Шлак

 

ОПИСАНИЕ 929У11

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Сееетс»ык

Сецыалиат»чесимв

Расвубл»» (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 03.11.80 (21) 2999359/22-02 с присоединением заявки М (28) Приоритет (5!)М. Кл.

Эвуааретаипай кеаитвт

CCCP аа авлам кзебретеикй в открытий

C 21 С 5/54

С. 22 С 33/00

Опубликовано 23.05.82. Бюллетень J4 19 (53) УД К 669.141.24 .4.046 (088.8) .Дата опубликования описания 23 05.82 (72) Авторы изобретения

О.В. Курнушко, В.М. Ермолов, В. И. Матюшенко, Б. Ф. Величко и В. Т. Зубанов

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский институт черной металлургии им. И. П. Бардина и Никопольский завод ферросплавов (71) Заявители (54) ШЛАК

Изобретение относится к черной металлур- гии, конкретнее к ферросплавному производству.

Известен ишак, содержащий окислы марганца, кремния, кальция, магния, алюминия, железа и фосфора при следующем соотношении, вес.%. МпО 52 — 58; $ 0 25 — 32; А1 03

3 — 5, СаО 3,5 — 6,0; Mg0 0,8 — 1,5; FeO 0,2—

0,3; РдО 0,02 — 0035, который используется при производстве низкофосфористых марганцевых ферросплавов (металлического марганца, ферромарганца„силикомарганца) (1l .

Недостатки известного шлака — высокий расход электроэнергии при выплавке шлака (950 — 1000 кВт.ч/т); получаемый лри производстве шлака марганцевый сплав содержит высокую концентрацию фосфора (> 1,0%), что ограничивает его применение; высокие потери марганца при выплавке шлака (до

17%) .

Наиболее близким ло составу и достигаемому эффекту является шлак (2l, содержащий двуокись кремния, окись кал. ьция, магния и алюминия, закись марганца и железа, содержащий компоненты в следующем соотношении, вес.%:

Закись марганца 15-25

Двуокись кремния 32-38

Окись кальция 33-45

Окись магния 1,5-2,5

Окись алюминия 2,0-8,5

Закись железа 0,05 — 0,25

Окись бария 0,2 — 2

Сумма окислов натрия и калия 0,5-3,5

Недостатки известного шлака — рассыпаемостй шлака, связанная с полиморфными превращениями силикатов с понижением

15 температуры, что требует введения дополнительной операции — грануляции шлака водой, использование дорогостоящих разжижителей шлака (окислы калия, натрия и бария).

Целью изобретения является создание шла20 ка, состав которого обеспечивает более полное извлечение ведущих элементов, комплексное использование минерального сырья и предотвращение рассыпаемости шлака.

Таблица 1

Содержание, вес.%

Отноше7 ние

Т. пл., OC

Опыт

FeO Mg0

MnS А1гОз

CaO+MnO

SiOe

1230

40 10 14 0,45 3,3 0,2 Остальное

0,6

45 20 20 2,0 5,5 0,8

095

1210

50 30 15 2,5 4,0 2,1

0,90 1200

45 15 25 1,5 8,0 3,5

0,95 1180

1,65 1280

3 92971

Цель достигается тем, что шлак, содержащий, двуокись кремния, окись кальция, магния и алюминия, закись марганца и железа, дополнительно содержит сульфид марганца при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Двуокись кремния 40 50

Окись кальция 10-30

Закись марганца 10-25

Окись магния 3 — 8

Закись железа о

Сульфид марганца 0,2 — 3,5

Окись алюминия Остальное

При этом, с целью предотвращения полиморфных превращений силикатов и стабили— зации шлака мольное отношение суммы окислов кальция и марганца к двуокиси кремния в шлаке берется равным 0,5-1,0.

Исследованием физико-химических свойств окисной системы MnO — Si 0 СаΠ— MnS уста. ° новлейо, что при содержании в шлаке сульфида марганца в пределах 0,2 — 3,5% значительно снижается вязкость шлака особенно при низких температурах.

В табл. 1 и 2 приведены химические составы исследованных шлаков, температура плавления и вязкость как функция температуры и состава.

