СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОМАРГАНЦА СО СВЕРХНИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ФОСФОРА И УГЛЕРОДА В РЕЗУЛЬТАТЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФЕРРОМАРГАНЦЕВОГО ШЛАКА
METHOD FOR PRODUCING FERROMANGANESE WITH ULTRA-LOW CONTENT OF PHOSPHORUS AND CARBON AS RESULT OF USING FERROMANGANESE SLAG

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения ферромарганца со сверхнизким содержанием фосфора и углерода (ULPC FeMn) в результате использования FeMn шлака, в частности к способу получения ULPC FeMn, содержащего 0,1% вес. или менее С и 0,03% вес. или менее Р, в результате смешивания и перемешивания расплавленного Mn шлака, состоящего в основном из шлака производства FeMn с высоким содержанием С, и низкоуглеродистого силикомарганца (LCSiMn), со сверхнизким содержание Р и С, таким образом, что происходит реакция обескремнивания.
Уровень техники
ULPC FeMn традиционно получали, загружая содержащий Mn расплав, состоящий из руды с низким содержанием Р, используемой в качестве материала для минимизации содержания Р, и восстановителя, например Si или FeSi, и смешивания и перемешивания загруженного материала горизонтальным эксцентрическим движением, восстанавливая таким образом оксид Mn в содержащем Mn сплаве восстановителем и получая высококачественный и высокочистый FeMn. Однако руда с низким содержанием Р или безуглеродистый восстановитель (Si или FeSi) являются дорогостоящими, что приводит к нежелательному повышению стоимости производства ULPC FeMn. Для того чтобы обеспечить эффективность реакции в процессе, необходимо использовать высокочистый восстановитель, в котором содержание компонента Si в безуглеродистом восстановителе составляет 65~98% вес. В том случае если чистота компонента Si невысока, после реакции обескремнивания в результате смешивания и перемешивания с содержащим Mn расплавом уровень восстановления Mn является низким, таким образом уменьшая экономическую выгоду процесса. Кроме того, шлак, полученный в результате процесса, не рециркулируют, а выбрасывают, создавая нежелательные проблемы, связанные с отходами.
Раскрытие изобретения
Техническая задача, решаемая изобретением
Соответственно, в настоящем изобретении учтены вышеупомянутые проблемы известных способов, поэтому целью настоящего изобретения является разработка способа получения ULPC FeMn, согласно которому расплавленный Mn шлак ULPC, полученный плавлением обычно выбрасываемого шлака производства FeMn с высоким содержанием С, используют в качестве основного материала вместо традиционно используемой руды с низким содержанием Р, а дефосфорированный ULPC LCSiMn используют в качестве материала и восстановителя таким образом, что происходит реакция обескремнивания, тем самым обеспечивая возможность недорого массового производства ULPC FeMn.
Техническое решение
Для достижения указанной цели в настоящем изобретении предложен способ получения ULPC FeMn, включающий дефосфоризацию LCSiMn, служащего в качестве материала и восстановителя, и смешивание расплавленного Мn шлака и дефосфорированного SiMn таким образом, что происходит реакция обескремнивания, тем самым обеспечивая получение высококачественного и высокочистого FeMn, а конкретно включающий получение LCSiMn, имеющего низкое содержание Р; получение расплавленного Мn шлака, состоящего в основном из шлака производства FeMn с высоким содержанием С; первое смешивание и перемешивание расплавленного Мn шлака и LCSiMn, имеющего низкое содержание Р, при соотношении, равном 70-72:28-30, в ковше, получая в результате расплав металла и шлак, и второе смешивание и перемешивание металлического расплава, отделенного от шлака, полученного в результате первого смешивания и перемешивания, и расплавленного Мn шлака, идентичного шлаку, используемому для первого смешивания и перемешивания, получая в результате шлак и металлический расплав, состоящий из 91-93% вес. Мn, 0,60-0,85% вес. Si, 0,05-0,10% вес. С и 0,015-0,02% вес. Р. Как таковое второе смешивание и перемешивание может быть осуществлено еще один или два раза в зависимости от температуры расплава или условий перемешивания.
