yandex.metrica
Металлургия марганца

Риски в производстве марганцевых сплавов

Процесс высокотемпературной плавки и восстановления сопровождается определенными производственными рисками. Существуют риски общего характера, как например происшествия вызванные повреждениями обшивки печи или ковша и связанный с этим разлив шлака и металла; опасность отравления СО, взрыва газа, взрывов связанных с соприкосновением раскаленного металла с водой и т.д. Производство ВУ FeMn в печах закрытого типа предполагает наличие специфических рисков, связанных с периодическими выбросами, разрывами и вспышками внутри печи.

Взрывы или извержения небольшой силы могут не оказывать существенного воздействия, однако более мощные могут повредить оборудование или даже нести угрозу человеческой жизни. Такие извержения могут быть вызваны попаданием твердых, жидких либо газообразных инородных частиц, оторвавшихся от внутренней поверхности печи. Более резкие и сильные выбросы материала, сопровождающиеся быстрым расширением газа, приводят к взрыву. Хотя такое случается редко, это вызывает серьезное повреждение оборудования и травмы (источник: Hynne 1980). Водоохлаждаемый свод срывает с печи и большое количество раскаленного материала попадает на днище печи и далее стекает вниз к летке. Случалось, что полностью сгорало помещение где расположена печь. Это сопровождалось травмами персонала и даже летальным исходом.

Коммерчески пригодные марганцевые руды представляют из себя смесь оксидов, карбонатов, силикатов, влаги и связанной воды. Марганцевые оксиды представлены широким диапазоном вариаций от низших оксидов (MnO2) до высших. Высшие оксиды термически нестабильны. В теории, MnO2 восстановится до Mn2O3 при 500°C и далее до Mn3O4 при более высоких температурах.. Карбонаты в виде MnCO3 либо доломита или извести разлагаются при температурах от 600°C до 900°C. При более высоких температурах выпаривается вода и соединяется с углеродом, образовывая H2 и CO.

Во время обычного плавильного процесса и нормальной работе печи, газ СО, образующийся в коксовой колоше, проходит через слой сырья и покидает зону реакции с умеренной скоростью. При этом происходит теплообмен между восходящими горячими газами и шихтовыми материалами поступающими из верхней части печи. Влага и связанная вода, находящиеся в сырье, испаряются и, таким образом, шихта не содержит влаги в момент попадания в зону коксовой колоши. В этот момент происходит частичный распад и предвосстановление оксидов и распад карбонатов. Для того, чтобы эти реакции протекали без проблем, необходимо, чтобы шихта обладала хорошей пористостью.

Все серьезные извержения обычно связывают с такими условиями, при которых движущаяся вниз по бункеру и труботечке шихта «зависает» в проходе, от чего ее движение происходит с задержкой или полностью прерывается. Поскольку электроэнергия продолжает поступать в печь, в отсутствие достаточного количества шихты вокруг электрода образуется полость, в особенности после выхода плавки из печи. При изменении условий в печи, после чего зависшая шихта обваливается, что обычно происходит либо в процессе, либо сразу после выпуска металла, большое количество не вошедшей в реакцию смеси (влажной) попадает в сверхнагретое пространство. В процессе соприкосновения относительно холодной шихты и горячим жидким шлаком происходит мгновенное разложение оксидов, карбонатов и воды, сопровождающееся взрывной реакцией, при этом выделяется кислород, монооксид углерода и водород. Такие реакции достаточно разрушительны, поскольку они происходят глубоко в шихте; при этом большое количество горячих материалов может выбрасываться из печи в результате взаимодействия газообразных веществ.

Опыт показывает, что такие опасные ситуации возникают в тех случаях, когда условия в печи не позволяют отходящим газам равномерно проходить через шихту, а также когда невозможно равномерное движение шихты вниз по труботечке. Излишнее содержание воды в шихте в сочетании с мелкими фракциями способствует ее уплотнению, ликвации и препятствует равномерному движению вниз. Такой же эффект имеет любая течь вовнутрь печи, т.е. контроль уровня влажности является жизненно важным.

