Шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца
Владельцы патента RU 2347835:
Государственное Учреждение Институт металлургии Уральского отделения Российской Академии Наук (ГУ ИМЕТ УрО РАН) (RU)
Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке марганцевого сырья плавкой в рудовосстановительных печах. Шихта содержит марганцевое сырье, углеродистый восстановитель и флюс. В качестве марганцевого сырья используют смесь концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 и богатой марганцевой руды с отношением Р/Mn≤0,0021 при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродистый восстановитель 12-18, флюс 8-20, концентрат бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 5-40, богатая марганцевая руда с отношением Р/Mn≤0,0021 остальное. Изобретение позволяет привлекать в производство низкокачественные отечественные марганецсодержащие материалы и получать углеродистый ферромарганец с содержание фосфора менее 0,35% без использования малофосфористых марганцевых шлаков. 2 табл.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке марганцеворудного сырья плавкой в рудовосстановительных электропечах, и может быть использовано для переработки бедных фосфористых марганцевых руд с использованием высококачественного марганцевого минерального сырья.
В настоящее время российские предприятия, производящие высокоуглеродистый ферромарганец, работают в сложных условиях, связанных с отсутствием качественного отечественного марганцевого сырья. Большая часть марганцевых руд России имеет относительно невысокое содержание марганца (19-35% Mn) и отношение Р/Mn=0,0052-0,042, что делает невозможным получение сплавов с содержанием фосфора менее 0,35%. Сплавы с содержанием фосфора более 0,35% значительно дешевле на рынке и не пользуются спросом за рубежом.
Высококачественные марганцевые руды Габона, ЮАР, Индии, Австралии и некоторых других стран характеризуются высоким содержанием марганца (˜50%) и отношением Р/Mn≤0,0021. Они пригодны для производства востребованных на рынке низкофосфористых сплавов. В то же время эти материалы обладают достаточно высокой стоимостью и требуют дополнительных расходов на доставку, а отечественные бедные фосфористые руды являются более дешевым и доступным сырьем.
Известна шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца, состоящая из марганцевого сырья, известняка, металлодобавки, отходов производства и углеродистого восстановителя [Авторское свидетельство СССР №1296619, кл. С22С 33/04, 1987], недостатком которой является получение сплава с высоким содержанием фосфора (>0,55%). Ниже приведен типовой состав колоши, мас.%:
| Углеродистый восстановитель | 12-16 |
| Известняк | 0,1-10 |
| Металлодобавка | 2,0-4,0 |
| Отходы производства | 0,1-5,0 |
| Марганцевый агломерат с отношением | |
и  , равными 0,20-0,35 | остальное |
Известна шихта для выплавки углеродистого ферромарганца флюсовым способом с содержанием фосфора до 0,35% (Технологическая инструкция на выплавку высокоуглеродистого ферромарганца. ТИ 146-Ф-107-99. Никополь. 1999 г.), состоящая из агломерата, малофосфористого шлака (МФШ), кокса, известняка и железорудных окатышей. Ниже приведен типовой состав колоши, кг (мас.%):
| Агломерат АМНВ-1А | 750 (35,5) |
| МФШ | 860 (40,7) |
| Кокс | 260 (12,3) |
| Известняк | 180 (8,5) |
| Окатыши | 65 (3) |
К преимуществам данного состава шихты относится возможность использования фосфористого марганцевого сырья, в том числе частично переработанного в малофосфористый шлак.
Недостатком данной шихты является необходимость использования малофосфористого марганцевого шлака (МФШ) для обеспечения заданного содержания фосфора в сплаве, что требует дополнительной технологической стадии в условиях производства и может быть реализовано лишь на предприятиях, обладающих соответствующими свободными дополнительными мощностями. При этом снижается производительность, повышается удельный расход электроэнергии, снижается извлечение марганца и увеличивается стоимость сырья.
В качестве прототипа взята шихта [Патент № RU 2048581 С1, кл. С22С 33/04, 20.07.1992], позволяющая получать ферромарганец с пониженным содержанием фосфора (<0,5), включающая, мас.%: углеродистый восстановитель 12-15; флюс 10-20; марганецсодержащие отходы 0,1-8,0; железосодержащий материал 1,0-5,0; и марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,0043, остальное. Ниже приведен состав типовой колоши, масс.%:
| Углеродистый восстановитель | 12-15 |
| Флюс | 10-20 |
| Марганецсодержащие отходы | 0,1-8,0 |
| Железосодержащий материал | 1,0-5,0 |
| Марганцевый агломерат с отношением | |
| фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,0043, | остальное |
К преимуществам шихты относится использование марганецсодержащих отходов.
Недостатком известной шихты является использование марганцевого агломерата с низким содержанием фосфора. Такого сырья в РФ очень мало и применение его в производстве ограничено.
Целью изобретения является вовлечение в производство низкокачественных марганецсодержащих материалов (концентратов, агломератов) и получение высокоуглеродистого ферромарганца с содержанием фосфора менее 0,35% без использования МФШ.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца в рудовосстановительных электропечах, содержащая углеродистый восстановитель, флюс и марганецсодержащее сырье, согласно изобретению в качестве марганецсодержащего сырья содержит смесь богатой марганцевой руды с отношением Р/Mn≤0,0021 и концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углеродистый восстановитель | 12-18 |
| Флюс | 8-20 |
| Концентрат бедной фосфористой | |
| марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 | 5-40 |
| Богатая марганцевая руда | |
| с отношением Р/Mn≤0,0021 | остальное |
Выбор граничных значений предложенных компонентов шихты обусловлен требованиями к составу ферромарганца по ГОСТ 4755 - 91, а также различием в стоимости марганцевых материалов.