Согласно данному способу получение LCSiMn, имеющего низкое содержание Р, включает загрузку LCSiMn, состоящего из 55-60% вес. Мn, 25-30% вес. Si, 0,04% вес. или менее С и 0,08-0,1% вес. Р, в печь-ковш, подачу перемешивающего газа, такого как аргон или азот, при нагревании LCSiMn до 1400-1650°С, тем самым обеспечивая гомогенность LCSiMn, добавление к гомогенному LCSiMn негашеной извести и флюорита и их перемешивание в течение 10-30 минут, таким образом осуществляя дефосфоризацию и обеспечивая содержание Р, равное 0,03% вес. или менее.
Согласно данному способу получение расплавленного Мn шлака включает смешивание 8-10% вес. пыли Мn, содержащей 66% вес. Мn, 8-13% вес. негашеной извести, 31-54% вес. шлака производства FeMn с высоким содержанием С, содержащего 28% вес. Мn, и 30-53% вес. рециркулированного шлака производства FeMn с высоким содержанием С, содержащего 12-18% вес. Мn, в электрической печи. Согласно данному способу перемешивание при первом смешивании и перемешивании может быть осуществлено в течение 10-30 минут с использованием лопасти, изготовленной из алюминия, при этом из шлака, полученного в результате первого смешивания и перемешивания и второго смешивания и перемешивания, шлак, содержащий менее 10% Мn, выбрасывают, а шлак, содержащий 10% или более Мn, вновь загружают в электрическую печь для получения расплавленного Мn шлака или рециркулируют, таким образом восстанавливая Мn.
Далее следует подробное описание настоящего изобретения.
Согласно настоящему изобретению способ получения ULPC FeMn в основном включает дефосфоризацию для получения LCSiMn, имеющего низкое содержание Р, и обескремнивание расплавленного Мn шлака.
В качестве безуглеродистого восстановителя в настоящем изобретении используют LCSiMn, содержащий 0,06-0,08% вес. С и 0,1% вес. Р. Таким образом, для получения ULPC FeMn содержание Р в LCSiMn должно быть понижено еще больше.
3
2
Дефосфоризацию LCSiMn осуществляют, восстанавливая СаО с использованием Si из LCSiMn, получая в результате Са, который затем подвергают взаимодействию с содержащимся Р, получая таким образом СаР, нерастворимый в расплаве LCSiMn, тем самым устраняя Р. Основные реакции данного процесса представлены ниже реакциями 1 и 2.
2
Реакция 1: Si+2CaO=SiO+2Ca
3
2
Реакция 2: 3Са+2Р=СаР
2
2
Для осуществления вышеописанной реакции дефосфоризации содержание Si в LCSiMn должно составлять 27% вес. или более. Кроме того, СаО, представляющий собой флюс, используемый для реакции дефосфоризации, является оксидом с высокой температурой плавления, поэтому превращение только его в расплавленный шлак представляется затруднительным, а достижение высокой эффективности дефосфоризации - невозможным. Соответственно, в качестве флюса, используемого наряду с СаО, может быть добавлено определенное количество CaF. А именно, когда соотношение флюса составляет CaO/CaF=1,5-4, активность СаО может поддерживаться на высоком уровне, таким образом обеспечивая эффективное осуществление процесса дефосфоризации. Кроме того, для дальнейшего повышения эффективности реакции процесса дефосфоризации смешивание LCSiMn и флюса должно быть усилено. На данном этапе может быть осуществлено перемешивание с использованием инертного газа или механическое перемешивание, обеспечивающее повышение перемешивания.
Согласно настоящему изобретению LCSiMn нагревают в печи-ковше, перегружают в ковш, добавляют к нему флюс, такой как негашеная известь и флюорит, а затем усиленно перемешивают при помощи лопасти, таким образом регулируя содержание Р в SiMn. Благодаря таким действиям регулируют состав шлака и осуществляют дефосфоризацию, обеспечивая содержание Р, равное 0,03% вес. или менее.
