СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВОГО СЫРЬЯ Российский патент 2002 года по МПК C21B11/00 C22C33/04 

Изобретение относится к металлургии черных металлов и может быть использовано для производства ферромарганца и металлического марганца.

Известен способ производства малофосфористого марганцевого шлака для последующего его использования в получении ферромарганца и металлического марганца [1]. Шлак производят в дуговых ферросплавных печах мощностью 5 МВА - периодическим углетермическим процессом (или в печах 16,5-21,0 МВА непрерывным углетермическим процессом с дачей в шихту углеродистого восстановителя - коксика). В непрерывном процессе на 1 т передельного шлака расходуют 920-960 кВт•ч электроэнергии и 100 кг коксика. Основным сырьем, содержащим марганец, является концентрат марганцевой руды (например, Никопольского бассейна (ТУ 14-9-193-192)), с содержанием марганца 34-43%, фосфора 0,13-0,24%. В шлак переходит около 80% марганца, содержание фосфора в нем снижается до 0,015-0,020%.

Плавление шихты происходит одновременно с восстановлением фосфора, железа и частично марганца - около 10% от содержимого в шихте с образованием попутного металла. Электропроводность шихты увеличивается за счет углеродистого восстановителя - коксика и образующегося попутного металла.

Недостатком способа является нестабильность состава и свойств образующего оксидного расплава при одновременно протекающих процессах плавления сырья и восстановления из него металла.

В восстановительных условиях образования передельного шлака температура плавления оксида марганца увеличивается до 1850^oС. Для снижения температуры плавления шлака добавляют в шихту кремнеземсодержащие материалы.

Добавки (кварцит) кремнезема в шлак (26-29%) позволяют снизить температуру шлака до 1300^oС, но при этом снижается электропроводность шихты и увеличивается расход электроэнергии. При использовании передельного шлака для производства марганецсодержащих сплавов в электропечи расходуют дополнительно известь. На 1 т передельного шлака расходуют до 600 кг избыточной извести. Таким образом, увеличивается энергоемкость, материалоемкость процесса и кратность шлака.

Известен способ переработки минерального сырья, содержащего марганец, с извлечением металлов [2]. По данному способу марганецсодержащее сырье переплавляют в дуговой сталеплавильной печи с загрузкой его в виде смеси с известью между электродами, плавлением ее при вторичном напряжении 100-220 В, выпуском оксидного расплава в ковш и восстановлением металла в ковше путем смешивания его с восстановителями, содержащими кремний.

Недостатком способа является невозможность использования дешевого углеродосодержащего топлива в электродуговой печи вследствие ее конструктивных особенностей, а также потери электроэнергии в начале плавления вследствие низкой электропроводности оксидного минерального сырья. Плавление минерального сырья без применения углеродосодержащего топлива целесообразно для получения сплавов с низким содержанием фосфора низкоуглеродистого ферромарганца и металлического марганца путем смешивания в ковше оксидного расплава с восстановителем, содержащим кремний.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ переработки железомарганцевого сырья, включающий его расплавление и частичное восстановление углеродом железа, фосфора в печи жидкофазного восстановления в барботируемом слое жидкого шлака с загрузкой угля, флюсов и вдуванием кислородсодержащего газа через 2 ряда фурм [3]. Способ позволяет получить из низкосортного сырья с низким содержанием марганца передельный шлак, содержащий более 40% оксидов марганца, и менее 0,15% железа, и менее 0,1% фосфора, пригодный для производства ферромарганца и металлического марганца.

Недостатком является то, что жидкий передельный марганецсодержащий шлак подвергается грануляции, его теплосодержание полностью теряется и не используется в последующем производственном процессе получения марганецсодержащих сплавов.

Данное изобретение направлено на снижение материалоемкости и энергоемкости производства, расширение сортамента и расширение сырьевой базы, в том числе на использование некондиционного сырья и отходов производства для получения марганцевых ферросплавов.

Поставленная техническая задача решается тем, что способ переработки железомарганцевого сырья включает его расплавление и частичное восстановление расплава в печи жидкофазного восстановления с барботируемым жидким слоем шлака при подаче угля в качестве углеродосодержащего материала, с образованием передельного чугуна и передельного оксидного марганецсодержащего шлака, после образования оксидного марганецсодержащего шлака из печи выпускают чугун, а оксидный марганецсодержащий шлак продувают кислородсодержащим газом с одновременной добавкой извести и/или известняка, оксидный марганецсодержащий шлак подвергают дальнейшей переработке для получения ферромарганца и/или металлического марганца.

Способ осуществляется следующим образом. Некондиционная железомарганцевая руда любого минералогического состава, а также отвальные шлаки, содержащие до 20% марганца, непрерывно загружаются вместе с необходимым количеством некоксующего угля, извести и/или известняка в печь жидкофазного восстановления РОМЕЛТ, работающую с вдуванием обогащенного кислородом воздушного дутья в барботируемый слой жидкого шлака через нижний ряд фурм и с использованием технического кислорода через второй ряд фурм над слоем шлака. За счет тепла, выделяющегося при сгорании С загружаемого угля в слое барботируемого шлака, а также выделяющихся СО и Н₂ над слоем шлака, марганецсодержащее сырье расплавляется и оксиды железа, а также ряд других металлов восстанавливаются углеродом угля с образованием чугуна. Образующийся передельный чугун выпускают из печи через чугунную летку. Передельный шлак - оксидный марганецсодержащий расплав продувают через верхний ряд фурм кислородсодержащим газом с одновременной добавкой извести и/или известняка. В оксидный марганецсодержащий расплав вводят восстановитель, в качестве восстановителя марганца - сплавы, содержащие кальций, алюминий, кремний, в том числе отходы производства кремнистых сплавов.

