Існуючі способи виробництва середньовуглецевого феромарганцю

У світовій і вітчизняній практиці розроблені й застосовуються різні способи одержання середньовуглецевого феромарганцю, засновані на процесах окисного рафінування всоковуглецевого феромарганцю від вуглецю й кремній – вуглецевомістячих марганцевих сплавів від кремнію та вуглецю, методи силикотермічного відновлення оксидів марганцю кремнієм феросилікомарганцю. [4]

За кордоном варто виділити розробки по окисному рафінуванню високовуглецевого феромарганцю від вуглецю шляхом продувки киснем у конверторі. Спосіб МОР, запропонований фірмою “Union Corbide” (США), дозволяє одержувати стандартний середньовуглецевий феромарганець із вмістом C=1,5% й Si=1,5% при порівняно гарних техніко-кономічних показниках. Спосіб забезпечує витрату електроенергії 3000 квтּч/т сплаву. За способом МОР середньовуглецевий феромарганець виробляється в США, Норвегії, Мексиці. Одержання за даною технологією сплаву із вмістом менш 1,5% вуглецю приведе до інтенсивного окислювання й втрат марганцю. Імовірно, виплавка середньовуглецевого феромарганцю із вмістом 1,5% вуглецю також пов'язана з істотним вигаром марганцю. До недоліків технології варто віднести високу температуру розливання, тому що процес закінчується при температурі 2023К, низьку стійкість вогнетривів, поганий поділ металу й шлаку при розливанні. [7]

Відомий спосіб одержання середньовуглецевого феромарганцю із вмістом 0,2-2,0% вуглецю методом видалення вуглецю та кремнію рідкого всоковуглецевого феромарганцю в посудині типу ковертора. Кисень вдувається через фурму зверху з одночасною подачею шлакоутворюючих (вапно, доломіт, шлаки феромарганцю), а через днище подається газ для перемішування. Температура процесу становить 1873-2100К. [6]

У Японії одержують низько- та средньовуглецевий феромарганець методом змішання розплавів у струшуваному ковші. У реакційний ковш спочатку завантажується термічно підготовлена марганцева руда (50% Mn) і вапно в кількості відповідно 90% і 50% від загальної потреби для процесу, а потім заливається рідкий феросилікомарганець. Після цього ковш піддають струшуванню й задають у нього іншу кількість руди та вапна. Тривалість струшування 15-20 хв, температура процесу 1573К, тривалість плавки до 50 хв, вилучення марганцю 79,8%

Існує вітчизняна технологія одержання середньовуглецевого феромарганцю (1,5%C; 1,5% Si; 0,3% P) методом газокисневого рафінування рідкого високовуглецевого феромарганцю (0,35% Р) у конверторі (ємність 1,0 т). Процес містить у собі окисний і відновлювальнй періоди. Окислений в окисний період (2023-2073К) марганець довідновлюється із шлаків кремнієм феросилікомарганцю при продувці аргоном у відновлювальному періоді (1723-1773К). Витрата кисню – 100 нм³/т, азоту – 4 нм³/т, аргону – 3,6 нм³/т. Витяг марганцю в сплав – 87%, кратність шлаку 0,2-0,25, основність – 1,2-1,4. Відзначається підвищення вмісту фосфору в процесі плавки на 20-25% через практично 100% переходу його в сплав і вигару металу в процесі плавки. [4]

В умовах Запорізького заводу феросплавів проводилися плавки по видаленню вуглецю високовуглецевого феромарганцю (78,2% Mn, 6,1% C, 2,9% Si, 0,05% P) у ковші при продувці сплаву киснем через фурму зверху. Отриманий середньовуглецевый феромарганець складу, %: Mn=81,0; C=1,6; Si=0,5; P=0,08; зміст марганцю в шлаку 45%, кратність шлаку - 0,3. Вилучення марганцю в сплав - 71%, втрати марганцю у виліт - 10%. Швидкість видалення вуглецю 0,06-0,07% С/хв.

Запропоновано технологію одержання середньовуглецевого феромарганцю із вмістом 1,2% С шляхом видалення вуглецю з розплаву високовуглецевого феромарганцю у вакуумі в процесі продувки киснем до вмісту менш 3,5% С и 0,2% Si. Кінцеве рафінування сплаву проводять шлаками які містять марганець (45% MnО) при 1773-1823К з активним перемішуванням.

