Шихта для выплавки ферросиликомарганца
Владельцы патента RU 2449038:
Учреждение Российской академии наук Институт металлургии Уральского отделения РАН (ИМЕТ УрО РАН) (RU)
Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма "Черметтехнологии" (ООО ПКФ "Черметтехнологии") (RU)
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке марганцевого сырья для выплавки ферросиликомарганца в дуговых печах с содержанием фосфора менее 0,35%. Шихта содержит, мас.%: углеродистый восстановитель 3-10, флюс 7-20, ферросилиций 1-7, шлак производства марганцевых ферросплавов остальное. Изобретение позволяет повысить степень извлечения марганца в металл, снизить удельный расход электроэнергии и вовлечь в переработку марганецсодержащие техногенные отходы. 2 табл.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке марганцевого сырья плавкой в дуговых электропечах, и может быть использовано для выплавки ферросиликомарганца с пониженным содержанием фосфора.
В настоящее время российские предприятия, производящие марганецсодержащие ферросплавы, 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 высокое отношение P/Mn=0,0052-0,042, что делает невозможным получение сплавов с содержанием фосфора менее 0,35%.
Высококачественные марганцевые руды Габона, ЮАР, Индии, Австралии и некоторых других стран характеризуются высоким содержанием марганца (~50%) и отношением P/Mn≤0,0021. Они пригодны для производства востребованных на рынке низкофосфористых сплавов. В то же время импортные материалы обладают достаточно высокой стоимостью и требуют дополнительных расходов на доставку.
Известна шихта для выплавки ферросиликомарганца, состоящая из углеродистого восстановителя, флюса и марганцевого сырья [Справочник по электротермическим процессам / Б.И.Емлин, М.И.Гасик. М.: Металлургия, 1978, 288 с.], применяемая на Никопольском заводе ферросплавов. Ниже приведен типовой состав шихты, кг (мас.%):
| Углеродистый восстановитель (коксик) | 486 (15,7) |
| Флюс (доломит) | 171 (5,5) |
| Флюс (кварцит) | 470 (15,2) |
| Марганцеворудное сырье (агломерат и концентрат) | 1971 (63,6) |
Недостатком данной шихты является получение ферросиликомарганца с высоким содержанием фосфора (>0,35% P).
Известна шихта для выплавки ферросиликомарганца низкофосфористых групп с использованием дополнительного передела и получением на первой стадии малофосфористого шлака, количество которого в шихте второй стадии определяется требуемым содержанием фосфора в конечном металле. Шихта состоит из углеродистого восстановителя, флюса, марганецсодержащих отходов, железорудных окатышей, малофосфористого марганцевого шлака и низкофосфористого марганцеворудного сырья [Технология марганцевых ферросплавов. Ч.2. Низкоуглеродистые сплавы. Жучков В.И., Смирнов Л.А., Зайко В.П. Екатеринбург: УрО РАН, 2008, 442 с.]. Ниже приведен состав шихты для выплавки ферросиликомарганца с содержанием 0,15% фосфора, кг (мас.%):
| Углеродистый восстановитель (кокс) | 310 (12,6) |
| Флюс (известняк) | 60 (2,4) |
| Флюс (кварцит) | 250 (10,2) |
| Марганецсодержащие отходы и вторичное сырье | 200 (8,2) |
| Окатыши | 55 (2,2) |
| Малофосфористый марганцевый шлак | 900 (36,7) |
| Марганцеворудное сырье (низкофосфористая | |
| марганцевая руда (Австралия) | 680 (27,7) |
К преимуществам данного состава шихты относится возможность получения низкофосфористого ферросиликомарганца с содержанием 0,15% фосфора в металле.
Недостатком данной шихты является необходимость использования малофосфористого марганцевого шлака 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 выбрана шихта [Патент РФ №2047664, МПК6 C22C 33/04, опубл. 10.11.1995], позволяющая получать ферросиликомарганец с пониженным содержанием фосфора (<0,35% P), включающая: углеродистый восстановитель; флюс; отходы производства и марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,005, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углеродистый восстановитель | 12-18 |
| Флюс (кварцит) | 11-14 |
| Отходы производства | 0,1-5,0 |
| Марганцевый агломерат с отношением | |
| фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,005 | 63,0-75,9 |
К преимуществам данного состава шихты относится возможность получения низкофосфористого ферросиликомарганца и использование марганецсодержащих отходов.
Недостатком известной шихты является использование марганцевого агломерата с низким содержанием фосфора. Такого сырья в РФ очень мало, его стоимость высока и применение в производстве ограничено.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение ферросиликомарганца с низким содержанием фосфора (менее 0,35% P), повышение степени извлечения марганца в металл, снижение удельного расхода электроэнергии и вовлечение в переработку марганецсодержащих техногенных отходов.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая шихта для выплавки ферросиликомарганца в дуговых электропечах содержит марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс, согласно изобретению в качестве марганецсодержащего сырья шихта содержит шлак производства марганцевых ферросплавов и дополнительно ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углеродистый восстановитель | 3-10 |
| Флюс | 7-20 |
| Ферросилиций | 1-7 |
| Шлак производства марганцевых ферросплавов | остальное |
Предлагаемый состав и соотношение шихтовых материалов позволяет обеспечить благоприятные физико-химические условия в ванне электропечи, способствующие увеличению степени восстановления и перехода марганца из оксидного состояния в металлическую фазу и снижению удельного расхода электроэнергии.
