Освоение технологии выплавки силикомарганца на НЗФ начиналось с использованием высококачественного оксидного марганцевого сырья — концентрата I сорта и агломерата из смеси I и II сортов. Применение такого сырья не вызывало особых трудностей получения сплава, стандартного по фосфору.

Достижение высоких технико-экономических показателей выплавки силикомарганца и высокой эксплуатационной надежности электропечного оборудования обеспечило внедрение следующих мероприятий:

  • изменение футеровки подины печи, исключающей ее разрушение и обеспечивающей надежную и долгосрочную работу;
  • увеличение высоты ванны печи РПЗ-48 с 2801 до 3800 — 4500 мм, позволившее значительно снизить температуру колошника (с 800—1050 до 400—500 °С) и повысить тепловой КПД печей, значительно продлить срок службы основных узлов свода;
  • изменение системы подвески свода закрытых и герметичных печей, обеспечившее их надежную работу и резко сократившее магнитные потери в элементах конструкции печей;
  • изменение системы загрузки шихтовых материалов в печь, исключающее их сегрегацию в загрузочных воронках;
  • усовершенствование конструкции леточных узлов и применение машин для механизированного открытия и закрытия леток, обеспечившие увеличение срока службы футеровки и улучшивших условия работы обслуживающего персонала.

Наряду с усовершенствованием конструкции печей внедрен ряд технологических мероприятий, направленных на оптимизацию шлакового режима ведения плавки, позволившую исключить из шихты доломит; на определение наиболее рационального соотношения основных компонентов шихты, прежде всего количества восстановителя и его фракционного состава, и выбор оптимального электрического режима ведения процесса и др.

Важным мероприятием явилось внедрение технологии утилизации марганецсодержащих отходов в собственном производстве, что позволило значительно повысить извлечение марганца в сплав и снизить потребность в марганцевом сырье, а также внедрение АСУ ТП в режиме управления, что обеспечило стабилизацию процесса и повышение удельной производительности печей.

Для определения количественного влияния основных параметров процесса на показатели выплавки проведена корректная обработка данных работы печей, выплавляющих силикомарганец за 1988—1990 гг.. Обработка проводилась методом корреляционно­ регрессионного анализа на ЭВМ ЕС-1045. Массив наблюдений представлял среднесменные показатели работы печей.

Основные параметры производства товарного силикомарганца в промышленных печах Никопольского завода ферросплавов

Средние значения основных параметров и показателей процесса за исследуемый период представлены в табл. 12.6. Анализ табличных данных свидетельствует, что показатели выплавки силикомарганца в печах цеха № 2 выше, чем в цехе № 1, что обусловлено параметрами печей второго цеха, которые имеют на 6—20 % выше концентрацию мощности на площадь подины и объем плавильного пространства. Кроме того, герметичные печи РКГ-81 цеха № 1 (№ 7 и № 8) работают на мощности выше оптимальной для этих агрегатов (39—41 МВт), что и привело к более высокому (на 113 кВт • ч/т) расходу электроэнергии и низкому (на 2 %) извлечению марганца в сравнении с аналогичными печами № 17 и 18 (цех № 2).

При кажущемся стабильном среднем содержании марганца в агломерате на всех печах фактическая среднесменная его концентрация за исследуемый период колебалась от 35 до 44 %. Такие значительные
колебания состава сырья отрицательно сказываются на технологическом режиме плавки, что приводит к производственным потерям.

графики

Полученные уравнения регрессии, описывающие влияние содержания марганца на основные показатели выплавки силикомарганца — удельный расход электроэнергии, извлечение марганца в сплав и производительность печи, позволили с высокой степенью достоверности (критическое значение коэффициента корреляции для данного массива наблюдений составляет 0,09—0, 14) определить их количественную взаимосвязь для печей различных типоразмеров. Так, для печей РКГ-81 снижение концентрации марганца в исходном сырье на 1 % приводит, как это следует из рис. 12.1 и уравнения

формула

к уменьшению извлечения марганца на 0,7 %. При этом повышается и удельный расход марганцеворудного сырья:

формула

а также растет удельный расход электроэнергии (рис. 12.2):

формула

и снижается производительность печи:

формула

Аналогичные парные взаимосвязи получены при обработке данных производственных показателей печей типа РПЗ-48 (рис. 12.3):

формула

и печей типа РПЗ-63 (рис. 12.4 и 12.5):

формула

формула
В общем виде влияние качества в исходном марганцевом сырье (агломерате) на основные показатели выплавки силикомарганца в печах различных типоразмеров приведены ниже:

влияние качества в исходном марганцевом сырье (агломерате) на основные показатели выплавки силикомарганца в печах различных типоразмеров

На показатели производства силикомарганца существенное влияние оказывают и другие технологические параметры, как, например, возврат собственных отходов сплава для переплава в печи уменьшает удельный расход марганцевого агломерата (рис. 12.6):

формула

и повышает извлечение марганца

формула

а также повышает производительность (рис. 12.7) печи:

формула

и снижает удельный расход электроэнергии

формула

Вместе с тем фракционирование силикомарганца сопровождается существенным уменьшением выхода товарного силикомарганца и, следовательно, потерями производства (рис. 12.8, 12.9):

формула

Качество и технический уровень производства марганцевых ферросплавов определяются содержанием основного и примесных компонентов. Использование зарубежными фирмами высококачественного марганцевого сырья не вызывает сложностей в получении сплавов с низким содержанием (до 0,30—0,40 %) фосфора и высокими техническими показателями. В то же время отечественными стандартами предусмотрена выплавка силикомарганца с содержанием фосфора до 0,6 %.

