ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИКОМАРГАНЦА
CHARGE FOR SMELTING FERROSILICOMANGANESE

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке марганцевого сырья плавкой в дуговых электропечах, и может быть использовано для выплавки ферросиликомарганца с пониженным содержанием фосфора.
В настоящее время российские предприятия, производящие марганецсодержащие ферросплавы, работают в сложных условиях, связанных с отсутствием качественного отечественного марганцевого сырья. Большая часть марганцевых руд России имеет относительно невысокое содержание марганца (19-35% Mn) и высокое отношение P/Mn=0,0052-0,042, что делает невозможным получение сплавов с содержанием фосфора менее 0,35%.
Высококачественные марганцевые руды Габона, ЮАР, Индии, Австралии и некоторых других стран характеризуются высоким содержанием марганца (~50%) и отношением P/Mn≤0,0021. Они пригодны для производства востребованных на рынке низкофосфористых сплавов. В то же время импортные материалы обладают достаточно высокой стоимостью и требуют дополнительных расходов на доставку.
Известна шихта для выплавки ферросиликомарганца, состоящая из углеродистого восстановителя, флюса и марганцевого сырья [Справочник по электротермическим процессам / Б.И.Емлин, М.И.Гасик. М.: Металлургия, 1978, 288 с.], применяемая на Никопольском заводе ферросплавов. Ниже приведен типовой состав шихты, кг (мас.%):
Углеродистый восстановитель (коксик)
486 (15,7)
Флюс (доломит)
171 (5,5)
Флюс (кварцит)
470 (15,2)
Марганцеворудное сырье (агломерат и концентрат)
1971 (63,6)
Недостатком данной шихты является получение ферросиликомарганца с высоким содержанием фосфора (>0,35% P).
Известна шихта для выплавки ферросиликомарганца низкофосфористых групп с использованием дополнительного передела и получением на первой стадии малофосфористого шлака, количество которого в шихте второй стадии определяется требуемым содержанием фосфора в конечном металле. Шихта состоит из углеродистого восстановителя, флюса, марганецсодержащих отходов, железорудных окатышей, малофосфористого марганцевого шлака и низкофосфористого марганцеворудного сырья [Технология марганцевых ферросплавов. Ч.2. Низкоуглеродистые сплавы. Жучков В.И., Смирнов Л.А., Зайко В.П. Екатеринбург: УрО РАН, 2008, 442 с.]. Ниже приведен состав шихты для выплавки ферросиликомарганца с содержанием 0,15% фосфора, кг (мас.%):
Углеродистый восстановитель (кокс)
310 (12,6)
Флюс (известняк)
60 (2,4)
Флюс (кварцит)
250 (10,2)
Марганецсодержащие отходы и вторичное сырье
200 (8,2)
Окатыши
55 (2,2)
Малофосфористый марганцевый шлак
900 (36,7)
Марганцеворудное сырье (низкофосфористая
марганцевая руда (Австралия)
680 (27,7)
К преимуществам данного состава шихты относится возможность получения низкофосфористого ферросиликомарганца с содержанием 0,15% фосфора в металле.
Недостатком данной шихты является необходимость использования малофосфористого марганцевого шлака для обеспечения заданного содержания фосфора в сплаве, что требует дополнительной технологической стадии в условиях производства и может быть реализовано лишь на предприятиях, обладающих соответствующими свободными дополнительными мощностями. При этом снижается производительность, повышается удельный расход электроэнергии, снижается извлечение марганца и увеличивается стоимость сырья.
В качестве прототипа выбрана шихта [Патент РФ №2047664, МПК6 C22C 33/04, опубл. 10.11.1995], позволяющая получать ферросиликомарганец с пониженным содержанием фосфора (<0,35% P), включающая: углеродистый восстановитель; флюс; отходы производства и марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,005, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углеродистый восстановитель
12-18
Флюс (кварцит)
11-14
Отходы производства
0,1-5,0
Марганцевый агломерат с отношением
фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,005
63,0-75,9
К преимуществам данного состава шихты относится возможность получения низкофосфористого ферросиликомарганца и использование марганецсодержащих отходов.
Недостатком известной шихты является использование марганцевого агломерата с низким содержанием фосфора. Такого сырья в РФ очень мало, его стоимость высока и применение в производстве ограничено.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение ферросиликомарганца с низким содержанием фосфора (менее 0,35% P), повышение степени извлечения марганца в металл, снижение удельного расхода электроэнергии и вовлечение в переработку марганецсодержащих техногенных отходов.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая шихта для выплавки ферросиликомарганца в дуговых электропечах содержит марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс, согласно изобретению в качестве марганецсодержащего сырья шихта содержит шлак производства марганцевых ферросплавов и дополнительно ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углеродистый восстановитель
3-10
Флюс
7-20
Ферросилиций
1-7
Шлак производства марганцевых ферросплавов
остальное
Предлагаемый состав и соотношение шихтовых материалов позволяет обеспечить благоприятные физико-химические условия в ванне электропечи, способствующие увеличению степени восстановления и перехода марганца из оксидного состояния в металлическую фазу и снижению удельного расхода электроэнергии.