2
Негашеная известь содержит эффективное количество Са для регулирования содержания Р и поэтому влияет на регулирование содержания Р в SiMn, а флюорит (CaF) обеспечивает жидкотекучесть шлака (обеспечивает реакционноспособную границу между металлическим расплавом SiMn и шлаком), таким образом создавая условия для облегчения дефосфоризации. Кроме того, для эффективного осуществления дефосфоризации может быть добавлено двойное количество флюса в зависимости от степени дефосфоризации. В частности, в том случае, когда жидкотекучесть затруднена из-за низкой температуры дефосфоризации, может быть отрегулировано отношение негашеной извести к флюориту, обеспечивая таким образом жидкотекучесть шлака и тем самым повышая эффективность дефосфоризации.
Более того, процесс дефосфоризации LCSiMn может быть предпочтительно осуществлен при повышении температуры и основности, которые являются его основными параметрами; эффективность дефосфоризации может быть также повышена пропорционально повышению содержанию Si в LCSiMn.
Получение расплавленного Мn шлака, пригодного для процесса обескремнивания, включает смешивание в электрической печи пыли Мп, содержащей 62-68% вес. Мn, 8-13% вес. негашеной извести, содержащей 93% вес. СаО, шлака производства FeMn с высоким содержанием С, содержащего 26% вес. Мn, и рециркулированного шлака производства FeMn с высоким содержанием С, содержащего 12-18% вес. Мn, для получения расплавленного Мn шлака, содержащего 28% вес. Мn.
2
Причина, по которой используют пыль Мn, содержащую 62-68% вес. Мn, заключается в том, что пыль Мn, действующая в качестве материала, повышающего содержание Мn в шлаке, и причина использования негашеной извести заключается в регулировании основности (CaO/SiOa), в результате чего активность Мn в шлаке повышается, таким образом облегчая восстановление Мn. Однако точка плавления используемого СаО высока, из-за чего он не может быть окончательно расплавлен в шлаке. Поэтому СаО загружают до порогового уровня (приблизительно СаО/SiO). Причина, по которой шлак производства FeMn с высоким содержанием С используют в качестве основного материала, заключается в том, что поскольку содержание Р, которое должно регулироваться согласно настоящему изобретению, поддерживается на низком уровне в вышеописанном шлаке, и поэтому готовый продукт, получаемый в результате обескремнивания, имеет низкое содержание Р. Обычно, поскольку Р проявляет сильную тенденцию мигрировать в металл и слабую тенденцию мигрировать в шлак, SiMn, в котором содержание Р сведено к минимуму, и полученный шлак (имеющий низкое содержание Р) смешивают и перемешивают, осуществляя реакцию обескремнивания. Поэтому ULPC FeMn может быть легко получен.
Приготовленный для получения ULPC FeMn расплавленный Мn шлак и дефосфорированный LCSiMn, имеющий низкое содержание Р, смешивают вместе, таким образом осуществляя реакцию обескремнивания. Как таковая реакция обескремнивания представляет собой процесс восстановления Мn в шлаке, используя компонент Si из SiMn в качестве восстановителя. Обычно в начале такой реакции выделяется тепло, поэтому реакция восстановления происходит непрерывно, вызывая необходимость поправки на понижение температуры.
Согласно настоящему изобретению расплавленный Mn шлак и LCSiMn, имеющий низкое содержание Р, смешивают при соотношении, равном 70-72:28-30, в ковше. В том случае, если данное соотношение выходит за рамки вышеуказанного диапазона, эффективность расплавленного Мn шлака и LCSiMn, имеющего низкое содержание Р, ухудшается, нежелательным образом снижая экономические преимущества продукта. Таким образом, осуществление процесса в рамках вышеуказанного диапазона является оптимальным.
Согласно настоящему изобретению LCSiMn, имеющий низкое содержание Р, и расплавленный Мn шлак, получаемые по отдельности, загружают в реактор, после чего в результате реакции обескремнивания происходит нужная реакция, представленная ниже реакцией 3.
2
Реакция 3: MnO+Si=SiO+2Mn
В данном случае реакция обескремнивания является экзотермической, поэтому выделяемую теплоту используют для минимизации снижения температуры таким образом, чтобы реакция восстановления происходила непрерывно.
