Способ получения ферросплава, содержащего марганец и кремний

 

Использование: металлургия, получение ферросплава, содержащего марганец и кремний. Сущность изобретения: в шихте в качестве восстановителя и флюса используют ферросилиций и известь, в качестве марганецсодержащего материала используют оксидные марганцевые материалы и отходы производства ферромарганца, в начале плавки в печь задают часть шихты, содержащей отходы производства ферромарганца, и проплавляют ее на 70-80 %, загружают остальную часть шихты и полностью проплавляют, затем на поверхность расплава дополнительно вводят ферросилиций в количестве 2-5 % от израсходованного на плавку. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению ферросплавов, содержащих марганец и кремний.

В настоящее время ферросплавы, содержащие марганец и кремний (силикомарганец), получают одновременным восстановлением марганца и кремния непрерывным процессом в рудовосстановительных печах из шихты, содержащей марганцевую руду, кварцит и коксик (см. М.А.Рысс, Производство ферросплавов. М. "Металлургия", 1985,с. 166-169).

Наряду с применяемым способом, известны способы-аналоги. Силикомарганец получают в рудовосстановительных печах карботермическим процессом из шихты, содержащей марганцевую руду, кварцит и коксик с последующей обработкой расплава после выпуска в ковше кислородом или газом, содержащим кислород, для уменьшения содержания в расплаве алюминия и кальция (см. патент США N 3369887, кл.75-10 от 11.12.64); силикомарганец получают путем смешивания марганцевой руды с кремнеземом, восстановителем и железной рудой или железосодержащим шлаком крупностью менее 10 мм при температуре более 900^oС во вращающейся или дуговой печи с получением расплава, содержащего силикаты железа и марганца, который затем покрывают восстановителем и плавят в дуговой рудовосстановительной печи (Заявка Японии, N 50-10525 от 10.03.70); силикомарганец получают проплавленном в рудовосстановительной печи шихты, состоящей из кварцита, марганецсодержащего материала и коксика с периодической, через 3-20 минут, загрузкой смеси карбида кремния н железа в соотношении (1:0,1) (1:0,9) (см.авт.св. СССР N 459508, кл. С21С, 21.11.72 ).

В качестве прототипа принят способ получения силикомарганца, заключающийся в загрузке и проплавлении в электродуговой печи шихты, состоящей из марганецсодержащих материалов, восстановителя и флюса и выпуске расплава и отделении шлака (см. В.И.Емлин, М.И. Гасик. Справочник но электротермическим процессам. М. "Металлургия". 1978, с. 123.).

Недостатком известных способов и способа-прототипа является невозможность использования для получения ферросплава, содержащего марганец и кремний (силикомарганец), марганецсодержащих продуктов с высоким содержанием фосфора вследствие высокой степени его перехода в ферросплав в процессе восстановительной плавки.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что получение ферросплава, содержащего марганец и кремний, осуществляют в рафинировочной печи следующим образом. Шихта на плавку состоит из марганецсодержащих материалов, в качестве которых используют оксидные марганцевые материалы (например,марганцевый концентрат, полученный обогащением марганцевой руды, природная марганцевая руда, низкофосфористые марганцевые шлаки) и отходы производства ферромарганца (например, шлам газоочисток доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец, в котором отношение содержания фосфора к марганцу находится в пределах 0,015 0,02 и использование которого для получения силикомарганца по известным технологиям приводит к значительному загрязнению сплава фосфором), восстановителя и флюса, в качестве которых используют ферросилиций и известь. В начале плавки в печь задают часть шихты, содержащей отходы производства ферромарганца, и проплавляют ее на 70-80 что обеспечивает пониженную температуру процесса и оптимальные условия протекания реакций: Mn₂P + 2Si 2 MnSi + P (1) 4 СаО + 3 Si CaSi₂ + Ca₃O₂ · SiO₂ (2) 3 CaSi₂ + 2P Ca₃ P₂ + 6Si (3) или суммарной реакции: 2 Mn₂P + 7Si + 12 CaO 4 MnSi + Ca₃P₂ + 3(Ca₃O₂·SiO₂) (4) Фосфор, находящийся в марганецсодержащем материале в виде фосфорита или других фосфатов, также переходит в фосфид кальция по реакции: 2 Са₃(РО₄)₂ + 11 Si + 28 СаО 2Са₃ Р₂+ 6(Ca₃O₂ · SiO₂) + 5(2CaO · SiO₂), (5)
являющейся суммарной реакцией трех реакций (2), (3) и (6);
2Ca₃(PO₄) + 5Si + 4CaO 5 (2 CaO · SiO₂) (6)
По этим реакциям фосфор преимущественно переходит в шлак, который выпускается из печи. Затем в печь загружают остальную часть шихты и полностью проплавляют. При этом температура расплава повышается, что смещает прохождение реакций (4) и (5) влево, н вследствие незначительного содержания (после выпуска обогащенного фосфором шлака) фосфора в шихте, загруженной в этот период, степень насыщения фосфором полученного сплава не высока. После окончания проплавления в печь дополнительно загружают ферросилиций в количестве 2-5 от загруженного с шихтой и проплавляют. При этом достигается более полное восстановление марганца из оксидного расплава вследствие смещения равновесия при увеличении содержания кремния в сплаве, что способствует снижению отношения содержания фосфора к марганцу.