На ряду із процесами окисного рафінування високовуглецевого феромарганцю розроблені й реалізуються на практиці група методів одержання середньовуглецевого феромарганцю шляхом рафінування передільного феросилікомарганцю й проміжних кремніє-марганцевих сплавів рудами, концентратами й шлакрвими розплавами від кремнію з різними варіантами застосування вихідних матеріалів у рідкому й твердому вигляді. Подальше вдосконалення технології виплавки середньовуглецевого феромарганцю на ЗЗФ здійснювалося шляхом застосування різних рудо-шлакових сумішей - низькофосфористих марганцевих шлаків безфлюсової плавки високовуглецевого феромарганцю, чіатурської сирої та обпаленої кабонатної руди, окатишів з концентрату гаусманітового способу збагачення марганцевої руди, окатишів з концентрату дітіонатного способу збагачення марганцевої руди, а також шляхом застосування інших окислювачів і використання фізичного тепла розплавів.

Розроблено технологію одержання середньовуглецевого феромарганцю у два етапи. Спочатку в електропечі одержують проміжний кремніє-марганецьмістячий сплав (10-14%Si; 75-85% Mn), шлак який при цьому утвориться (8-12% Mn) скачують з печі. Потім у піч на рідкий сплав задають марганцеву руду або малофосфористий шлак і вапно. Процес плавки ведуть із утворенням багатого марганцем шлаку (25-30% Mn), що надалі використається у власній переробці. [3]

Також на ЗЗФ середньовуглецевий феромарганець може вироблятися періодичним процесом в електропечах потужністю 3,5 МВּА з магнезитовою футеріовкою ванни. В якості шихтових матеріалів використовується передільний феросилікомарганець (18,3% Si; 75,5% Mn й 0,1% P) (фракції 0-20 мм), марганцевий концентрат 1с. (48,5% Mn; 0,18% P; 10,5% Si₂) (фракції 0-15 мм) і вапняк (53,2% Ca) (фракції 0-20 мм). Вологість концентрату 2-3%. Низька концентрація фосфору в застосовуваному феросилікомарганцю забезпечується використанням при виплавці сплаву в рудовідновлювальній електропечі передільного шлаку бесфлюсового виробництва високовуглецевого феромарганцю й шлаку середньовуглецевого феромарганцю, агломерату, кварциту й коксика.

Технологія середньовуглецевого феромарганцю ґрунтується на рафінуванні цього передільного феросилікомарганю від кремнію оксидами марганцю шихтових матеріалів. Плавка включає: підготовку печі, заливання рідких шлаків (2000 кг), завантаження феросилікомарганю, включення печі й набір навантаження, подачу основної маси (90%) концентрату й вапняку, розплавлення й рафінування, завантаження основної частини рафініровочної суміші, відключення печі й витримка, випуск плавки. Тривалість плавки становить 3,5 години.

Співвідношення шихтових матеріалів і процес плавки визначають одержанням стандартного сплаву й богатого марганцем (30%-35% Mn) низькофосфористого (0,026% Р) передільного шлаку.

Відомий ряд технологічних процесів одержання середньовуглецевого феромарганцю методом змішування рідких розплавів як у печі, так і поза з різними варіантами рішень інтенсифікації масообмінних процесів.

Одним із таких процесів є комплексна технологія одержання низько- і середньовуглецевого феромарганцю (80-90% Mn; 0,04-1,5% C; 0,1-1,0% Si). В одній електропечі виплавляють передільні шлаки (36-52% Mn), що заливають у ковш разом із проміжним сплавом (4-14% Si). При цьому одержують готовий феромарганець і передільний шлаки (30-38% Mn). В іншій електропечі одержують феросилікомарганець із вмістом 16-36% Si, що заливають разом з раніше отриманими передільними шлаками в ковш і одержують проміжний сплав і кінцевий шлак.