Показано, что введение в шлак сульфида марганца понижает вязкость расплава при

1400 С в 1,5 — 2 раза, при этом температура начала. размягчения шлака сдвигается в сторозо ну более низких температур на 80 — 100 С.

Такое влияние присутствующего в шлаке сульфнда марганца обусловлено прохождением в шлаке процессов разукрепления кремнекислородных анионов, внедрением в решетку ио- з5 нов с меньшим размером, что снижает элект38 45 18 010 20

1 б ростатическую устойчивость структуры и привощп к IlOHBlleHHIO RHHOHOB T n SiO 4 . Повышение концентрации сульфида марганца выше 3,5% не существенно изменяет свойства шлака при 1400 С К вЂ” 1,5, вместо 1,6 при

MnS в расплаве 3,5%, т. пл. 1180 С (пример

4 и 6 табл. 2). При содержании Мп$ менее

0,2% физико-химические свойства шлака находятся на уровне известных составов. Существенным является и то, что введение сульфида марганца в состав шлака повышает активность закиси марганца за счет разрыхления марганцевосиликатных комплексов и тем самым обеспечивает ускорение восстановительных реакций.

Одним из важных технологических свойств шлака является его устойчивость против рассыпае мости.

В табл. 3 приведены результаты проведенных экспериментов по влиянию состава шлака на его свойства.

Стабилизация шлака достигается тем, что исключается процесс полиморфного превращения силикатов в связи с низким мольным отношением суммы окислов кальция и марганца к двуокиси кремния (0,5 — 1,0) и предотвращением процесса образования двойных силикатов марганпя и кальция.

Повышение концентрации окиси кальция в шлаке выше 30% приводит к росту температуры плавления, а следовательно, к дополнительному расходу электроэнергии. Снижение содержания ее ниже 10 o ухудшает условия восстановления марганца, снижает технико-экономические показатели процесса выплавки марганцевых сплавов.

Продолжение табл. 1

929711

Т.пл., С

Содержание, вес.% тношее

0+MnO

Опыт

"Г

FeO MgO

$30 СаО МпО

40 10 18 0,10 4,3 3,8

0,7

1180

40 12 17,5 0,%) 5,2 0,1

0,75 1270

1,70 1260

32 33 20 0,10 2,5

55 10 10 0,35 3,5 0,25 — "—

50 5 15 0,50 4,0 0,25

ОЗ6 1310

1290

0,40

50 30 30 0,50 4,5 . 0,25

1,20 1340

55 10 10 0,25 3,5 0,25 0,36 1310

Проведенные нолупромышленные эксперименты позволяют. уточнить соотношения компонентов в шлаке и сделать его оптимальным.

Таблица 2

Вязкость, П

Содержание

Мп$, %

Опыт при температуре, С

1300 1400 1500 1600

4,0

0,2

1,0

1,9

1,4

0,85

0,8

3,4

2,6

2,1

0,7

2,3 1,8

0,7

3,5

2,1

1,6

Высокая концентрация закиси марганца в шлаке является результатом нарушения технологии выплавки сплава, что не желательно.

Лабораторными экспериментами устанавливают, что оптимальное содержание МпО в шлаке соответствует пределам от 10 до 25%. При этом достигается высокое извлечение марганца (76-82%) в сплав и низкая кратность шлака (1 0-1,3) .

Изменяя содержание двуокиси кремния в н}аке эа счет введения в шихту кварп}Гта, можно получать различные соотношения основных окислов к кислым. установленное отношение, равное 0,5 — 1,0, соответствует концеИтрац}п4

$}Оэ 40 — 50%. Повышение $!Оэ в шлаке до

55% увеличивает т. пл. его до 1310 С (опыт 12) кратность шлака, а следовательно, снижает производительность электропечи.

Количество остальных компонентов шлака, таких как MgO, Fe0, А1эОэ определяется их содержанием в шихтовых материалах, оцсуда они нацело переходят в шлак. Их пределы берут на основании колебания концентраш}и этих компонентов в сырье.

