ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СИЛИКОМАРГАНЦА Российский патент 1995 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве марганцевых сплавов, а именно при производстве силикомарганца в электропечах.

Известна шихта для выплавки силикомарганца, состоящая из марганцевого агломерата, кварцита и коксика [1] Недостатком этой шихты является низкое извлечение марганца и особенно кремния и высокий удельный расход электроэнергии.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является шихты [2] включающая марганецсодержащее сырье, кварцит, углеродистый восстановитель, при следующем соотношении компонентов, мас.

Марганецсодержащее сырье 70 Кварцит 13
Углеродистый восстановитель 17
Недостатком известной шихты, как и предыдущей, является низкое извлечение марганца 73-77% кремния 40-43% высокое содержание фосфата в сплаве (более 0,40%) и повышенный удельный расход электроэнергии 4030-4250 кВт.ч/б.т.

Целью изобретения является получение силикомарганца с пониженным содержанием фосфора (менее 0,35% ), повышение извлечения марганца и кремния в сплав и снижение удельного расхода электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая шихта содержит в качестве марганецсодержащего сырья марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,005, при следующем соотношении компонентов, мас.

Углеродистый восстановитель 12-18 Кварцит 11-14 Отходы производства 0,1-5,0
Марганцевый агломерат
с отношением фосфора
к марганцу равным 0,0035-0,005 63-76,9
Поскольку заявляемая совокупность существенных признаков позволяет достигнуть цель, обусловленную соответственными отличительными признаками, заявленное техническое решение соответствует требованию "положительный эффект" по наличию разницы в результатах (повышение извлечения марганца и кремния, снижение содержания фосфора в сплаве, уменьшение расхода электроэнергии).

По каждому отличительному признаку проведен поиск по научно-технологической литературе и патентной документации. Известных технических решений со сходными признаками, выполняющими заявляемую функцию, не обнаружено. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует требованию "существенные отличия".

Теоретические предпосылки и технологическая сущность предлагаемого состава шихты заключается в следующем. Как известно, силикомарганец представляет собой многокомпонентный сплав, химический состав которого регламентируется ГОСТ 4756-77. Поскольку применяемое марганцевое сырье (концентраты, агломерат) имеют высокое удельное содержание фосфора (Р/Мn >0,005) в настоящее время основное количество силикомарганца на НЗФ выплавляется с содержанием фосфора более 0,4% Для выплавки сплава с содержанием фосфора до 0,35 в шихту дополнительно вводят малофосфористый шлак.

Процесс образования силикомарганца в электропечи носит сложный характер и состоит из нескольких стадий. Вначале развиваются процессы восстановления высших оксидов марганца с участием СО, а затем MnO и FeO восстанавливаются до карбидов. В зоне высоких температур получает развитие реакция восстановления кремнезема. Наличие металлического расплава термодинамически облегчает процесс восстановления кремния и образования силикомарганца.

(SiO₂)+2C+[Mn, Fe, Cx][Mn, Fe, Si, Cx]+2CO
При выплавке силикомарганца, наряду с необходимостью иметь высокое извлечение марганца, требуется также и достижение максимального извлечения кремния при минимальном содержании в сплаве фосфора. Вместе с тем в настоящее время данная цель не достигается как при выплавке сплава с применением обычного высокофосфористого (Р/Mn>0,0050) марганцевого сырья, так и с дополнительным введением в шихту передельного малофосфористого шлака. Кроме того, введение в шихту малофосфористого шлака значительно ухудшает кинематические и термодинамические условия восстановления марганца и кремния, а также снижает производительность процесса.

Исследованиями кинетики восстановления силикомарганцевых шихт установлено, что при увеличении в шихте малофосфористого шлака снижается извлечение марганца (η_Mn) и кремния (η_Si). Статистическая обработка результатов исследований позволила описать эту закономерность следующими уравнениями регрессии:
η_Mn=77,6-0,0031˙Q_шл;
η_Si=48,6-0,0039˙Q_шл.

Следует отметить, что приведенные зависимости относятся к лабораторным опытам и очевидно, что в реальных условиях могут быть отклонения.

Выбор граничных значений предложенных компонентов шихты обусловлен требованиями к составу силикомарганца по ГОСТ 4756-77, а также обнаруженной зависимостью между соотношением компонентов, извлечением марганца, кремния, расходом электроэнергии и содержанием фосфора в сплаве.