При одновременном смешивании всего количества расплавленного Мn шлака и восстановителя, необходимого для реакции и при осуществлении реакции, ее эффективность является низкой, что затрудняет получение экономической выгоды. Теоретически, в том случае если вышеописанную реакцию осуществляют, используя рассчитанную подачу потока, может быть достигнута высокая эффективность реакции. Однако в действительности применение данного способа с использованием теоретической системы является затруднительным. В качестве альтернативы, при осуществлении реакции в несколько стадий такой процесс действительно возможен, и его эффективность может приблизиться к эффективности процесса с использованием рассчитанной подачи потока. Для обеспечения удовлетворительной эффективности реакции первоначально полученный расплавленный Mn шлак должен быть подвергнут взаимодействию с LCSiMn, полученному в результате процесса дефосфоризации. Как таковая, реакция дефосфоризации происходит согласно реакции 3. После регулирования количества расплавленного Mn шлак и дефосфорированного LCSiMn и их взаимодействия количество Mn в полученном шлаке минимизируют как можно больше, поэтому содержание Si в полученном FeMn ниже содержания Si в исходном LCSiMn. Затем Si, содержащийся в металлическом расплаве FeMn, полученном на предыдущей стадии, используют в качестве безуглеродистого восстановителя и смешивают с полученным расплавленным Mn шлаком, после чего осуществляют реакцию обескремнивания согласно реакции 3, осуществляя такой же процесс, как и на предыдущей стадии. В данном случае содержание Si в полученном FeMn намного ниже содержания Si в FeMn, полученном на предыдущей стадии. После достаточной продолжительности таких ступенчатых реакций содержание Si в окончательно полученном FeMn снижается до 1% вес. или менее. Количество восстановленного Mn рассчитывают таким образом, чтобы восстановить С и Р, содержащиеся в исходном материале, что приводит к получению желаемого ULPC FeMn. Обычно в том случае если вышеописанная реакция обескремнивания включает 3~4 стадии, содержание Si в FeMn снижается до 1% вес. или менее, а содержание С и Р соответственно составляют 0,1% вес. и 0,03% вес.
В качестве резервуара, используемого для реакции обескремнивания согласно настоящему изобретению, используют ковш, изготовленный из огнестойкого материала, такого как периклазоуглерод.
Далее, с целью максимизации реакции обескремнивания расплавленного Mn шлака и LCSiMn, имеющего низкое содержание Р, необходимо увеличить усилие перемешивания. Для этого осуществляют физическое перемешивание. Обычно перемешивание осуществляют посредством вдувания инертного газа в ковш или перемешивания в ковше, таким образом смешивая и перемешивая загруженные материалы. Для получения более сильного перемешивающего действия более эффективным является физическое перемешивание с использованием лопасти. Поэтому согласно настоящему изобретению для получения более сильного перемешивающего действия используют лопасть, изготовленную из алюминия, кроме того, определяют расположение погружения лопасти, обеспечивая таким образом более сильное перемешивающее действие. Если лопасть расположена за пределами центра ковша таким образом, что лопасть оказывается погруженной эксцентрично для осуществления эксцентрического действия, можно ожидать более эффективной реакции обескремнивания, сравнимой со случаем осуществления перемешивания с использованием лопасти, расположенной в центре ковша. Для более сильного смешивания, помимо физического перемешивания, в качестве газов для перемешивания могут быть также использованы азот или аргон и воздух, таким образом увеличивая интенсивность перемешивания.
Реакция обескремнивания, используемая в настоящем изобретении, включает двухступенчатое смешивание и перемешивание либо трех- или четырехступенчатое смешивание и перемешивание. При использовании трехступенчатого смешивания и перемешивания восстановление Mn составляет около 86%, что ниже уровня восстановления Mn при четырехступенчатом смешивании (92%) и перемешивании, но является предпочтительным, поскольку процесс упрощается и его продолжительность сокращается, таким образом решая проблемы, связанные с понижением температуры. Однако при уменьшении количества стадий смешивания и перемешивания возникают проблемы, связанные с увеличением размера ковша, поскольку большое количество шлака, используемого за один раз, ухудшает эффективность реакции. Таким образом, количество стадий предпочтительно устанавливают в зависимости от условий реакции.