9297ll

11ролочжеиие табл 2

Вязкость, П

Содержание

Мп$, %

Опыт при температуре, С

2,1

5,2

4,4

0,7

1,2

1,5

2,2

3,8

1,3

2,0

4,0

4,8

0,1

2,0

4,1

4,8

П р и м е ч а н и е. В ушаках опытов 2 и 5 измеряют активность (MnO), оз

МпО MnO в 1,3 раза.

Таблица 3

Содержание, вес.%

Опыт

Отношение

MnO+CaO

Качество!

СаО МпО

$ 0э

FeO

MgO

MnS

А1г Оз

SiO2

1 38 45 18 0,10 2,0 — Остальное 1,68 Рассыпался

15 0,15 2,5

2 32 33

1,26 То же

3 40 20 20 О, 8 3,6 2,1

1 0 Не рассыпался

4 50 0 25 1,3 4,0 0,2

То же

0,8

10 2,0 5,3 3,3

5 50 15

0,5

10 0,6 3,7 0,1

6 50 10

Шлак не рассыпался, но был короткий и не вышел из печи

0,4

SO3 + 4Mn ЗМпО + MnS

Стабилизация шлака достигается тем, что исключается процесс полиморфного превращения силикатов в связи с низким мольным отношением суммы окислов марганца и кальция к двуокиси кремния (0,5-1,0) н предотвращением процесса образования двойных силикатов марганца и кальция.

Необходимая концентрация сульфида марганца достигается частичной заменой в — — — — — т — — — — — — -" — — ——

1300 1400 1500 1600

50 шнхте кокса на сернистыи бурый или газовый уголь, а также введением в качестве металлодобавок чугунной стружки, отходов производства с повышенным содержанием серы. Взаимодействие восстановленного марганца с выделя-ющимися в результате пиролиза угля газами происходит по реакции. 929711

Пример 1. В электропечи мощностью

120 кВт выплавляют сплав марганца с кремнием с одновременным получением шлака предлагаемого состава. В качестве шихтовых материалов используют марганцевый агломерат, кварцит и углеродистый восстановитель — сернистый кокс. Изменяя количество вводимого кокса и поддерживая отношение суммы окислов кальция и марганца к двуокиси кремния в пределах 0,5 — 1, получают раэличнъ е составы шлаков и сплавы с высокими извлечениями марганца и кремния.

В табл. 4 приведены результаты трех опытных компаний плавок.

Таблица 4

Содержание "", вес.

f Извлечение

Отношение

MnO+ СаО

СаО MnO Fe МДО MnS A12 02 МпО

$!02

SjO2

S1O2

1 35

1,6

43 12,5 0,2 2,0 — 3,0 68,5 12,0

2 45

15 . 20,0 0,5 2,5 3,0 Осталь- 72,5 45,0 0,75

25 12 1,0 5,0 0,5 — "- 73,4 41,9

3 40

0,92

Шлак рассыпался через два часа после выпуска из печи.

Химический состав шлака взят средним по пяти плавкам. !

Как видно нз табл. 4 установление мольного Низкая температура плавления и высокая отношения суммы окислов марганца и кальция жидкотекучесть шлака обеспечивают полное к двуокиси кремния ниже 1 приводит к полу- усвоение марганца, кремнезема, окиси магния, чению стабилизированного шлака, пригодного кальция и алюминия, что позволяет полностью для дальнейшего использования в качестве исключить из состава шнхты пиролюэит и сокраметаллургического сырья Выплавка спла- тить расход кварцита. вов под шлаком, содержащим сульфнд марган- Пример 3. При производстве передельца, приводит к повышению извлечения марган- ного марганцевого шлака в качестве разжижаю35 ца и, особенно, кремния. ющей добавки используют кварцит. Однако

Пример 2. В шихту при производстве . введение его в состав шихти приводит к поницветного кварцевого стекла, состава, %: жению концентрации марганца в готовом шла$!02 70; Na20 16,0", СаО 2,5 А1202 70 ке, к удлинению процесса въшлавки в связи с вводят 5% шлака, содержащего,%; $ 02 48;

40 необходимостъю равномерного его распределеСа0 12,8; МпО 17,9; FeO 0,8; MgO 3,8; ния по шихте с целью быстрого образования

Мп$0,5; А1202 остальное, вместо пироксида. силикатов марганца. Замена кварцита шлаком

