ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОМАРГАНЦА
CHARGE FOR HIGH-CARBON FERROMANGANESE SMELTING

Изобретение относится к металлургии ферросплавов, а именно к способам получения марганцевых ферросплавов, и может быть использовано для получения высокоуглеродистого ферромарганца.
Для получения высокоуглеродистого ферромарганца известна шихта, включающая марганецсодержащее сырье, кокс, известняк и железосодержащие металлодобавки (Гасик М.И. Марганец. М.: Металлургия. 1992. 608 с.). В зависимости от состава марганецсодержащего сырья (руды или концентрата) на получение 1 т высокоуглеродистого ферромарганца расходуется 2200-2700 кг марганецсодержащего сырья, 400-700 кг кокса, 200-600 кг известняка, 0-300 кг железосодержащих металлодобавок (Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. М.: Металлургия. 1988. 784 с.). Постоянное удорожание марганецсодержащего сырья вообще и низкофосфористого, в частности, требует изыскания методов снижения удельного расхода марганецсодержащего сырья (руды, концентратов).
Техническим результатом, достигаемым в изобретении, является снижение удельного расхода марганецсодержащего сырья и известняка и снижение содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце.
Предлагаемая шихта отличается от известной тем, что для получения высокоуглеродистого ферромарганца она, помимо марганецсодержащего сырья, кокса, известняка и железосодержащих добавок, дополнительно включает отвальный шлак процесса выплавки металлического марганца силикотермическим способом, мас.%:
отвальный шлак силикотермической плавки
металлического марганца
1-88
кокс
5-25
известняк
0-20
железосодержащие добавки
0-10
марганецсодержащее сырье
остальное
2
2
3
Шлак процесса выплавки металлического марганца силикотермическим способом содержит, мас.%: 20-22 MnO; 0,003-0,005 P; 27-29 SiO; 43-46 CaO; 2-4 AlO; 2-4 MgO; 0,1-0,2 FeO; 0,1-0,2 S. Процесс выплавки металлического марганца этим способом характеризуется высокой кратностью шлака (3,5-4), значительными потерями марганца с отвальным шлаком, большим содержанием оксида кальция и весьма низким содержанием фосфора в шлаке. Шлак этого процесса отвальный, следовательно, содержащийся в нем марганец теряется. Извлечение марганца в металл в этом процессе не превышает 60-65% (Лякишев Н.П., Гасик М.И., Дашевский В.Я. Металлургия ферросплавов. Ч.1. М.: Учеба. 117 с.). Повышенное содержание марганца в шлаке силикотермической плавки металлического марганца, весьма низкое содержание фосфора и высокое содержание оксида кальция позволяют рассматривать его как перспективный шихтовой материал для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца.
Введение в шихту для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца шлака силикотермической плавки металлического марганца позволяет не только полезно извлечь часть марганца из шлака, которая безвозвратно теряется, но и за счет этого снизить удельный расход марганецсодержащего сырья. Содержание фосфора в марганецсодержащем сырье (руде, концентратах) составляет 0,2-0,3%, редко 0,10-0,15%. Поскольку снизится количество марганецсодержащего сырья в шихте для выплавки ферромарганца, следовательно, снизится и количество фосфора, вносимого этим сырьем, и тем самым снизится содержание фосфора в ферромарганце. Высокое содержание оксида кальция (43-46%) в этом шлаке при вводе его в шихту для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца позволит существенно сократить расход известняка.
По результатам исследований выбранное количество шлака силикотермической плавки металлического марганца для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца улучшает технико-экономические показатели процесса производства высокоуглеродистого ферромарганца: снижает удельный расход марганецсодержащего сырья и известняка, а также снижает содержание фосфора в металле.
Снижение количества шлака силикотермической плавки металлического марганца в шихте ниже 1% практически не обеспечивает достижение поставленной цели. Показатели выплавки высокоуглеродистого ферромарганца в этом случае не лучше таковых для случая использования только марганецсодержащего сырья (руды, концентратов). Количества шлака силикотермической плавки металлического марганца в шихте выше 88% может привести к и снижению всех технико-экономических показателей процесса.
2
Выбранные пределы по содержанию в шихте кокса обеспечивают наиболее полное извлечение марганца в металл. Снижение доли кокса в шихте <5% и повышение >20% приводит к снижению извлечения марганца в металл, в первом случае за счет недостатка восстановителя, а во втором - за счет нежелательного извлечения в металл других элементов, содержащихся в шихте, например, кремния. Количество известняка взято из расчета получения в процессе выплавки высокоуглеродистого ферромарганца шлака оптимальной основности (CaO/SiO=1,0÷1,6), обеспечивающей высокие технико-экономические показатели процесса. Количество железосодержащих металлодобавок взято из расчета получения в процессе выплавки высокоуглеродистого ферромарганца металла, содержание железа в котором отвечает требованиям стандарта.
