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

Технология производства силикомарганца SiMn

Силикомарганец широко используют как полупродукт при производстве рафинированного ферромарганца и металлического марганца (СМн20 и СМн26), а также как комплексный раскислитель и легирующая добавка при выплавке стали различных низколегированных марок (СМн10, СМн14 и СМн17).

Производство силикомарганца ведется одновременным восстановлением кремния и марганца из шихты, состоящей из марганцевой руды, бесфосфористого марганцевого шлака (при выплавке богатого силикомарганца), кварцита и коксика. За рубежом в качестве источника марганца в ряде случаев применяют передельный углеродистый ферромарганец, однако такой процесс менее экономичен.

Восстановление марганца углеродом при производстве силикомарганца протекает ступенчато, аналогично тому, как это происходит при выплавке углеродистого ферромарганца. Параллельно протекает восстановление кремнезема по рассмотренной ранее сумарной реакции:

  • SiO2 + 2С = Si + 2СО.
В ферросплавной печи имеется более сложная система MnО—SiO2, и процесс идет с образованием силикатов марганца. Протекание реакции:
  • MnSiO3 + 3С = MnSi + 3СО;
  • G° = 382 1660 — 2435,67 Т Дж/моль Т кал/моль

возможно при температуре выше 1295° С. Для суммарной реакции:

  • MnSiO3 + 4С = SiO + 3СО + Mn;
  • G° = 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 образуются в результате реакции:

  • 4MnSiO3 + 5С = 4SiO2 + М4С + 4СО,

температура начала которой равна 1395° С.

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

  • MnО + SiO = Mn + SiO2,
  • G° = 1 411 760 + 631,8 Т Дж/моль (337 193 + + 150,9Т кал/моль).

Таким образом, совместное восстановление закиси марганца и Кремнезема при достаточной концентрации углерода приводит к образованию силицидов марганца, а не его карбидов. Введение в систему СаО приводит к разрушению силикатов марганца по реакции:

  • MnSiO3 + СаО = CaSiO3 + MnО;
  • G°= -75 524 - 5,32Г Дж/моль (-18 038 - 1,27 Т кал/моль).

Суммарная реакция образования карбида марганца имеет вид:

  • 4MnSiO3 + 4СаО + 5С = Mn4C + 4CaSiO3 + 4СО;
  • G° = 710 400 - 713,8 Дж/моль (169 676 - 170,5 Т кал/моль).
и ее протекание возможно уже при температуре выше 724° С. Как видно, введение в систему извести оказывает решающее влияние на условия восстановления марганца, одновременно связывая кремнезем и затормаживая его восстановление и, следовательно, оно является нежелательным при производстве силикомарганца.

Однако при производстве из бедных руд, содержащих много кремнезема, в шихту вводят известь во избежание получения сплава с чрезмерно высоким отношением Si/Mn и образования слишком вязкого шлака. Отношение СаО:SiO2 в конечном шлаке при плавке силикомарганца из таких руд составляет 0,52—0,58. Существенно облегчает восстановление марганца и кремния присутствие в шихте железа.

В системе MnО — SiO2 имеется легкоплавкая эвтектика (при 58% MnО), температура плавления которой равна 1240° С. Поэтому с учетом перегрева шлака на 100—150° С температура в печи, в которой выплавляют силикомарганец, не превышает 1400° С.

Производство силикомарганца ведется непрерывным процессом с закрытым колошником в открытых, полузакрытых и закрытых печах со станционарной и вращающейся ванной печи мощностью до МВА при рабочем напряжении 120—160 В и силе тока на электродах 40—50 кА.

Производство силикомарганца ведется непрерывным процессом с закрытым колошником в открытых, полузакрытых и закрытых печах со станционарной и вращающейся ванной печи мощностью до МВА при рабочем напряжении 120—160 В и силе тока на электродах 40—50 кА.

Примерный состав колоши при производстве силикомарганца марки СМн 17 определяется следующими цифрами: 300 кг марганцевой руды, 190 кг марганцевого агломерата, 130 кг кварцита, 25 кг доломита, 130 кг коксика и 5 кг железной стружки.