Содержание Mn в шлаке, полученном после реакции обескремнивания, ниже такого же количества до реакции. В том случае если содержание Mn в шлаке составляет менее 10%, необходимость рециркуляции шлака отсутствует. И, наоборот, в том случае если содержание Mn составляет 10% или более, шлак может быть вновь загружен в шлаковую печь и таким образом рециркулирован.
Расплавленный Mn шлак, предназначенный для использования в процессе обескремнивания, состоит в основном из расплавленного Mn шлака со сверхнизким содержанием Р и С. При необходимости повышения содержания Mn может быть использована Mn пыль с высоким содержанием Mn, полученная с завода для рафинирования FeMn, а также может быть использован рециркулированный шлак, полученный в результате данного процесса.
2
Для повышения эффективности взаимодействия между шлаком и металлом добавляют СаО таким образом, чтобы основность (СаО/SiO) составляла около 1,0.
Получаемые результаты
Согласно настоящему изобретению расплавленный Mn шлак и ULPC SiMn смешивают и перемешивают таким образом, что происходит реакция обескремнивания, обеспечивающая легкое и эффективное получение высококачественного ULPC FeMn. К тому же шлак, который частично рециркулируют или выбрасывают при осуществлении традиционного способа получения SiMn, может быть рециркулирован, таким образом, обеспечивая экономические преимущества.
Предпочтительные варианты
Лучшему пониманию настоящего изобретения служат следующие примеры, предназначенные для иллюстрации, а не ограничения настоящего изобретения.
Пример 1
Для того чтобы определить условия дефосфоризации для получения LCSiMn, имеющего низкое содержание Р, из SiMn в электрической печи был проведен следующий эксперимент.
2
LCSiMn, содержащий 59% вес. Mn, 29% вес. Si и 0,06% вес. С, помещают в углеродный тигель, плавят при 1350°С и смешивают с флюсом при соотношении CaO/CaF=1,75. Как таковой флюс добавляют дважды в верхнюю часть расплава.
Результаты эксперимента представлены ниже в таблице 1.
<b>Таблица 1</b><b>Результаты дефосфоризации LCSiMn</b>
<b>Mn</b>
<b>Si</b>
<b>P</b>
<b>Fe</b>
<b>C</b>
Исходный LCSiMn
59,40
29,83
0,092
9,51
0,05
1-ое добавление флюса
59,20
29,52
0,049
9,85
0,11
2-ое добавление флюса
59,59
28,72
0,025
10,07
0,21
Содержание Р понизилось с 0,092% вес. до 0,025% вес.
Пример 2
6 тонн LCSiMn, имеющего низкое содержание Р и температуру плавления, равную 1400°С, загружают в ковш, после чего к ним добавляют 12,2 тонны расплавленного Mn шлака при температуре 1400°С, полученного в печи. Шлак и металл в ковше перемешивают в достаточной степени таким образом, чтобы произошла реакция обескремнивания. После окончания процесса перемешивания полученный шлак отделяют, а металл, оставшийся в ковше, используют в качестве безуглеродистого восстановителя на следующей стадии. Во время процесса шлак, образовавшийся на стадиях 1 и 2, содержит менее 10% вес. Mn, поэтому его выбрасывают. Шлак, образовавшийся на стадиях 3 и 4, содержит 12% вес. Mn и 16% вес. Mn соответственно, поэтому его загружают в шлаковую печь для рециркуляции.
Завершив стадию 4, получают 10 тонн ULPC FeMn, содержащего 92% вес. Mn, 0,85% вес. Si, 0,034% вес. С и 0,029% вес. или менее Р.
2
Для эффективного осуществления реакции обескремнивания, происходящей на стадиях 1-4, основность (СаО/SiO) расплавленного Mn шлака, загружаемого в ковш, поддерживают на уровне 1,0~1,1.
Количество материалов, используемых на соответствующих стадиях, и изменения в составе до и после реакции указаны ниже.