графики

В связи с вовлечением в производство марганцевых сплавов карбонатных концентратов, характеризующихся высоким удельным содержанием фосфора, получение стандартных по фосфору силикомарганца и ферромарганца без предварительной дефосфорации концентратов невозможно.

графики

Поэтому выплавка ферросплавов с требуемым низким содержанием фосфора возможна только при условии обеспечения производства высокосортными низкофосфористыми марганцевыми концентратами.

На Никопольском и Запорожском заводах ферросплавов при необходимости получения марганцевых сплавов с пониженным содержанием фосфора применяют малофосфористый марганцевый шлак — продукт электрометаллургического метода дефосфорации марганцевого сырья.

Малофосфористый шлак (МФШ) па НЗФ выплавляют в закрытых печах мощностью 16,5—21 МВ • А непрерывным процессом при расходе на тонну шлака 920—960 кВт • ч электроэнергии и около 100 кг коксика. Извлечение марганца в шлак составляет 78—82 %, а содержание фосфора снижается с 0,20 % до 0,015 %.

Использование малофосфористого шлака для выплавки сплавов с пониженным фосфором в силу особенностей его физико- химических свойств в значительной степени ухудшает технико-экономические показатели процесса.

Для определения количественного влияния содержания фосфора в силикомарганце на основные показатели его выплавки с применением малофосфористого марганцевого шлака был выполнен корреляционно-регрессионный анализ статистических данных по работе печей НЗФ.

Получение силикомарганца с пониженным содержанием фосфора обеспечивалось подшихтовкой малофосфористого шлака. Пределы изменения основных параметров и показателей процесса приведены в табл. 12.7.

Пределы изменения основных параметров выплавки силикомарганца с пониженным содержанием фосфора

Анализ полученных уравнений регрессии, описывающих влияние некоторых параметров на содержание фосфора в сплаве, показывает, что определяющее влияние на качество сплава по содержанию фосфора оказывает расход малофосфористого шлака. Взаимосвязь между этими параметрами описывается уравнением и имеет практически функциональный характер (коэффициент корреляции R = 0,84 при критическом его значении для данного случая равном всего 0,045).

Полученная количественная взаимосвязь между содержанием фосфора, производительностью печи и удельным расходом электроэнергии (рис. 12.10)

формула

а также извлечением марганца в сплав и расходом малофосфористого шлака (рис. 12.11)

формула

позволила с высокой достоверностью установить, что снижение концентрации фосфора на 0,1 % требует расходовать около 640 кг/баз т шлака. При этом удельный расход электроэнергии возрастает на 190 кВт • ч/баз. т, а извлечение марганца и производительность печи снижаются на 2,17 % и 16,3 баз. т/смену соответственно.

графики

Таким образом, выплавка силикомарганца с пониженным содержанием фосфора требует значительного расхода передельного малофосфористого шлака, что приводит к повышению его себестоимости не только за счет использования более дорогого сырья, но и резкого снижения показателей производства сплава. Поэтому дальнейший поиск альтернативных путей дефосфорации как марганцевого сырья, так и силикомарганца и ферромарганца является актуальной проблемой металлургии ферросплавов.

Изменение извлечения марганца (/), удель­ ного расхода электроэнергии (2) и производительности печи (3) от фактической мощности

Исследовано влияние фактической мощности печей на основные показатели производства силикомарганца. Получены функциональные зависимости ( Qуд и QMn.c. от фактической мощности. Для печи типа РКГ-81 эти связи описываются выражениями (рис. 12.12)

формула

а для печи типа РПЗ-48 выражениями (рис. 12.13)

формула

Оптимальные значения фактической мощности находятся в пределах: для печи типа РКГ-81 39—41 МВт, печи типа РПЗ-48 48—50,5 МВт. Несколько выше значения для печи типа РПЗ-63И1 52—56 МВт, что следует из приведенных ниже уравнений (рис. 12.14)

формула

По-видимому, это обусловлено тем, что печь РПЗ-63И1, при больших размерах ванны оборудована самообжигающимися электродами сечением 2800×650 мм, т. е. такими же, как и печь РПЗ-48, имеющая меньшие размеры ванны. Как было показано, увеличение расстояния от торцевой поверхности электрода к угольной футеровке печи повышает электрическое сопротивление ванны и показатели производства.

В лияние фактической мощности печи на извлечение марганца (/) и удельный расход электроэнергии ( 2 )

Таким образом, полученные аналитические зависимости позволили установить количественное влияние основных параметров технологии на показатели выплавки и качество силикомарганца, определить рациональные пределы большинства управляемых параметров технологии и явились исходными данными для разработки АСУ ТП производства силикомарганца.