yandex.metrica
Ферромарганец

Производство углеродистого ферромарганца

Основное количество углеродистого ферромарганца до последнего времени выплавляли в доменных печах. Однако по мере удешевления электроэнергии, роста сто­имости и увеличения дефицита кокса, а также в связи с необходимостью вовлекать в производство бедные и низ­кокачественные руды в последние годы неуклонно увели­чивается доля углеродистого ферромарганца, выплавля­емого в электропечах.

Для выплавки углеродистого ферромарганца исполь­зуют открытые и в последние годы чаще закрытые электрические печи мощностью до 63 МВА с угольной футе­ровкой. Печи строят как круглые, иногда с вращением ван­ны, так и прямоугольные, в том числе шестиэлектродные. Плавку ферромарганца ведут при напряжении на элект­родах 110—160 В (полезное фазовое напряжение 50—60 В). Повышение напряжения приводит к ухудшению показателей процесса по следующим причинам. Во-пер­вых, марганец обладает высокой упругостью паров, в связи с чем потери от испарения при нормальных услови­ях производства достигают 8—10%, а при неправильном электрическом режиме печи (при недостаточно глубоком погружении электродов в шихту) они могут повышаться до 20% и более. Во-вторых, температуры начала восста­новления MnO до карбида (1223° С) и шлакообразования (1250° С) очень близки, что при неблагоприятных усло­виях, в том числе при перегреве плавильной зоны, приводит к переходу значительной части MnO в шлак. Восста­новление MnO из силиката, находящегося в жидком шлаке, требует значительно больших затрат энергии, чем восстановление твердого MnO.

Углеродистый ферромарганец производят двумя спо­собами — флюсовым и бесфлюсовым. Последний имеет ряд преимуществ: выше извлечение марганца из руды и производительность печей, ниже содержание фосфора в рафинированном ферромарганце, поскольку в шихте для его выплавки применяют малофосфористый марганцевый шлак, образующийся при бесфлюсовом способе про­изводства углеродистого ферромарганца. Однако из бед­ных руд углеродистый ферромарганец может быть полу­чен только флюсовым способом, так как эти руды содержат много кремнезема.

В СССР при плавке ферромарганца в электропечах применяют бесфлюсовый метод, шлак от которого ис­пользуют при выплавке силикомарганца. При выплавке углеродистого ферромарганца высшие оксиды марганца полностью восстанавливаются оксидом углерода при низких температурах. Восстановление MnO осуществляется по реакциям

(MnO) + Ст = [Mn] + {СО};

2 (MnO) + 8/3Cт = 2/3 [Mn3C] + 2 {СО}.

Теоретические температуры начала восстановления по этим реакциям равны соответственно 1420 и 1227° С. Следовательно, при восстановлении MnO углеродом наи­большее развитие получает реакция восстановления до карбида, что и определяет высокое содержание углерода в сплаве.

Содержащийся в руде фосфор почти полностью вос­станавливается углеродом, марганцем или карбидами марганца. Восстановительные условия процесса и малая растворимость сульфида марганца MnS в сплаве способствуют удалению серы, и ее содержание в ферромар­ганце обычно не превышает 0,04%.

Восстановление кремния затруднено тем, что весь кремнезем шлака связан в силикат марганца, а также вследствие низких температур в горне печи при выплав­ке углеродистого ферромарганца.

Бесфлюсовый углеродистый ферромарганец плавят непрерывным процессом, загружая шихту по мере ее проплавления; технологическая схема процесса приведе­на на рис. 54. Колоша шихты обычно состоит из 500 кг марганцевой руды, 10 кг коксика и 30 кг железной руды пли 20 кг железной стружки.

Технологическая схема производства углеродистого ферромарганца

Нормальный ход печи характеризует постоянный ко­нус шихты (высота 300 мм) вокруг электродов, что способствует равномерному выделению по всей поверхности колошника газов, глубокой и устойчивой посадке элект­родов в шихте (1200—1500 мм) и сходу шихты без об­валов.

В случае работы печи с недостатком восстановителя сплав получается с низким содержанием кремния и вы­соким содержанием фосфора, посадка электродов слиш­ком глубокая, нагрузка на электродах неустойчивая, повышаются потери марганца в шлаке (нормально в шлаке содержится 50—55% MnO), снижается производительность печи и повышается удельный расход электроэнер­гии.

При избытке восстановителя увеличиваются тепловые потери, так как посадка электродов становится неглубо­кой и возрастают улет марганца и содержание кремния в сплаве.

Выпуск шлака и сплава производят одновременно пять-шесть раз в смену в футерованный шамотным кир­пичом или в стальной ошлакованный в предыдущем вы­пуске ковш; сплав остается в ковше, а шлак переливают через сливной носок в чугунные изложницы. Сплав раз­ливают в изложницы или на разливочной машине кон­вейерного типа. Для полного отделения шлака от метал­ла используют промежуточную изложницу с сифоном.

Примерный химический состав шлака: 40% Mn (в ви­де MnO, Mn2O3 и т. д.); 29% SiO2; 6% CaO; 8% Al2O3; 1,5% MgO, 0,8% FeO, 0,3% С и 0,02% P2O5. Шлаки подвергают дроблению и используют в качестве сырья, при производстве силикомарганца. Возможна грануляция шлаков, что значительно сокращает трудоемкость операций, связанных с уборкой шлака и его подготовкой к плавке. Колошниковый газ закрытых печей при производстве углеродистого ферромарганца содержит ~56% СО, 26% СO2 и 2% O2; его можно успешно использовать при восстановительном обжиге руды. Ниже приведен расход материалов и электроэнергии на 1 т ферромарганца (76% Mn) и бесфосфористого шлака (48% Mn):

расход материалов и электроэнергии на 1 т ферромарганца

Низкофосфористый углеродистый ферромарганец производят двустадийным непрерывным процессом из богатого низкофосфористого шлака.

В последние годы разработан ряд технологических процессов производства углеродистого ферромарганца из низкосортных руд и концентратов, основанных на селек­тивном восстановлении железа и фосфора из них и последующем получении товарных сплавов марганца из безжелезистого низкофосфористого шлака. Фосфористый чугун, полученный на первой стадии процесса, перераба­тывается на сталь продувкой в основном конверторе.

Использование дешевой бедной руды и получение в качестве побочного продукта стальных слитков обеспе­чивают высокую экономичность процесса.