; обоженная известь 10-25. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии ферросплавов, а именно к получению ферросплава, содержащего марганец и кремний. В настоящее время ферросплав, содержащий марганец и кремний (силикомарганец), получают из шихты, состоящий из марганцевого сырья, кварцита, коксика и доломита проплавлением в рудовосстановительных печах (см. Рысс М.А. Производство ферросплавов. М. Металлургия, 1985, с. 169, 173, 175).

Недостатками этого процесса являются повышенный расход электроэнергии, в частности, для восстановления кремния из кремнезема углеродом, а также большие потери электроэнергии в короткой сети и электродах из-за большой силы тока и низкого напряжения с низкой стороны трансформатора, характерных для работы в рудовосстановительных печах.

Известны следующие составы шихт: 1. Шихта для выплавки силикомарганца, содержащая, мас. кварцит 5-30; углеродистый восстановитель 15-30; силикат натрия 1-3; марганецсодержащий материал остальное.

2. Шихта для выплавки силикомарганца, содержащая, мас. малофосфористый марганецсодержащий шлак 15-69; марганцевый агломерат 5-35; марганцевый концентрат 5-40; кварцит 10-13; кокс 5-20; газовый уголь и доломит остальное.

3. Шихта для выплавки силикомарганца, содержащая, мас. передельный шлак ферромарганца 36-50; шлак среднеуглеродистого ферромарганца 14-36; термообработанный газовый уголь 17-32; коксик остальное.

4. Шихта для выплавки силикомарганца, содержащая, мас. марганецсодержащее сырье 62-68; кварцит 12-15; коксик 11-14; отвальный шлак феррохрома 6-12.

5. Шихта для выплавки силикомарганца, содержащая, мас. офлюсованный марганцевый агломерат 69-77; кварцит 12-16; коксик 11-15.

Недостатками этих шихт являются повышенный расход электроэнергии на проплавление шихтовых материалов вследствие необходимости реализации процесса восстановления кремния из кварцита углеродом восстановителя, а также большие потери электроэнергии в короткой сети и электродах из-за необходимости поддержания высоких значений отношения силы тока к напряжению с низкой стороны трансформатора при работе в рудовосстановительных печах. К числу недостатков следует отнести и низкое использование марганца из-за неполноты его восстановления особенно в процессах, осуществляемых без флюсующей добавки (доломита), вследствие взаимодействия оксидов марганца с оксидом кремния с образованием марганцевого силиката.

В качестве прототипа принята наиболее близкая по сущности шихта, включающая марганецсодержащий материал, восстановитель (коксик) и алюминийсодержащие отходы, содержащие металлический алюминий, глинозем, кремнезем, остальное примеси, а также присадку кварцита.

Недостатком прототипа является повышенный расход электроэнергии при использовании в шихте кварцита вследствие осуществления процесса восстановления кремния углеродом, а также потери электроэнергии в короткой сети и электродах при работе в рудовосстановительных печах.

Указанные недостатки устраняются использованием для выплавки ферросплава, содержащего марганец и кремний, шихты, включающей марганецсодержащий материал, восстановитель, алюминийсодержащие отходы, шихта дополнительно содержит флюс в качестве марганецсодержащего материала, брикеты из металлических отсевов углеродистого доменного ферромарганца и шламов газоочистки доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец, в качестве восстановителя ферросилиций, в качестве алюминийсодержащих отходов загрязненную кремнеземом и глиноземом металлическую алюминиевую стружку с общим содержанием алюминия в отходах более 40% а в качестве флюса используют обожженную известь при следующем соотношении компонентов, мас. Брикеты Основа Ферросилиций 2-7 Алюминийсодержащие отходы 2-7 Известь 10-25 Сущность изобретения заключается в следующем.

Выплавку ферросплава, содержащего марганец и кремний, осуществляют в рафинировочной печи. В качестве шихтовых материалов используют: брикеты, изготовленные из металлических отсевов углеродистого доменного ферромарганца фракции менее 5 мм, и шлама, полученного в системе газоочистки доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец с присадкой связки, например низкомарочного цемента, взятого в количестве 5-10% от массы отходов; алюминийсодержащие отходы машиностроительных заводов с содержанием более 40% металлического алюминия, остальное-неметаллические включения (кремнезем, глинозем и др); известь шахтных или вращающихся печей; ферросилиций дробленный или гранулированный марок ФС65, ФС75, ФС90.

В процессе нагрева шихты до температуры плавления алюминия происходит его взаимодействие с диоксидом марганца брикетов с выделением 7407 Ккал на 1 кг алюминия. Выделяющееся тепло в объеме шихты полностью используется для расплавления отсевов ферромарганца и ферросилиция. Интенсификации расплавления способствует образование силицидов марганца. Примеси отходов алюминия взаимодействуют с известью с образованием силикатов и алюминатов кальция также с тепловым эффектом. Выделяющееся тепло в объеме шихты ускоряет протекание восстановительных реакций с образованием силицидов марганца, что обеспечивает полноту восстановления марганца из шлама в металл.