Шихту загружают в печь равномерно, у электродов поддерживают небольшие конуса высотой 250—300 мм. Расход электроэнергии составляет 3,24 ГДж (900 кВт-ч) на колошу шихты. Глубина посадки электродов в шихте должна составлять 1,2—1,5 мм для открытых и 1,7—1,8 м для закрытых печей.

Сход шихтовых материалов, загруженных в силикомарганцевую печь (открытую и закрытую), происходит в узких зонах (шириной 200—250 мм), окружающих электроды. Недопустима работа печи с высокой посадкой электродов или с короткими электродами (такая работа характеризуется наличием выбросов и обвалов шихты), что приводит к захолаживанию горна печи и снижению ее производительности.

Выпуск силикомаргаца производят 4—5 раз в смену. Для окончательного отделения шлака от силикомаргаца последний разливают через промежуточную изложницу с сифоном в чугунные ребристые изложницы или на разливочной машине. Шлак гранулируют и используют в строительстве. Кратность шлака равна 0,65—0,7; состав его примерно следующий, %: 14—19 Mn, 43,5—46,8 SiO2, 6,9—9,0 Аl2O3, 15,5—16,5 СаО и 4,0—5,0 MgO.

В ходе плавки необходимо обеспечивать полную токовую нагрузку. В случае ее падения дают дополнительное количество коксика или несколько приподнимают электроды. В случае неудовлетворительного выхода шлака под электроды дополнительно задают 300—400 кг доломита.

Распределение элементов в плавке характеризуется данными, приведенными в таблице.

распределение элементов между продуктами плавки силикомарганца СМн 17 и СМн 26
Таблица 1. распределение элементов между продуктами плавки силикомарганца СМн 17 и СМн 26

При производстве силикомарганца марки СМн 17 в закрытой печи температура под сводом не должна превышать 450° С, давление должно быть в пределах 1,0—5,0 Па (0,1—0,5 мм вод. ст.). При нормальной работе печи мощностью 60 МВА за 1 ч выделяется 1600— 2200 м3 газа, имеющего следующий состав: 70—85% СО, 12— 20% СO2, менее 1% O2 и менее 8% Н3.

Передельный силикомарганец марки СМн26, применяемый при производстве металлического марганца, должен содержать минимальное количество железа, углерода и фосфора, поэтому выплавку его ведут из бесфосфористого высокомарганцовистого шлака.

Вязкость образующихся при этом шлаков снижается добавкой в шихту плавикового шпата и известняка и перегревом шлака, обеспечиваемым соответствующим электрическим режимом.

Бесфосфористый шлак применяют в кусках размером 25—80 мм, кварцит в кусках 25—80 мм, коксик 5—20 мм, известняк 25—40 мм и плавиковый шпат — не более 50 мм. Шихту рассчитывают из условия распределения элементов между продуктами плавки.

Основность шлака при производстве силикомарганца принимается равной 0,55 и примерный расчетный состав шихты определяется следующими данными: 100 кг бесфосфористого шлака, 33 кг кварцита, 27 кг коксика, 9 кг известняка. Производство передельного силикомарганца ведут непрерывным процессом с закрытым колошником в печах мощностью 3,0—4,0 МВА при рабочем напряжении 130—140 В; шихту загружают по мере ее проплавления. Нормальный ход печи характеризуется устойчивой посадкой электродов при глубине погружения их в шихту, равной 500—700 мм, равномерным выпуском из печи сплава и шлака, содержащего не более 7% Mn. Избыток восстановителя или работа на крупном коксике приводят к высокой посадке электродов и захолаживанию пода печи; недостаток восстановителя ведет к кипению шлака под электродами.

Силикомарганец и шлак выпускают 5 раз в смену. Сплав выдерживают в ковше в течение 40—60 мин, что приводит к уменьшению содержания углерода в сплаве на 50—80% в результате всплывания частиц карбида кремния. После выдержки и скачивания шлака Силикомарганец гранулируют.

Отвальные шлаки содержат примерно 3,2—4,5Mn, 43—47% SiО2, 22—30% СаО, 12—16% Аl2О3, 6—10% MgO, 0,3—0,7% FeO и около 3,5% С. Кратность шлака равна 0,8.

Важнейшим показателем качества силикомарганца является содержание в нем углерода, которое определяется содержанием кремния и временем выдержки сплава в ковше.

Читать далее >>

Источник [4] → список литературы.



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