Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Производство углеродистого ферромарганца

Производство углеродистого ферромарганца раньше вели в доменных печах, однако по мере удешевления электроэнергии, роста стоимости и увеличения дефицита кокса, а также в связи с необходимостью вовлекать в производство бедные и низкокачественные марганцевые руды в последние годы ферромарганец стали выплавлять в электропечах.

Для производства углеродистого ферромарганца используют открытые и преимущественно закрытые электрические ферросплавные печи мощностью до 30 МВА с угольной футеровкой. Печи выполняют как круглыми, в том числе и с вращением ванны, так и прямоугольными.

Плавку ферромарганца ведут при напряжении 110—160 В (полезное фазное напряжение 50—60 В). Повышение напряжения приводит к ухудшению показателей процесса по следующим причинам:

  • В связи с высокой упругостью паров марганца потери от испарения при нормальных условиях производства достигают 8— 10%, а при неправильном электрическом режиме печи в случаях недостаточно глубокого погружения электродов в шихту потери могут возрасти до 20% и более.
  • Температура начала восстановления закиси марганца до карбида (1223° С) и температура начала шлакообразования (1250° С) практически совпадают между собой, что при неблагоприятных условиях, в частности при перегреве плавильной зоны, вызывает переход значительной части MnO в шлак. Восстановление же MnO из силиката, находящегося в жидком шлаке, требует значительно больших затрат энергии, чем при восстановлении ее в твердом состоянии.

Углеродистый ферромарганец производят двумя способами — флюсовым и бесфлюсовым. Второй из этих способов имеет ряд преимуществ, заключающихся в более высоком сквозном извлечении марганца из руды и более высокой производительности печей, в которых выплавляют сплав, более низком содержании фосфора в рафинированном ферромарганце, поскольку в используемой для его выплавки шихте применяют малофосфористый марганцевый шлак, образующийся при бесфлюсовом способе производства углеродистого ферромарганца. Однако из бедных руд углеродистый ферромарганец может быть получен только флюсовым способом, так как эти руды содержат много кремнезема.

При плавке ферромарганца в процессах восстановления наибольшую роль играет закись марганца MnO, так как высшие окислы марганца при высоких температурах диссоциируют: при 480° С перекись марганца MnO2 переходит в окись марганца по реакции:

  • 2MnO2 -> Mn2O3 + 1/2 O2;

При 950° С окись марганца Mn2O3 диссоциирует до закиси-окиси по реакции:

  • 3Mn2O3 -> 2Mn3O4 + 1/2O2,

и при 777 С закись-окись марганца практически полностью переходит в закись марганца по реакции:

  • Mn3O4 -> 3MnO + 1/2 O2;

Высшие окислы марганца практически полностью восстанавливаются окисью углерода при низких температурах. При взаимодействии MnO2 с СO уже при 70—105° С достаточно быстро образуется Mn3O4, окись марганца Mn2O3 начинает восстанавливаться СO около 200° С. Восстанавливается окисью углерода ,и закись-окись марганца Mn3O4, но восстановления MnO окисью углерода при температурах процесса практически не происходит. Прямое восстановление высших окислов марганца углеродом протекает очень успешно начиная с температур с 250—300° и завершается в области температур 600—800° С.

Восстановление закиси марганца осуществляется по реакциям:

  • 2MnO + 2С - 2Mn + 2СO;
  • G° = 575 270 — 339,77Т Дж/моль (137 400 — 81,157 кал/моль);

  • 2MnO + 8/3С = 2/3 Mn3С + 2СO,
  • G° = 510 814 — 340,82 Дж/моль (122 000 — 81,407 кал/моль),

Теоретические температуры начала восстановления по этим реакциям соответственно равны 1420 и 1227° С. Следовательно, при восстановлении закиси марганца углеродом наибольшее развитие приобретает реакция восстановления до карбида, что и определяет высокое содержание углерода в сплаве.

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

Восстановительные условия процесса и малая растворимость сернистого марганца (MnS) в сплаве способствуют удалению серы и ее 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 ферромарганца. В печи могут, например, протекать следующие реакции:

  • MnSiO3 + ЗC = MnSi + 3CO;
  • MnSiO3 + 4C = SiC + 3CO + Mn;
  • 4MnSiO3 + 5C = 4SiO2 + Mn4C + 4CO;
  • 4MnSiO3 + 4CаО + 5C = Mn4C + 4CaSiO3 + 4CO,

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

Таблица 1. Распределение элементов между продуктами плавки бесфлюсового углеродистого ферромарганца

Распределение элементов между продуктами плавки ферромарганца

Бесфлюсовый углеродистый ферромарганец производят 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 коксика фракции 8—25 мм и 15—20 кг железной стружки. Отношение P/Mn в руде должно быть менее 0,00375, а при плавке ферромарганца с пониженным содержанием фосфора — даже менее 0,00335.

Нормальный ход печи характеризуется наличием постоянного конуса шихты (высотой 300 мм) вокруг электродов, способствующим равномерному выделению по всей поверхности колошника газов, глубокой и устойчивой посадкой электродов в шихте (1200—1500 мм), сходом шихты без 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 электродах неустойчивой, повышаются потери марганца в шлаке (нормально в шлаке содержится 37—41 Mn), снижается производительность печи, повышается удельный, расход электроэнергии. Недостаток восстановителя может привести к разрушению угольной футеровки печи.

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

Шлак и сплав выпускают одновременно 5—6 раз в смену. Разливку ферромарганца проводят в изложницы или на разливочной машине конвейерного типа. Для полного отделения шлака от металла используют промежуточную изложницу с сифоном. Шлаки подвергают дроблению и используют в качестве сырья при производства силикомарганца. Колошниковый газ закрытых печей при производстве углеродистого ферромарганца содержит примерно 56% CO, 26% CO2 и 2% O2. Читать далее >>

Источник [4] → список литературы.




Вернуться в начало раздела: Производство ферросплавов
Вернуться на главную: Черная металлургия