Проведенными исследованиями установлено, что при содержании в шихте менее 63% марганцевого сырья содержание марганца в сплаве падает ниже допустимых пределов, а необходимое пропорциональное увеличение в шихте доли восстановителя и кварцита нарушает нормальный ход выплавки (растраивается электрический режим, наблюдается аварийный режим работы узлов и оборудования печи). Если повысить долю марганцевого сырья свыше 76,9, то в результате недостатка восстановителя и кварцита падает извлечение элементов, снижается производительность, растет содержание марганца в шлаке и удельный расход электроэнергии.

Пределы отношения фосфора к марганцу в марганцевом агломерате обусловлены установленной зависимостью между качеством сплава по содержанию фосфора и показателями производства. Применение в шихту агломерата с отношением Р/Мn более 0,005 не позволяет получить силикомарганец с содержанием фосфора менее 0,35% и не отвечает требованиям ГОСТ 4756-77. Использование в шихту агломерата с отношением Р/Мn менее 0,0035 приводит к снижению извлечения марганца и кремния и понижает производительность электропечи.

При содержании углеродистого восстановителя в шихте менее 12% снижается извлечение марганца и кремния в сплав, увеличивается содержание фосфора и понижается производительность печи, а при содержании его в шихте более 18% резко возрастает содержание кремния в сплаве, превышая допустимое ГОСТом (ГОСТ 4756-77). Кроме того, в результате увеличения электропроводности шихты нарушается электрический режим и растет расход электроэнергии.

Введение в шихту менее 11% кварцита не позволяет получить стандартный по кремнию сплав, а при содержании кварцита более 14% растет удельный расход электроэнергии за счет ухудшения шлакового режима и падает производительность.

При содержании в шихте менее 0,1% отходов производства (шлаковые корки, отсевы шлакопереработки и т.д.) снижается и извлечение марганца, удельная производительность печи и растет расход электроэнергии. Это же наблюдается и при превышении содержания отходов производства в шихте более 5,0%
Для подтверждения выбранных граничных значений компонентов шихты и граничных значений соотношений Р/Мn в марганцевом агломерате в идентичных условиях проведены исследования по выплавке силикомарганца на известной и предложенной шихте. Опытные плавки проводили в промышленной электропечи РПЗ-63 МВА.

В качестве шихтовых материалов применялись агломерат марганцевый (СТП 146-50-91), шлак марганцевый малофосфористый (ТУ 14-9-181-89), кокс сортированный (ГОСТ 9188-74), кварцит Овручского месторождения (ТУ 14-5-140-82). Химический состав использованных шихтовых материалов приведен в табл. 1.

Для сравнительного анализа результатов выплавки силикомарганца в известной шихте использовали три вида марганцевого сырья (N 1-3):1 агломерат с отношением Р/Мn выше верхнего предела; 2 агломерат с отношением Р/Мn выше верхнего предела и малофосфористый шлак с отношением ниже нижнего; 3 в шихту дополнительно вводили марганецсодержащие отходы производства.

В предлагаемый состав шихты вводили три вида агломерата: с промежуточным соотношением Р/Мn= 0,0042; с указанным соотношением на нижнем пределе Р/Мn= 0,0035 и верхнем предложенном пределе Р/Мn=0,005.

В табл. 2 приведены составы известной и предложенной шихты и показатели выплавки силикомарганца на этих шихтах по вариантам. Учитывая необходимость обоснования, наряду с заявляемыми пределами шихты, пределов соотношения Р/Мn в агломерате, в табл. 2 вариантом с известной шихтой противопоставлены результаты трех испытаний по каждому варианту предложенного состава шихты.

Проведенные исследования показали (табл. 2), что выплавка силикомарганца с применением в предложенный состав шихты марганцевого агломерата с отношением Р/Мn= 0,0035-0,005 позволяет получить силикомарганец с пониженным содержанием фосфора (Р<0,35%) при одновременном повышении извлечения в сплав марганца, кремния и снижения удельного расхода электроэнергии, что в условиях НЗФ позволит получить значительный экономический эффект.

Использование: черная металлургия, при производстве силикомарганца в электропечах. Сущность изобретения: шихта для выплавки силикомарганца содержит компоненты при следующем соотношении, мас. углеродистый восстановитель 12 18; кварцит 11 - 14; отходы производства 0,1 5,0; марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу, равным 0,0035 0,005 63,0 75,9. 2 табл.

ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СИЛИКОМАРГАНЦА, содержащая углеродистый восстановитель, кварцит, отходы производства и марганецсодержащее сырье, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего сырья она содержит марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу 0,0035 0,005 при следующем соотношении компонентов, мас.

Углеродистый восстановитель 12 18
Кварцит 11 14
Отходы производства 0,1 5,0
Марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу 0,0035 0,005 63,0 76,9