Проведенными исследованиями установлено, что при содержании в шихте более 40 мас.% концентрата бедной фосфористой отечественной марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 содержание фосфора в сплаве превышает 0,35%. С уменьшением доли концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 менее 5 мас.% возрастает стоимость продукции и снижается степень использования отечественного сырья. Соотношение этих шихтовых материалов определяется минимальным количеством присадки богатой марганцевой руды, обеспечивающей содержание в сплаве фосфора менее 0,35%.
Содержание углеродистого восстановителя в шихте в количестве 12-18 мас.% определено из его стехиометрически необходимого количества на восстановление компонентов шихты с учетом отклонений для регулирования технологического процесса. Недостаток восстановителя (менее 12 мас.%) приводит к снижению степени извлечения марганца, что влечет за собой различного рода нарушения технологического процесса, связанные со шлаковым, электрическим режимами и ухудшением технико-экономических показателей. При избытке восстановителя (более 18 мас.%) происходит неоправданный перерасход восстановителя, увеличивается отношение проводящей и непроводящей частей шихты и, как следствие, нарушается нормальный ход плавки, уменьшается глубина посадки электродов в шихте из-за повышенной электропроводности. Пределы содержания восстановителя 12-18% связаны с соотношением богатой марганцевой руды и концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn 0,0052-0,042.
Пределы содержания флюса обусловлены особенностями карботермического процесса получения ферромарганца. Из опыта работы металлургических предприятий, а также многочисленных исследований было установлено, что оптимальная основность шихты для получения высокоуглеродистого ферромарганца флюсовым способом находится в пределах 1,1-1,3. При недостатке флюса (<8%) снижается степень извлечения марганца. При избытке флюса (>20%) ухудшаются технологические свойства шлака, повышается его кратность и возрастает удельный расход электроэнергии.
Изобретение иллюстрируется опытными плавками, проведенными в высокотемпературной установке типа Таммана при температуре 1600°С.
В качестве шихтовых материалов использовались: концентрат тыньинской фосфористой марганцевой руды (Северный Урал), австралийская марганцевая руда, коксик НТМК (86,1% С), известняк Самского месторождения. Химический состав материалов приведен в табл.1.
В табл.2 приведены составы шихт и результаты опытных плавок. Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый состав шихты обеспечивает получение ферромарганца с содержанием фосфора до 0,35% при содержании марганца в сплаве 81-84% (вблизи верхнего предела по ГОСТ 4755-91).
Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения относительно дешевого концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042.
| Таблица 1 Химический состав шихтовых материалов | ||||||||
| Материал | Содержание элементов, мас.% | P/Mn | ||||||
| Mn | Fe | SiO2 | Al2О3 | CaO | MgO | P | ||
| Австралийская руда | 47,1 | 5,8 | 5,6 | 0,46 | 0,9 | 0,4 | 0,10 | 0,0021 |
| Концентрат Тыньинской руды | 38,6 | 6,9 | 24,6 | 3,20 | 6,0 | 1,6 | 0,24 | 0,0093 |
| Известняк | - | - | - | - | 55 | 0,4 | - | - |
| Таблица 2 Состав шихт и результаты опытных лабораторных плавок | |||||||
| № п/п | Материалы, мас.% | Содержание в сплаве, мас.% | Примечание | ||||
| Австралийская марганцевая руда | Концентрат Тыньинской руды | Коксик | Известняк (55%СаО) | ||||
| Mn | P | ||||||
| 1 | 75,53 | - | 17,27 | 7,19 | 84,5 | 0,178 | За пределами формулы |
| 2 | 68,42 | 5,95 | 16,82 | 8,79 | 84,1 | 0,199 | |
| 3 | 58,16 | 14,54 | 16,18 | 11,10 | 83,4 | 0,233 | |
| 4 | 49,95 | 21,40 | 15,67 | 12,95 | 82,9 | 0,262 | |
| 5 | 38,19 | 31,24 | 14,95 | 15,60 | 82,1 | 0,306 | |
| 6 | 34,41 | 34,41 | 14,72 | 16,45 | 81,8 | 0,321 | |
| 7 | 30,69 | 37,51 | 14,49 | 17,29 | 81,5 | 0,337 | |
| 8 | 27,04 | 40,57 | 14,26 | 18,11 | 81,2 | 0,352 | За пределами формулы |
| 9 | - | 63,21 | 12,58 | 24,20 | 78,7 | 0,485 | За пределами формулы |
Шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца в рудовосстановительных печах, содержащая марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего сырья используют смесь концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 и богатой марганцевой руды с отношением Р/Mn≤0,0021 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углеродистый восстановитель | 12-18 |
| флюс | 8-20 |
| концентрат бедной фосфористой | |
| марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 | 5-40 |
| богатая марганцевая руда | |
| с отношением Р/Mn≤0,0021 | остальное |