Вследствие того, что процесс плавки протекает с образованием шлакового расплава, возможно осуществление его в дуговой рафинировочной печи с отношением величин тока к напряжению в пределах 10-35, что способствует сокращению активных электрических потерь в короткой сети и электродах.

Если количество ферросилиция менее 2 мас. то в шлаке остается часть невосстановленного марганца, что увеличивает удельный расход электроэнергии на получение ферросплава. Аналогичный эффект получается при снижении количества алюминийсодержащих отходов менее 2 мас. Последнее сопровождается значительным увеличением удельного расхода электроэнергии на проплавление тонны шихты.

Увеличение количества алюминийсодержащих отходов и ферросилиция более 7 мас. каждого сопровождается нерациональным расходом материалов, так как не дает эквивалентного снижения удельного расхода электроэнергии на тонну проплавляемой шихты.

При содержании извести менее 10 мас. не происходит полного связывания оксидов кремния и алюминия в двухкальциевые силикаты и алюминаты, что приводит к повышенным потерям марганца со шлаком вследствие связывания оксида марганца в силикаты и алюминаты, а шлак получается вязкий и в нем затруднено протекание восстановительных реакций. При выпуске из печи и на разливке часть сплава теряется с вязким шлаком. Все это приводит к увеличению удельного расхода электроэнергии на проплавление шихты и получение ферросплава.

Увеличение количества извести в шихте сверх 25 мас. приводит к образованию трехкальциевых силикатов или алюминатов, имеющих более высокую температуру плавления, что вызывает дополнительные потери тепла и, как следствие, увеличение расхода электроэнергии.

Промышленное осуществление выплавки ферросплава, содержащего марганец и кремний, на шихте по изобретению, проводили в дуговой рафинировочной печи с трансформатором 5 МвА при напряжении с низкой стороны 265 В и токе 8975 А (отношение тока к напряжению 33,9). Футеровка ванны печи для проведения плавок была выполнена из магнезитового кирпича.

В качестве компонентов шихты использовали: марганецсодержащий материал-брикеты, изготовленные из металлических отсевов углеродистого доменного ферромарганца фракции -5 мм, шламов газоочистки доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец, и цементной связки, состав брикетов, мас. 24 Mn_общ; 5,5 Fe_общ; 18,0 SiO₂; 4,0 MgO; 7,5 Al₂O₃; 17,0 CaO; 0,24 P; 29,0 потери при прокаливании; известь вращающихся печей по ВТТ 139-1-91 с содержанием CaO 95% ферросилиций марки ФС65 по ГОСТ 1415-78 с содержанием Si 67% алюминийсодержащие отходы, полученные из Вторчермета в виде металлической стружки фракции менее 20 мм загрязненной неметаллическими включениями с содержанием алюминия 54% остальное кремнезем, глинозем.

Плавки проводили по трем вариантам шихты (по три плавки в каждом варианте). Навеска шихты в плавках по вариантам менялась и составляла соответственно по вариантам 2,0% 4,5% и 7% от общей массы шихты на плавку восстановителя-ферросилиция; 10% 17,5% и 25% извести; 2,0% 4,5% и 7% алюминийсодержащих отходов; 86% 73,5% и 61% марганецсодержащих брикетов при задаче на плавку по каждому варианту 8000 кг.

После расплавления шихты расплав выпускали в футерованный графитовой плиткой ковш. Металл после отделения от шлака разливали в изложницы, а шлак сливали в шлаковни и отправляли в отвал. После охлаждения металл взвешивали и отбирали пробы, в которых определяли содержание марганца и кремния.

При использовании шихты по прототипу в шихту входили следующие компоненты: в качестве марганецсодержащего материала марганцевое сырье (концентрат), в качестве восстановителя кокс, присадка кварцита и отсевы алюминиевого производства.

Состав шихты для выплавки ферросплава, содержащего марганец и кремний, по изобретению и по прототипу и показатели проведенных плавок представлены в таблице (средние по вариантам).

Из таблицы видно, что при использовании шихты предложенного состава снижается удельный расход электроэнергии, необходимой на проплавление тонны шихты в 2,45-3,06 раза и на тонну ферросплава в 1,47-1,64 раза.

Кроме того, ферросплав, полученный с использованием шихты по изобретению, получается дешевле, чем с использованием шихты по прототипу, так как в качестве марганецсодержащего материала используют отходы промышленного производства.

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСПЛАВА, СОДЕРЖАЩЕГО МАРГАНЕЦ И КРЕМНИЙ, включающая марганецсодержащий материал, восстановитель, алюминийсодержащие отходы, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит флюс, в качестве которого используют обожженную известь, в качестве марганецсодержащего материала брикеты из металлических отсевов углеродистого доменного ферромарганца и шламов газоочистки доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец, в качестве восстановителя ферросилиций, в качестве алюминийсодержащих отходов металлическую стружку с общим содержанием алюминия в отходах более 40% при следующем содержании компонентов, мас.

Брикеты из металлических отсевов углеродистого доменного ферромарганца и шламов газоочистки доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец Основа Ферросилиций 2 7 Металлическая стружка с общим содержанием алюминия в отходах более 40% - 2 7
Обожженная известь 10 25

РИСУНКИ

Рисунок 1