Введение в шихту шлака производства марганцевых ферросплавов позволяет вовлечь в переработку техногенные отходы металлургического производства и получить ферросиликомарганец без использования малофосфористого шлака и высокосортных марганцевых руд.
Выбор граничных значений компонентов шихты определен экспериментально и обусловлен требованиями к составу ферросиликомарганца по ГОСТ 4756-91, а также различием в химическом составе исходных шихтовых материалов.
Содержание углеродистого восстановителя в шихте в количестве 3-10 мас.% определено из его стехиометрически необходимого количества на восстановление оксидов марганца шихты с учетом отклонений для регулирования технологического процесса. Недостаток восстановителя (менее 3 мас.%) приводит к снижению степени извлечения марганца, потери части марганца, находящегося в оксидном состоянии со шлаками, и перерасходу кремния ферросилиция на восстановление марганца, что влечет за собой различного рода нарушения технологического процесса. При избытке восстановителя более 10 мас.% происходит неоправданный перерасход восстановителя и потеря непрореагировавшей части восстановителя со шлаками во время разливки, что сопровождается ухудшением технико-экономических показателей.
2
Пределы содержания флюса обусловлены особенностями карботермического процесса получения ферросиликомарганца. Экспериментально установлено, что при выплавке ферросиликомарганца оптимальной является добавка флюса в количестве 7-20 мас.%. При снижении количества флюса менее 7 мас.% получаются так называемые «кислые» шлаки с повышенным содержанием SiO, что приводит к осложнению протекания реакций восстановления марганца и снижению степени перехода марганца в металлическую фазу. При вводе флюса более 20 мас.% происходит неоправданный перерасход флюса, повышается кратность шлака и возрастает удельный расход электроэнергии.
Введение в шихту менее 1 мас.% ферросилиция приводит к выплавке ферросиликомарганца с низким содержанием кремния и не позволяет получить стандартный по кремнию ферросплав (согласно требованиям ГОСТ 4756-91), а при содержании ферросилиция более 7 мас.% получается сплав с избыточным содержанием кремния, происходит необоснованный перерасход ферросилиция, что влечет за собой увеличение себестоимости продукции.
Изобретение иллюстрируется опытными плавками, проведенными в печи Таммана.
В качестве шихтовых материалов использовались: шлак производства марганцевых ферросплавов (химический состав представлен в табл.1), коксик (углеродистый восстановитель) с содержанием 84 мас.% C, известь (флюс) с содержанием 90 мас.% CaO и ферросилиций с содержанием 65 мас.% Si.
В табл.2 приведены составы шихт и результаты опытных плавок. Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый состав шихты обеспечивает получение стандартного ферросиликомарганца с низким содержанием фосфора (менее 0,35 мас.%). Содержание всех компонентов в выплавленном ферросиликомарганце находится в пределах требований ГОСТ 4756-91.
Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения относительно дешевого марганцевого сырья и получения широко востребованного высококачественного ферросиликомарганца.
Таблица 1
Химический состав шлака от производства марганцевых ферросплавов, мас.%
Mn<sub>общ</sub>
Si<sub>общ</sub>
CaO
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
47,5
18,7
5,15
4,96
1,22
Таблица 2
Состав шихт и результаты опытных лабораторных плавок
№ п/п
Материалы, мас.%
Содержание в сплаве, мас.%
Степень извлечения марганца в сплав, %
Примечание
Шлак от производства марганцевых ферросплавов
Ферросилиций
Коксик
Известь
Mn
Si
P
1
86,5
<b><u>0,5</u></b>
3
10
67,0
<b><u>14,5</u></b>
0,20
81,5
За пределами формулы
2
91,0
1,0
3
<b><u>5</u></b>
63,0
<b><u>14,7</u></b>
0,20
<b><u>77,0</u></b>
За пределами формулы
3
86,0
1,0
3
10
67,0
15,1
0,20
81,6
4
78,0
7,0
5
10
66,2
19,8
0,20
82,0
5
74,0
6,0
10
10
66,4
19,2
0,20
82,5
6
70,0
6,0
5
19
66,2
18,7
0,19
82,1
7
77,0
<b><u>8,0</u></b>
5
10
65,5
<b><u>20,2</u></b>
0,20
82,0
За пределами формулы
8
72,0
6,0
<b><u>12</u></b>
10
66,4
19,2
0,19
82,5
За пределами формулы
9
64,0
6,0
5
<b><u>25</u></b>
66,2
18,7
0,19
81,7
За пределами формулы