Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 161

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Содержащийся в руде фосфор почти полностью восстанавливается углеродом, марганцем или карбидами марганца.

Восстановительные условия процесса п малая растворимость сернистого марганца (MnS) в сплаве способствуют удалению серы

иее содержание в ферромарганце обычно не превышает 0,04%. Восстановление кремния затруднено, во-первых, тем, что весь

кремнезем шлака связан в силикат марганца, и, во-вторых, низкими температурами в горне печи при выплавке углеродистого ферро­ марганца. В печп могут, например, протекать следующие реакции:

MnSiOg + ЗС = MnSi + ЗСО;

MnS Ю3 + 4С = SiC -I- ЗСО + Мп;

4MnSi03 ■}-- 5С — 4SiOa ~г Л\п4С -f- 4СО;

4AlnSi03 + 4CaO 4- 5C = Mn4C + 4CaSi03 + 4CO,

для которых температура начала взаимодействия соответственно составляет 1295, 1430, 1395 и 724° С. Следовательно, введение в си­ стему извести облегчает восстановление марганца, одновременно связывая кремнезем и затормаживая его восстановление.

Бесфлюсовый углеродистый ферромарганец плавят непрерывным процессом, загружая шихту по мере ее проплавления. Колоша шихты состоит из 300 кг марганцевой руды (наличие мелочи ниже 5 мм нежелательно), 60—70 кг кокспка фракции 8—25 мм и 15—20 кг

железной

стружки. Отношение Р/А\п

в руде

должно

быть

менее

 

 

 

 

0,00375,

а при плавке ферромарганца

 

 

Таблица 27

с пониженным

содержанием

фосфо­

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ

ра — даже менее 0,00335.

 

 

МЕЖДУ ПРОДУКТАМИ ПЛАВКИ

При расчете шихты распределение

БЕСФЛЮСОВОГО УГЛЕРОДИСТОГО

элементов принимают по данным,

 

ФЕРРОМАРГАНЦА

 

приведенным в табл. 27.

 

 

Эле-

I

Распределение,

%

Нормальный ход печи характери­

| _______________________

зуется наличием постоянного

конуса

менты

в сплав о шлак

п улет

шихты (высотой 300 мм) вокруг элек­

 

 

 

 

тродов, способствующим равномер­

 

 

 

 

ному выделению по всей поверхности

Мп

62

28

10

колошника газов,

глубокой и устой­

Fe

95

5

____

чивой посадкой электродов в шихте

Sn

10

90

р

70

5

25

(1200— 1500 мм), сходом

шихты без

S

50

50

обвалов.

Температура

плавления

 

 

 

 

сплава

составляет

примерно

1260,

 

 

 

 

шлака 1300— 1400° С.

 

 

При работе печи с недостатком восстановителя сплав получается с низким содержанием кремния и высоким содержанием фосфора, посадка электродов бывает излишне глубокой, нагрузка же на элек­ тродах неустойчивой, повышаются потери марганца в шлаке (нор­ мально в шлаке содержится 37—41 Мп), снижается производитель­ ность печи,, повышается удельный расход электроэнергии. Недо­

статок восстановителя может привести к разрушению угольной фу­ теровки печи.

482



При работе печи с избытком восстановителя увеличиваются теп­ ловые потери, так как посадка электродов становится мелкой, повышается улет марганца и содержание кремния в сплаве. Для исправления хода печи необходимо проверить правильность дози­ рования шихтовых материалов (руды и коксика) и размер кусков восстановителя и, если необходимо, скорректировать навеску кок­ сика или дать добавки коксика или руды.

Шлак и сплав выпускают одновременно 5—6 раз в смену. Раз­ ливку сплава проводят в изложницы или на разливочной машине конвейерного типа. Для полного отделения шлака от металла ис­ пользуют промежуточную изложницу с сифоном. Шлаки подвергают дроблению и используют в качестве сырья при производстве силикомарганца. Колошниковый газ закрытых печей при производстве углеродистого ферромарганца содержит примерно 56% СО, 26% С 02

и 2% 02.

Технико-экономические показатели производства углеродистого ферромарганца и бесфосфористого высокомарганцевого шлака при­ ведены в табл. 28.

 

 

 

 

Таблица 28

 

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

ПОКАЗАТЕЛИ

Мп)

ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОМАРГАНЦА (76%

И

БЕСФОСФОРИСТОГО ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОГО (48% Мп) ШЛАКА

 

 

Углеродистый ферромарганец

Бесфосфористы й

 

 

 

 

 

Показатели

бесфлюсовый

флюсовый

марганцевый

 

 

способ

способ

шлак

Расход материалов, кг:

 

 

 

руды

марганцевой сухой

2550

2440

1060

(48%

М п ) .............................

шлака силикомарганца

90

стружки железной . . . .

115

150

коксика сухого .................

465

430

80

каменного угля .................

300

кварцита . . . . . . . .

120

известняка..............................

650

электродной массы . . .

28

электродов графитованных

24

7,0

Расход

электроэнергии,

11,11 (3090)

13,5 (3720)

4,25 (1180)

ГДж (кВт-ч) ..............................

Извлечение Мп, %

62

80

 

1 Показатели даны на 1 базовую

тонну углеродистого ферромарганца и бесфосфори­

стого высокомарганцевого шлака.

 

 

 

Низкофосфористый углеродистый ферромарганец производят двухстадийным непрерывным процессом из богатого низкофэсфористого шлака. Применение в качестве флюса доломита позволяет по­ лучить сплав с содержанием <0,03 — 0,04% Р и 0,4 — 0,8%Si.