Таблица 2Изменения в составе на протяжении 4-ступенчатого добавления шлака -изменения в составе шлака
<b>Масса,</b><b>кг</b>
<b>% Mn</b>
<b>% Fe</b>
<b>% SiO</b><sub>2</sub>
<b>% СаО</b>
<b>% С</b>
<b>% Р</b>
До 1-ой реакции
12220
21,65
0,22
23,95
26,31
0,033
0,004
После 1-ой реакции
10609
4,81
0,05
38,71
30,30
0,038
0,003
До 2-ой реакции
8750
21,65
0,22
23,95
26,31
0,033
0,004
После 2-ой реакции
7743,65
7,23
0,07
36,58
29,73
0,038
0,004
До 3-ей реакции
12790
24,82
0,41
22,42
24,66
0,033
0,006
После 3-ей реакции
11458
12,4
0,2
33,53
27,52
0,038
0,003
До 4-ой реакции
15680
22,48
0,57
24,42
26,89
0,035
0,007
После 4-ой реакции
14806
16,14
0,41
30,16
28,48
0,038
0,002
Таблица 3Изменения в составе на протяжении 4-ступенчатого добавления шлака -изменения в составе металла
<b>Масса, кг</b>
<b>% Mn</b>
<b>% Fe</b>
<b>% Si</b>
<b>% С</b>
<b>% Р</b>
До 1-ой реакции
6000
58
10
29
0,060
0,025
После 1-ой реакции
7428,96
75,6
8,37
16
0,048
0,022
До 2-ой реакции
7428,96
75,6
8,37
16
0,048
0,022
После 2-ой реакции
8432,79
82,42
7,54
10,01
0,043
0,021
До 3-ей реакции
8432,79
82,42
7,54
10,01
0,043
0,021
После 3-ей реакции
9760
89,18
6,81
3,96
0,037
0,023
До 4-ой реакции
9760
89,18
6,81
3,98
0,037
0,023
После 4-ой реакции
10628
92,58
6,53
0,85
0,034
0,029
Пример 3
Используя такую же методику, как и в примере 1, определенное количество предназначенного для загрузки расплавленного шлака равномерно поддерживают на соответствующих стадиях, и процесс осуществляют только до стадии 3.
Шлак, образовавшийся на стадиях 1 и 2, содержит 10% вес. или менее Mn, поэтому его выбрасывают. Шлак, образовавшийся на стадии 3, содержит 18% вес. Mn, поэтому его загружают в шлаковую печь для рециркуляции.
Завершив стадию 3, получают около 10,7 тонн металла, содержащего 93% вес. или более Mn, 0,6% вес. Si, 0,034% вес. С и 0,028% вес. или менее Р.
Таблица 4Изменения в составе на протяжении 3-ступенчатого добавления шлака -изменения в составе шлака
<b>Масса, кг</b>
<b>% Mn</b>
<b>% Fe</b>
<b>% SiO</b><sub>2</sub>
<b>% СаО</b>
<b>% С</b>
<b>% Р</b>
До 1-ой реакции
13000
24,29
0,18
22,42
24,52
0,036
0,004
После 1-ой реакции
11074,60
5,39
0,04
39,05
28,78
0,043
0,003
До 2-ой реакции
13000
24,29
0,18
22,42
24,52
0,036
0,004
После 2-ой реакции
11509,76
10,23
0,07
34,80
27,69
0,041
0,003
До 3-ей реакции
13000
31,49
0,63
18,98
20,83
0,037
0,009
После 3-ей реакции
11511,70
18,61
0,37
30,89
23,52
0,042
0,001
Таблица 5Изменения в составе на протяжении 3-ступенчатого добавления шлака -изменения в составе металла
<b>Масса, кг</b>
<b>% Mn</b>
<b>% Fe</b>
<b>% Si</b>
<b>% С</b>
<b>% Р</b>
До 1-ой реакции
6000
58
10
29
0,060
0,025
После 1-ой реакции
7743,09
78,02
7,99
13,95
0,047
0,022
До 2-ой реакции
7743,09
78,02
7,99
13,95
0,047
0,022
После 2-ой реакции
9228,61
86,92
6,87
6,18
0,039
0,022
До 3-ей реакции
9228,61
86,92
6,87
6,18
0,039
0,022
После 3-ей реакции
10712,06
93,10
6,29
0,58
0,034
0,028