Образование шихтовой «пробки» блокирующей движение шихты может быть также результатом чрезмерного количества в ней щелочей и цинка. (источник: Lee 1993). В горячей зоне печи, ZnO восстанавливается до газообразного Zn. Пары Zn конденсируются в более холодной части шихты в качестве ZnO. В результате этого образуются скопления материала и проход шихты становится неравномерным. Время от времени участок под такой пробкой может перегреваться и пробка обваливается, в результате чего часть непрореагировавшего сырья попадает прямо в сверхгорячую зону. То же происходит и со щелочами (например K2O).

В таких условиях температура отходящего газа будет высока и тепловые потери будут существенными. Кроме того, такой газовый поток вызывает значительные колебания газового давления внутри печи, что приводит к отклонениям от стандартных параметров работы. В таком случае теплообмен и предвосстановление не будут проходить с обычной эффективностью и поэтому удельное потребление электроэнергии возрастет, а извлечение марганца уменьшится.

Чтобы избежать этих проблем, необходимо произвести качественное грохочение материалов. Если невозможна поставка материалов в соответствии с нужными спецификациями, то грохочение или добление необходимо произвести на самом заводе. В этом случае мелкие фракции должны быть агломерированы путем спекания. Агломерированная руда значительно улучшает условия прохождения газа в печи, поскольку она имеет пористую структуру. Кроме того, агломерат не растрескивается так же сильно в процессе нагрева, как обычная руда.

Самое важное – это сократить до минимума факторы, способствующие уплотнению шихты и образованию пробок (мостов). Вторым по важности является минимизация эффекта опадания пробки, если это случается. Очень важен состав сырья, в особенности высших оксидов и карбонатов в шихтовой смеси. Руды с содержанием марганца более 60% в 4-валентном состоянии считаются сильнокислыми, руды с содержанием между 30% и 60% среднекислыми, ниже 30% — низкокислыми. От типа руды зависит количество газа, образующегося при описанном газовом ударе. Высококислая руда традиционно считается наилучшей при использовании в ферромарганцевой плавке, поскольку проходящие экзотермические процессы, вызываемые разложением кислорода и последующей реакцией с монооксидом углерода, приводят к снижению потребления электроэнергии. В то же время, существует серьезный риск возникновения взрывов и извержений при использовании таких руд. Очевидно, что существует некое предельное значение по количеству высококислых руд в шихте, при котором такая руда может безопасно использоваться (источник: Oxall et al. 1980).

Выбор восстановителей также очень важен для предотвращения возникновения опасных ситуаций. Количество тонких фракций в восстановителе, вероятно, еще более важно для газопроницаемости и общей работы печи, чем количество тонких фракций в руде, поскольку мелкие фракции кокса содержат значительно больше воды, чем мелкие фракции руды. Кроме этого, коксовая пыль представляет взрывоопасную среду, поскольку она легковоспламеняема в случае выбросов в печи. Такие случае происходили на практике и приводили к серьезным повреждениям оборудования.

Когда ферромарганец производится в открытых печах оператор может самостоятельно произвести оценку риска выбросов путем визуального наблюдения за состоянием колоши и поступлением смеси из бункеров. Поскольку у оператора открытой печи имеется свободный доступ к колоше, он может осуществить такие предупредительные меры, как скол корковых образований и распределение шихты по поверхности печи. С появлением печей закрытого типа, оператор уже не может осуществлять визуальный контроль и производть коррекционные мероприятия напрямую. Кроме того, печи увеличились в размерах, что увеличило силу потенциального газового удара и печных выбросов.

В современных условиях, следует тщательно контролировать качество сырья и рабочие параметры печи. Использование компьютеров в управлении печью и постоянное слежение за критическими параметрами позволило свести до минимума ошибки, связанные с человеческим фактором.

Большое внимание должно уделяться подготовке персонала, с тем, чтобы каждый имел четкое представление о плавильном процессе, причинах возникновения шихтовых пробок и способах безопасного воздействия на них в случае их появления.