Ниже приведены примеры осуществления процесса.

Пример 1.

В печь жидкофазного восстановления загружают некоксующийся каменный уголь, содержащий 69,9% С, 20% летучих, 10,4% золы, и через нижний ряд фурм одновременно дают дутье - воздух, обогащенный кислородом. После разогрева печи загружают шихту, состоящую из марганцевой руды Усинского месторождения (26,1% Mn; 5,9% Fe; 0,16 Р; 12% SiО₂; 12,5% CaO; ППП 14%), 1500 кг, некоксующего каменного угля 500 кг, 450 кг известняка. После расплавления шихты из печи выливают чугун, а марганецсодержащий оксидный шлак продувают кислородсодержащим газом и постепенно добавляют известь и/или известняк. На 1 т расплавленной руды дают 0,2 т извести. В печь дают последовательно отходы производства ферросилиция, образующиеся при чистке ковшей и изложниц, содержащие до 50% SiО₂ и 25% SiC, а затем ферросиликомарганец. После прекращения реакций восстановления металла и окисления углерода получают среднеуглеродистый ферромарганец и отвальный шлак.

Пример 2.

Разогрев печи жидкофазного восстановления, загрузку шихты и плавление проводят так же, как в примере 1.

Марганцевую руду Парнокского месторождения (Mn_общ 53,8%; Fe_общ 6,6%; SiО₂ 11,3%; СаО 2,15%; Al₂О₃ 4,5%; MgO 3,3%; Р 0,25%; ППП 11,83%) мелкую без окомкования и предварительной термической обработки загружают в том же соотношении с каменным углем и известью. После расплавления шихты из печи выливают чугун, а марганецсодержащий оксидный шлак продувают кислородсодержащим газом и постепенно добавляют известь и/или известняк. На 1 т расплавленной руды дают 0,2 т извести. В оксидный марганцевый шлаковый расплав вводят до 50% восстановителя от необходимого количества, после прекращения реакции металл и шлак выпускают из печи. Оксидный марганецсодержащий шлак выливают в футерованный и разогретый ковш, температура оксидного марганецсодержащего шлака не ниже 1600^oС, определяют вес шлака и постепенно загружают в него восстановитель - отходы от разливки ферромарганца и силикомарганца и кремнийсодержащий восстановитель, например ферросилиций 65.

После прекращения реакции на поверхности ковша и появления плены шлак продувают азотом и/или аргоном для перемешивания в течение 3-5 минут. Получают низкоуглеродистый ферромарганец и/или металлический марганец.

Источники информации
1. Б.Ф.Величко, В.А.Гаврилов, М.И.Гасик и др. Металлургия марганца. Украина, Киев: Техника, 1996 г., с. 156-162, 290-300.

2. Патент RU 2153023 (13) C1, C 21 В 13/00, С 22 В 33/04. Опубл. 20.07.00.

3. Патент RU 2139938 (13) С1, С 21 В 13/04.

Изобретение относится к металлургии черных металлов и может быть использовано для производства ферромарганца и металлического марганца. Сущность изобретения: любое железомарганцевое сырье - некондиционная железомарганцевая руда любого минералогического состава, а также отвальные шлаки, содержащие до 20% марганца, непрерывно загружается вместе с необходимым количеством некоксующегося угля, извести и/или известняка в печь жидкофазного восстановления РОМЕЛТ, работающую с вдуванием обогащенного кислородом воздушного дутья в барботируемый слой жидкого шлака через нижний ряд фурм и с использованием технического кислорода через второй ряд фурм над слоем шлака. За счет тепла, выделяющегося при сгорании С загружаемого угля в слое барботируемого шлака, а также выделяющихся СО и Н₂ над слоем шлака, марганецсодержащее сырье расплавляется и оксиды железа, а также ряд других металлов восстанавливаются углеродом угля с образованием чугуна. Образующийся передельный чугун выпускают из печи через чугунную летку. Передельный шлак - оксидный марганецсодержащий расплав продувают кислородсодержащим газом с одновременной добавкой извести и/или известняка, вводят металлический восстановитель, используя в качестве восстановителя марганца кремний-, кальций-, алюминийсодержащие сплавы, что позволяет снизить материалоемкость и энергоемкость производства, расширить сортамент и сырьевую базу, в том числе использовать некондиционное сырье и отходы производства для получения марганцевых ферросплавов. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки железомарганцевого сырья, включающий его расплавление и частичное восстановление расплава в печи жидкофазного восстановления с барботируемым жидким слоем шлака при подаче угля в качестве углеродосодержащего материала с образованием передельного чугуна и передельного оксидного марганецсодержащего шлака, отличающийся тем, что после образования передельного оксидного марганецсодержащего шлака из печи выпускают чугун, а оксидный марганецсодержащий шлак продувают кислородсодержащим газом через верхний ряд фурм с одновременной добавкой извести и/или известняка, шлак подвергают дальнейшей переработке для получения ферромарганца и/или металлического марганца. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в оставшийся в печи оксидный марганецсодержащий шлак вводят восстановитель с получением среднеуглеродистого ферромарганца. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в оставшийся в печи оксидный марганецсодержащий шлак вводят до 50% восстановителя от необходимого количества, после прекращения реакции металл и шлак выпускают из печи, в шлак вводят оставшуюся часть восстановителя до получения среднеуглеродистого ферромарганца. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что после прекращения реакции на поверхности шлака расплав продувают газом нейтрального или восстановительного состава с получением низкоуглеродистого ферромарганца и/или металлического марганца. 5. Способ по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используются отходы от производства ферросилиция.