При степени проплавления шихты, заданной в печь в первый период, меньше 70% количество фосфора, переведенного в оксидную фазу в виде Ca₃P₂, незначительно и содержание фосфора в конечном сплаве увеличивается, а при степени проплавления более 80 способствует увеличению температуры расплава в печи, что вызывает смещение прохождения реакций (4) и (5) влево, что также способствует увеличению степени перехода фосфора в получаемый сплав.

Совместное проплавление всех шихтовых материалов при одновременной загрузке в печь приводит к увеличению в сплаве содержания фосфора, т.к. он не удаляется из зоны реакции со шлаком.

Если после окончания плавления заданной шихты в печь дополнительно вводить ферросилиций в количестве менее 2 от заданного с пихтой на плавку, то снижается извлечение в сплав марганца. Введение дополнительно более 5 ферросилиция от заданного с шихтой приводит к снижению в сплаве марганца вследствие дополнительною перехода в сплав кремния, что не позволяет получать сплав с требуемым содержанием марганца.

Выплавка ферросплава, содержащего марганец и кремний, по предлагаемой технологии позволяет использовать в шихте до 60 70 марганецсодержащих материалов с высоким содержанием фосфора и получать сплав с требуемым его содержанием, что значительно расширяет сырьевую базу и позволяет использовать для получения ферросплава материалы, которые до настоящего времени не находят применения и скапливаются в отвалах.

Промышленное опробывание способа проводили в рафинировочной печи с трансформатором мощностью 5 МВа при напряжении с низкой стороны 265 В и токе 8976 А.

Для плавок использовали следующие материалы:
высокофосфористые марганецсодержащие отходы (отношение содержания фосфора к содержанию марганца более 0,1) окомкованные до фракции -50 мм шламы газоочистки доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец, среднего состава (мас. ): 22,63 Mn _общ., 5,0 Fe_общ., 17,6 SiO₂, 11,3 СаО, 3,7 Al₂O₃, 2,54 MgO, 16,64 С, 0,14 S, 0,35 P (отношение содержания Р к содержанию Mn 0,11);
оксидный марганцевый материал марганцевый концентрат Чиатурского бассейна по ТУ 14-9-318-66 с содержанием (масс.); 47,9 Mn_общ., 12,2 SiO₂, 5,5 СаО, 1,6 FеО, 1,9 Аl₂O₃, 13,0 потери при прокаливании, 0,17 Р (отношение содержания Р к содержанию МП 0,00355 );
ферросилиций марки ФС65 по ГОСТ 1416-78 с содержанием 66,7 Si, 0,02 Р, остальное железо и примеси; класс крупности 20-40 мм;
известь, соответствующая требованиям ВТТ 139-1-91 с содержанием 95,4 СаО, 4,5 СО₂, класс крупности 20-40 мм.

Плавки проводились по трем вариантам предлагаемой технологии. Шихту загружали в печь после выпуска из нее расплава предыдущей плавки при наборе таковой нагрузки. В начале плавки в печь задавали часть шихты, содержащей отходы производства ферромарганца, ферросилиций и известь, проплавляя ее на 70-80 (степень проплавления устанавливали по съему электроэнергии). Количество материалов, загруженных в первый период плавки, и расход электроэнергии по вариантам проводимых плавок представлены в таблице 1. Далее на поверхность расплава дополнительно вводили ферросилиций в количестве 2 5 от израсходованного на плавку и после окончания проплавления из печи выпускали расплав в футерованный ковш, после чего шлак сливали в шлаковни, а металл разливали в изложницы. После охлаждения металл извлекали, поплавочно взвешивали и взятые от него пробы анализировали на содержание Mn, Si и P. Результаты анализа проб представлены в таблице 2.

Для сравнения провели мазки по варианту 4. Все компоненты шихты по этому варианту смешивались полностью и загружались также в два периода (с пропорциональным распределением шихты в каждом из периодом, аналогично вариантам 1-3) с полным проплавлением шихты на каждом варианте, выпуском из печи шлака после окончания первого периода и всего расплава после окончания второго периода плавки без дополнительного ввода в расплав ферросилиция после проплавления шихты второго периода плавки. Металл этих плавок взвешивали и анализировали аналогично вариантам 1-3.

Пятый вариант соответствует способу-прототипу, где плавки проводились в рудовосстановительной печи на шихте, состоящей из марганцевого концентрата или руды, восстановителя кокса, кварцита и флюса доломита.

Показатели получения ферросплава, содержащего марганец и кремний, представлены в таблице 2, из которой следует, что использование предложенного способа позволит получать ферросплавы с содержанием фосфора, по сравнению с прототипом в 1,42 1,64 раза меньшим на единицу марганца и при этом используя марганцсодержащие отходы с содержанием фосфора на единицу марганца в 10 раз большим, чем по способу-прототипу.

Формула изобретения

Способ получения ферросплава, содержащего марганец и кремний, включающий загрузку и проплавление в электродуговой печи шихты, состоящей из марганецсодержащих материалов, восстановителя и флюса, выпуск расплава из печи и отделение металла от шлака, отличающийся тем, что в шихте в качестве восстановителя и флюса используют ферросилиций и известь, в качестве марганецсодержащего материала используют оксидные марганцевые материалы и отходы производства ферромарганца, в начале плавки в печь задают часть шихты, содержащей отходы производства ферромарганца, и проплавляют ее на 70-80% загружают остальную часть шихты и полностью проплавляют, затем на поверхность расплава дополнительно вводят ферросилиций в количестве 2-5% от израсходованного на плавку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2