Середньовуглецевий феромарганець одержують поза піччю в реакційному резервуарі, куди заливають рідкий феросилікомарганець і задають марганцеву руду та флюси. Резервуар потім розігрівають і приводять в ексцентричний горизонтальний круговий рух. Відзначено підвищення швидкості й повноти процесів рафінування, але його технічне впровадження не дає підстав для промислового втілення у виробництво. [9]

2.4 Існуюча технологія виплавки середньовуглецевого феромарганцю в умовах ВАТ "Нікопольський завод феросплавів"

Виплавка середньовуглецевого феромарганцю на Нікопольському заводі феросплавів здійснюється в умовах плавильного цеху № 9, що виробляє електроплавлені флюси. У цеху № 9 встановлені трифазні електропечі, які нахиляються (типу СКБ-6063). Потужність трансформатора печі 3,5 МВ ּ А, діаметр ванни внутрішньої 1800 мм, глибина - 1200 мм, діаметр електродів - 350 мм. У центральній частині склепіння печі між електродами знаходиться труботічка, за якою шихтові матеріали завантажуються в піч. Параметри пічного трансформатора: напруга з високого боку - 10500 В, напруга з низькою боку IV ступеня В: 178, 149, 127, 111, 89 відповідно. Максимальний струм на електродах 13 кА. Футеровка електропечі складається з магнезитових цеглин марок МП-1, МП-6, МП-7, руйнівні ділянки заправляються магнезитовим порошком. [9]

В якості шихтових матеріалів для отримання середньовуглецевого феромарганцю використовувують відсів товарного феромарганцю (фракції 0-20мм, який утворюється безпосередньо на ВАТ НЗФ при фракціонуванні),мало фосфористий шлак власного виробництва (фракції 0-50мм) і вапно (фракції 0-50мм).

Шихтові матеріали після зваження завантажують в заданій кількості і необхідній послідовності в кюбель, подають в проміжний бункер печі, з якого стрічковим конвеєром через завантажувальну трубу і отвір у склепінні дозують у ванну печі. Така подача шихти забезпечує диференційоване завантаження в піч на початку плавки відсіву феросилікомарганцю і після набору струмового навантаження - малофосфористого шлаку та вапна, а потім у розігрітий розплав останню кількість відсіву феросилікомарганцю. Електричний режим плавки відповідає IV ступені трансформатора, сила струму 4-10 кА.

Після набору струмового навантаження розплавлення шихти здійснювали на максимальній потужності, яку знижували в кінці плавки поля подачі відсіву феросилікомарганцю. Для завершення протікання сілікотермічних реакцій виробляли продувку розплаву стисненим повітрям під тиском 152 МПа (1,5 атм.), середня тривалість якої становить 15 хв, з них 10 хв припадало на безпосередньо продувку і 5 мин на проведення технологічних операцій щодо її здійснення. У період продувки концентрація марганцю в металі збільшилася в середньому на 2% і досягає 87%. Подальше зростання його вмісту в середньовуглецевому феромарганці приблизно на 0,9% в період закінчення продувки та перед випуском, по всій видимості, пов'язаний з осадженням корольків сплаву з шлакового розплаву у метал, утворення яких відбувається під час продувки.

Концентрація вуглецю в сплаві в процесі рафінування збільшується в середньому приблизно на 0,1%, внаслідок навуглецювання сплаву графітовими електродами.

Вміст кремнію в металі після повного розплавлення шихти становить приблизно 5,5%, перед продувкою приблизно 5,2%. Отримані дані підтверджують результати термодинамічних досліджень сілікотермічного відновлення оксидів марганцю, в яких було встановлено, що рівноважний вміст кремнію в металі відповідає концентрації MnO у шлаку (17-20%) і складає 4-6%. Швидкість окислення кремнію в період продувки становить приблизно 0,25% в хвилину. По досягненні необхідного вмісту кремнію в сплаві продувку припиняють.

У процесі продувки їх концентрація у шлаку змінюється в межах 1,5-2%. При цьому вміст окису кальцію в шлаку зменшується на 1-1,5%, в основному, внаслідок збільшення концентрації в ньому MnO і SiO₂. Основність шлаку в період рафінування зменшується з величини рівної 1,38 до 1,21. Загальна тривалість плавки становить 2-2,5 години. [4]

Після закінчення плавки піч СКБ-6063 нахиляють у бік зливного носка і випускають продукти плавки в футерованих вогнетривкою цеглою ковш і сталеву чашу, встановлені каскадно в приямку печі. Температура металу і шлаку на випуску становить 1823-1873К. Середньовуглецевий феромарганець марки ФМн88 розливають в масивні металеві піддони, попередньо оброблені вапняним молоком, товщина злитка в піддоні становить 80-100 мм. Після розливання феромарганець піддається дробленню і комплектується за партіями з відповідним номером. Номер партії обов'язково заноситься в центральний комп'ютер заводу.