В последние годы разработан ряд технологических процессов производства углеродистого ферромарганца из низкосортных руд и

31*

483


концентратов, основанных на селективном восстановлении железа и фосфора из них и последующем получении товарных сплавов мар­ ганца из безжелезистого низкофосфористого шлака. Фосфористый чугун перерабатывают продувкой в основном конвертере на сталь. Использование дешевой бедной руды и получение в качестве побоч­ ного продукта стальных слитков обеспечивают высокую экономич­ ность процесса.

Бесфосфорпстый высокомарганцовистый шлак, предназначенный для выплавки нпзкофосфористых сплавов марганца и металлического марганца, выплавляют периодическим процессом в наклоняющихся печах с магнезитовой футеровкой мощностью 3 MBA.

Шихту рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить в ходе плавки полное восстановление содержащихся в руде железа и фос­ фора и незначительной части марганца. Обычный состав колоши на одну плавку характеризуется следующими цифрами: 12,5 т марган­ цевой руды (48% Мп), сухой (фракция 0—80 мм), 0,9— 1,1 т коксо­ вой мелочи, 1,1— 1,3 т кварцитовой мелочи, 0,8— 1,0 т отвальных шлаков (фракция 80 мм) силикомарганца (20% Мп и 50% S i0 2) и 0,4 т отходов от чистки сплава. В шихту целесообразно присажи­ вать некоторое количество окислов железа, поскольку это позво­ ляет увеличить извлечения марганца в шлак из руды.

Мощность печи увеличивают постепенно со ступени напряжения 160— 170 В и через 40—60 мин печь переводят на рабочее напряже­ ние 130— 140 В. Рабочая сила тока должна составлять около 18 кА. При загрузке шихты к стенам печи заваливают в основном коксик, а затем загружают остальные компоненты шихты. По мере пропла­ вления шихты в центре печи ее подгребают от бортов печи к электро­ дам. Готовность плавки определяется полным проплавлением шихты, достаточной жидкоподвижностью шлака, обеспечивающей осажде­ ние капель фосфористого сплава, и расходом электроэнергии на 1 т загруженной руды, равным 4,5 ГДж (1250 кВт-ч).

Шлак характеризуется следующим составом, %: 62,0 — 66,0 МпО; 25—27 S i0 2; 0,2—0,6 FeO; 3,5—5,0 CaO; 2,0—4,0 А120 3; 1,0— —2,0 MgO и 0,010—0,017 Р. Его выпускают 2—3 раза в смену и один раз в двое суток выпускают образующийся попутно железомарган­ цевый сплав («попутный металл»), содержащий 54—64% Мп; 28— 37% Fe; 3,0—6,0% С; 0,5—0,7% Si и 2,5—4,0% Р. Этот сплав при­ меняют при выплавке автоматной стали. Количество его невелико и составляет 50—70 кг на 1 т шлака.

Полезное использование марганца равно 94%,

ПРОИЗВОДСТВО СИЛИКОМАРГАНЦА

Силикомарганец широко используют как полупродукт при про­ изводстве рафинированного ферромарганца и металлического мар­ ганца (СМн20 и СМн26), а также как комплексный раскислитель и легирующая добавка при выплавке стали различных низколегиро­ ванных марок (СМнЮ, СМн14 и СМн17).

В СССР силикомарганец получают одновременным восстановле­ нием кремния и марганца из шихты, состоящей из марганцевой руды,

484


бесфосфористого марганцевого шлака (при выплавке богатого силикомарганца), кварцита и коксика. За рубежом (а рацее и в СССР) в качестве источника марганца в ряде случаев применяют передель­ ный углеродистый ферромарганец, однако такой процесс менее эко­ номичен.

Восстановление марганца углеродом при производстве силикомарганца протекает ступенчато, аналогично тому, как это проис­ ходит при выплавке углеродистого ферромарганца. Параллельно протекает восстановление кремнезема по рассмотренной ранее сум­

марной реакции S i0 2 + 2С = Si +

2СО.

В печи имеется более сложная

система MnO —S i02, и процесс

идет с образованием силикатов марганца. Протекание реакции

MnSi03 + ЗС = MnSi + ЗСО;

AG° = 382 1660 — 2435,67 Т Дж/моль Т кал/моль

возможно при температуре выше 1295° С. Для суммарной реакции

MnSiOg + 4С = SiO + ЗСО + Мп;

AG° = 3680 480 + 2159,93 Дж/моль (879 068 + + 515,75 Т кал/моль).

Ее протекание возможно при температуре выше 1430° С В этих условиях более вероятно, что карбиды марганца обра­

зуются в результате реакции

4MnSi03 + 5С = 4SiO, + М4С * -f 4СО,

температура начала которой равна 1395° С.

При температурах существования газообразного SiO, но ниже 1965° С, закись марганца восстанавливается по реакции

MnO + SiO = Мп + S i02,

AG° = 1 411 760 + 631,8 Т Дж/моль (337 193 +

-!- 150,9Г кал/моль).

Таким образом, совместное восстановление закиси марганца и кремнезема при достаточной концентрации углерода приводит к об­ разованию силицидов марганца, а не его карбидов.

Введение в систему СаО приводит к разрушению силикатов мар­ ганца по реакции

MnSi03 -|- СаО = CaSi03 + MnO;

AG° '= — 75 524 — 5,32Т Дж/моль (— 18 038 —

— 1,27 Г кал/моль).

* Здесь принято М щ С вместо М п2зС0 для упрощения коэффициентов.

824

485