Изменение состава газовой фазы отражательной предлагаемого состава, в кптороае имеются печи позволяет получить марганец различной силикаты марганца, облегчает и ускоряет проокйсленности oz Mn2 до Мп4, тем самым г+ цессы шлакообразования, что очень важно придать стеклу цвет от зеленого до Малинового ввиду летучести восстановленного марганца, 45 и черного. Прн этом использование окислов повышается сквозное использование как марганца, кремния и других компонентов марганца, так и кремнезема. шлака составляет 100%, повышается качество В табл. 5 представлены результаты провестекла. дениътх экспериментов.

929711

Таблица 5

52,8 29,6

100

7,5

54,5

16 7,0

20 7,0.

Шихта проллавляется быстрее, газопроницаемость колошника повьппается

29,0

54,0

28,7

30 7,0

53,4

27,7

Опыт Количество

Мп в . сплаве, % .

Извлечение Себестоимость, марганца, сплава, % + коп/т

Количество шлака, вводимого в шихту, % от методики

Примечание

98,7 — 0,5

2,1

-О,!

98,3

4,5

6,8

97,8

-16,0

Содержание P — 0,1%

97,7 — 18,0

7,3

Содержание P — 0,12%

-0,0

79,5

6,5 Используют марганцевую руду Никопольского месторождения

Пример 4. Сплав системы железо-кремний-марганец выплавляют в электропечи с использованием шлака, содержащего, вес.%:

SiO> 40 — 50; СаО 15; МпО 20; FeO 2,0;

Замена марганцевой руды шлаком повышает сквозное использование марганца на 14 — 17%, снижает содержание фосфора на 20% и себестоимость сплава в среднем на 15 коп/т сплава.

Сэкономленная марганцевая руда может быть использована для BsBIJlsBKN марганцевых ферросплавов. Наличие в шлаке двуокиси кремния (до 50%) снижает расход кварцита в шихMgO 6; MnS 3,0; А1 0з — остальное. Состав шихты следующий, кг: кварцит 100; стружка

54,7; кокс 53,5; шлак 15, 25, 40, 45.

В табл. 6 приведены результаты плавок, Таблица 6 те, а присутствие марганца в его закисной форме уменьшает расход восстановителя.

Таким образом, предлагаемый шлак обладает следующими технологическими преимуществами.

Более низкая температура-плавления и вязкость расплавов, что обеспечивает снижение потерь металла с королькамй. Сквозное использование злементов (Mn и Si) повышается на 14 — 17%, 92971

13 а в случае его применения в производстве стекла до 100%. Высокая механическая прочность шлака, удобство транспортировки, простота переработки. Отсутствие полиморфных превращений при кристаллизации, вследствие низкого отношения MnO + СаО/SiO>. Шлак не содержит фосфора, что обеспечивает его широкое использование вместо марганцевой руды. Возможность применения утлеродистых восстановителей с новь шенным содержанием серы при про п иэводстве шлака.

1. Шлак, содержащий двуокись кремния,. окиси кальция, магния и алюминия, закиси марганца и железа, отличающийся тем, что, с целью более полного извлечения, ведущих элементов, комплексного использования минерального сырья и предотвращения рассыпаемости шлака, он дополнительно соСоставитель К. Сорокин

Техред З.фанта Корректор М. Демчик

Редактор H. Гунько

Заказ 3416/35 Тираж 587

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное и

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

Формула изобретения

1 l4 держит сульфнд марганца, à компоненты его взяты в следующем соотношении, вес.%:

Двуокись кремния 40 — 50

Окись кальция 10-30

Окись магния 3 — 8

Закись марганца 10-25

Закись железа 0,1 — 2,5

Сульфид марганца 0,2-3, 5

Окись алюминия Остальное

2. Шлак по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я reM, что, с целью предотвращения полиморфных превращений силикатов и стабилизации шлака, мольное отношение суммы окислов кальция и марганца и двуокиси кремния равно 0,5 — !,О.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Сталь", 1975, P 7, с. 610-613.

2. Авторское свидетельство СССР N 707973, кл. С 22 С 35/00, 1979.