2
3
2
2
3
2
2
3
Пример. Для составления шихты использовали: в качестве марганецсодержащего сырья полученный из концентрата марганцевой руды Никопольского месторождения агломерат, содержащий, мас.%: 49,02 Mn; 1,2 FeO; 0,224 P; 17,1 SiO; 4,3 CaO; 2,2 AlO; 1,4 MgO; 0,13 S; кокс; известняк; стальную стружку; шлака силикотермической плавки металлического марганца следующего состава, мас.%: 15,7 Mn; 0,2 FeO; 0,005 P; 27,9 SiO; 45,4 CaO; 3,3 MgO; 3,5 AlO; 0,19 S. Компоненты шихты в указанном ниже соотношении смешивали и загружали в рудно-термическую электропечь. Процесс вели непрерывно, периодически выпуская металл и шлак. При необходимости для поддержания оптимальной основности шлака в шихту дополнительно добавляли кварцит в требуемом количестве Варианты выплавки высокоуглеродистого ферромарганца на шихте, известного и предложенного состава, приведены в таблице.
Таблица
Показатель
Шихта
известная
предлагаемая
1
2
3
4
Состав шихты, мас.%:
- отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца
0
20,0
40,0
60,0
88,0
- кокс
15,16
14,91
13,62
12,17
6,47
- известняк
17,72
6,01
0,47
0
0
- стальная стружка
3,18
3,02
2,99
2,32
1,23
- марганцевый агломерат (48% Mn)
63,94
56,06
42,92
25,51
0
- кварцит
0
0
0
0
4,30
Состав ферромарганца, мас.%:
Mn
79,03
78,49
77,53
76,22
72,56
Fe
12,35
12,67
12,11
11,91
11,32
С
6,42
6,39
6,30
6,20
5,93
Si
1,78
2,49
3,76
5,38
10,16
Р
0,41
0,36
0,34
0,29
0,03
S
0,01
0,01
0,01
0,02
0,02
Состав шлака, мас.%:
MnO
15,58
14,41
13,63
9,32
5,24
FeO
0,13
0,09
0,07
0,05
0,02
SiO<sub>2</sub>
34,05
34,46
34,70
34,27
36,18
CaO
40,89
41,36
41,64
47,98
50,56
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
6,03
5,89
5,80
5,09
4,17
MgO
3,01
3,53
3,92
4,01
3,69
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Основность шлака CaO/SiO<sub>2</sub>
1,2
1,2
1,2
1,4
1,4
Кратность шлака, т/т
1,01
1,41
2,10
3,15
6,92
Удельный расход шихтовых материалов, кг/т:
- отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца
0
665
1501
2702
7848
- кокс
490
496
511
548
577
- известняк
573
200
18
0
0
- стальная стружка
103
100
101
104
107
- марганцевый агломерат (48% Mn)
2067
1865
1622
1149
0
- кварцит
0
0
0
0
383
Извлечение марганца из шихты, %
78,01
75,01
69,99
65,02
60,01
Снижение удельного расхода материалов, мас.%:
- марганцевого агломерата (48% Mn)
0
9,77
21,53
44,41
100
- известняка
0
65,10
96,86
100
100
Доля марганца, вносимого шихтовыми материалами, %:
- марганцевым агломератом (48% Mn)
100
90,35
75,74
57,23
0
- отвальным шлаком силикотермической плавки металлического марганца
0
9,65
24,26
42,77
100
Извлечение марганца, %:
- из марганцевого агломерата (48% Mn)
78,0
78,0
78,0
78,0
0
- из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца, %
0
46,96
45,03
47,67
60,01
Как видно из таблицы, преимуществом использования для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца предлагаемой шихты является возможность снижения удельного расхода марганецсодержащего сырья до 100%, снижения удельного расхода известняка до 100%, снижения содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце до 0,03%, извлечение из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца до 60 отн.% марганца, который в настоящее время безвозвратно теряется.
Оптимальным вариантом предлагаемой шихты является вариант 2, при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца по этому варианту достигается снижение удельного расхода марганецсодержащего сырья на 21,53% и снижение удельного расхода известняка на 96,86%. Содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце составляет 0,34%, что ниже на 17 отн.%, чем в случае выплавки ферромарганца только из марганцевого агломерата (0,41% Р). При неизменной степени извлечения марганца из марганцевого агломерата из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца извлекается ~50 отн.% марганца.
Технико-экономические преимущества предлагаемой шихты заключаются в том, что ее использование позволяет снизить удельный расход марганецсодержащего сырья и известняка, снизить содержание фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце, повысить полезное использование марганца за счет возврата значительной части марганца, содержащегося в отвальном шлаке силикотермической плавки металлического марганца, который в настоящее время безвозвратно теряется.