Введение в шихту шлака производства марганцевых ферросплавов позволяет вовлечь в переработку техногенные отходы металлургического производства и получить ферросиликомарганец без использования малофосфористого шлака и высокосортных марганцевых руд.
Выбор граничных значений компонентов шихты определен экспериментально и обусловлен требованиями к составу ферросиликомарганца по ГОСТ 4756-91, а также различием в химическом составе исходных шихтовых материалов.
Содержание углеродистого восстановителя в шихте в количестве 3-10 мас.% определено из его стехиометрически необходимого количества на восстановление оксидов марганца шихты с учетом отклонений для регулирования технологического процесса. Недостаток восстановителя (менее 3 мас.%) приводит к снижению степени извлечения марганца, потери части марганца, находящегося в оксидном состоянии со шлаками, и перерасходу кремния ферросилиция на восстановление марганца, что влечет за собой различного рода нарушения технологического процесса. При избытке восстановителя более 10 мас.% происходит неоправданный перерасход восстановителя и потеря непрореагировавшей части восстановителя со шлаками во время разливки, что сопровождается ухудшением технико-экономических показателей.
Пределы содержания флюса обусловлены особенностями карботермического процесса получения ферросиликомарганца. Экспериментально установлено, что при выплавке ферросиликомарганца оптимальной является добавка флюса в количестве 7-20 мас.%. При снижении количества флюса менее 7 мас.% получаются так называемые «кислые» шлаки с повышенным содержанием SiO2, что приводит к осложнению протекания реакций восстановления марганца и снижению степени перехода марганца в металлическую фазу. При вводе флюса более 20 мас.% происходит неоправданный перерасход флюса, повышается кратность шлака и возрастает удельный расход электроэнергии.
Введение в шихту менее 1 мас.% ферросилиция приводит к выплавке ферросиликомарганца с низким содержанием кремния и не позволяет получить стандартный по кремнию ферросплав (согласно требованиям ГОСТ 4756-91), а при содержании ферросилиция более 7 мас.% получается сплав с избыточным содержанием кремния, происходит необоснованный перерасход ферросилиция, что влечет за собой увеличение себестоимости продукции.
Изобретение иллюстрируется опытными плавками, проведенными в печи Таммана.
В качестве шихтовых материалов использовались: шлак производства марганцевых ферросплавов (химический состав представлен в табл.1), коксик (углеродистый восстановитель) с содержанием 84 мас.% C, известь (флюс) с содержанием 90 мас.% CaO и ферросилиций с содержанием 65 мас.% Si.
В табл.2 приведены составы шихт и результаты опытных плавок. Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый состав шихты обеспечивает получение стандартного ферросиликомарганца с низким содержанием фосфора (менее 0,35 мас.%). Содержание всех компонентов в выплавленном ферросиликомарганце находится в пределах требований ГОСТ 4756-91.
Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения относительно дешевого марганцевого сырья и получения широко востребованного высококачественного ферросиликомарганца.
| Таблица 1 | ||||
| Химический состав шлака от производства марганцевых ферросплавов, мас.% | ||||
| Mnобщ | Siобщ | CaO | Al2O3 | MgO |
| 47,5 | 18,7 | 5,15 | 4,96 | 1,22 |
| Таблица 2 | |||||||||
| Состав шихт и результаты опытных лабораторных плавок | |||||||||
| № п/п | Материалы, мас.% | Содержание в сплаве, мас.% | Степень извлечения марганца в сплав, % | Примечание | |||||
| Шлак от производства марганцевых ферросплавов | Ферросилиций | Коксик | Известь | ||||||
| Mn | Si | P | |||||||
| 1 | 86,5 | 0,5 | 3 | 10 | 67,0 | 14,5 | 0,20 | 81,5 | За пределами формулы |
| 2 | 91,0 | 1,0 | 3 | 5 | 63,0 | 14,7 | 0,20 | 77,0 | За пределами формулы |
| 3 | 86,0 | 1,0 | 3 | 10 | 67,0 | 15,1 | 0,20 | 81,6 | |
| 4 | 78,0 | 7,0 | 5 | 10 | 66,2 | 19,8 | 0,20 | 82,0 | |
| 5 | 74,0 | 6,0 | 10 | 10 | 66,4 | 19,2 | 0,20 | 82,5 | |
| 6 | 70,0 | 6,0 | 5 | 19 | 66,2 | 18,7 | 0,19 | 82,1 | |
| 7 | 77,0 | 8,0 | 5 | 10 | 65,5 | 20,2 | 0,20 | 82,0 | За пределами формулы |
| 8 | 72,0 | 6,0 | 12 | 10 | 66,4 | 19,2 | 0,19 | 82,5 | За пределами формулы |
| 9 | 64,0 | 6,0 | 5 | 25 | 66,2 | 18,7 | 0,19 | 81,7 | За пределами формулы |
Шихта для выплавки ферросиликомарганца в дуговых электропечах, содержащая марганцевое сырье, углеродистый восстановитель и флюс, отличающаяся тем, что в качестве марганцевого сырья она содержит шлак производства марганцевых ферросплавов и дополнительно ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углеродистый восстановитель | 3-10 |
| Флюс | 7-20 |
| Ферросилиций | 1-7 |
| Шлак производства марганцевых ферросплавов | Остальное |
