ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ УГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОМАРГАНЦА Российский патент 2003 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к ферросплавному производству, а именно к выплавке углеродистого ферромарганца флюсовым процессом.

В настоящее время углеродистый ферромарганец, получаемый флюсовым процессом, выплавляется в печах мощностью от 5 до 63 МВт на шихте, состоящей из марганцевого концентрата первого сорта Никопольского месторождения, известняка и углеродистого восстановителя (кокса). Использование флюса в шихте обусловлено тем, чтобы повысить извлечение марганца в сплав и за счет этого разбавить в нем концентрацию фосфора до содержаний, отвечающих ГОСТу. Однако ухудшение качества исходного марганецсодержащего сырья от 43-45% до 37-39% при постоянной концентрации фосфора в сырье (0,21%) приводит к повышению содержания фосфора в углеродистом ферромарганце от 0,45 до 0,5-0,55%, что ограничивает его использование в сталеплавильном производстве; при этом извлечение марганца в сплав не превышает 73% при высокой кратности шлака (более 2) и расходе электроэнергии более 4,5 тыс.кВтч/т.

По действующей на заводах технологической инструкции для обеспечения получения стандартного по фосфору углеродистого ферромарганца в шихту присаживают предварительно обесфосфоренное сырье - передельный марганцевый шлак (от 30 до 100% марганецсодержащего сырья). При этом технико-экономические показатели производства углеродистого ферромарганца в зависимости от количества введенного передельного марганцевого шлака снижаются.

Известна шихта для выплавки углеродистого ферромарганца, включающая марганцевую руду, доломит и кокс и содержащая дополнительно магнезит при следующем соотношении компонентов, мас.%: марганцевая руда - 56,0-68,0, доломит - 0,5 - 0,7, магнезит - 18,5-25,0, кокс - 12,0-14,0 (Авторское свидетельство СССР 1211324, МПК С 22 С 33/04, опубл. 1986).

Недостатками аналога являются высокая кратность шлака как за счет введения значительного количества флюсующих добавок, так и использование в качестве марганецсодержащего сырья бедных железомарганцевых руд.

Известна шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца, включающая марганецсодержащее сырье, известняк (доломит), железосодержащий материал и коксик. В качестве железосодержащего материала шихта содержит обожженные сидериты при следующем соотношении компонентов, мас.%: известняк (доломит) - 16-24, обожженные сидериты - 4-8, коксик - 11-16, марганецсодержащее сырье - остальное (Авторское свидетельство СССР 1157108, МПК С 22 С 33/04, опубл. 1985).

Недостатком аналога является введение в ее состав обожженных сидеритов вместо железной стружки, что приводит к необходимости увеличения доли углеродистого восстановителя в шихте, а следовательно, к понижению электросопротивления шихты, что может явиться причиной расстройства хода работы электропечи (высокая посадка электродов, появление свищей и т.д.).

Известна также шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца, содержащая марганцевое сырье, восстановитель, флюс (известняк, доломит) и железистые добавки. В качестве флюса и железистых добавок шихта содержит офлюсованный железомарганцевый спек при следующем соотношении компонентов, мас. %: восстановитель - 10-14, офлюсованный железомарганцевый спек - 32-48, марганцевое сырье - остальное. В свою очередь офлюсованный железомарганцевый спек имеет следующий химический состав, мас.%: железо - 3-12, глинозем - 1-6, кремнезем - 11-18, оксид кальция - 27-34, оксид магния - 2-5, марганец - остальное (Авторское свидетельство СССР 1252377, МПК 33/04, опубл. 1986).

Недостатком указанной шихты является высокая концентрация кремнезема в железомарганцевом спеке, что в совокупности с высокой концентрацией кремнезема в исходном марганцевом сырье приводит к повышению кратности шлака и дополнительным потерям с ним марганца.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является шихта, в состав которой входит марганецсодержащее сырье, состоящее из смеси флотационного и дитионатного концентратов, взятых в отношении 1:1, углеродистый восстановитель и флюс. При выплавке углеродистого ферромарганца с применением в шихте дитионатного концентрата установлено, что извлечение марганца в металл составляет 73,95%, что на 2,8% выше, чем на шихте, в состав которой входит низкофосфористый шлак. Кратность шлака при этом составляет 0,96, расход электроэнергии снижается на 10% (Габриадзе Н.Д. "Перспективы использования концентратов химических и гидрометаллургических способов обогащения в производстве марганцевых ферросплавов". - Сб. "Марганец" 2 (23), город Тбилиси, Издательство "Мецниереба", 1970, с.17).

Недостатками состава шихты-прототипа являются - низкое извлечение марганца; необходимость специальной подготовки флотоконцентрата (сушка, окускование, обжиг); высокие кратность шлака и расход электроэнергии.

Техническим результатом изобретения является расширение сферы использования исходных железомарганцевых конкреций и химконцентратов, улучшение с их применением на стадии выплавки углеродистого ферромарганца всех его технико-экономических показателей, а именно извлечение марганца, расход электроэнергии, кратность шлака, качество ферромарганца.

Для достижения этого технического результата шихта для выплавки углеродистого ферромарганца содержит марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс. В качестве марганецсодержащего сырья используется смесь химического концентрата и железомарганцевых конкреций, взятых при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Химический концентрат - 70,0 - 90,0
Железомарганцевые конкреции - 10,0 - 30,0
Химический концентрат может иметь следующий состав, мас.%:
Мn - 47,5 - 67,7
FeO - 0,07 - 0,59
CaO - 0,16 - 1,43
MgO - 1,75 - 2,78
Аl₂O₃ - 0,37 - 1,28
Na₂O - 0,15 - 1,78
SiO₂ - 0,1 - 0,5
P₂O₅ - 0,01 - 0,05
S - 0,3 - 3,0
Примеси - Остальное
Железомарганцевые конкреции могут иметь следующий химический состав, мас.%:
MnO - 20,0 - 35,0
FeO - 3,0 - 20,0
SiO₂ - 15,0 - 40,0
CaO - 1,5 - 6,0
MgO - 0,8 - 4,0
Al₂O₃ - 3,5 - 7,0
P₂O₅ - 0,5 - 4,5
Примеси - Остальное
В качестве марганецсодержащего материала используется специально изготовленный из железомарганцевых конкреций химический концентрат, который практически полностью состоит из соединений марганца (см. табл. 1) и железомарганцевых конкреций, взятых в оптимальном соотношении.

Выбранное соотношение между химическим концентратом и железомарганцевыми конкрециями в шихте определяется прежде всего тем, что при содержании железомарганцевых конкреций в шихте выше 30% невозможно получить углеродистый ферромарганец с содержанием фосфора менее 0,45%, при этом растет кратность шлака и расход электроэнергии, а понижение же количества железомарганцевых конкреций ниже 10% увеличивает вероятность потерь марганца в газовую фазу (улет) за счет возможного раскрытия колошника и перехода работы печи в дуговой режим.

Высокий разброс по концентрации марганца в химическом концентрате (от 47 до 67%) объясняется методом его осаждения из раствора, то есть содержащийся в нем марганец может находиться как в виде карбоната марганца (МnСО₃), тогда его содержание в химическом концентрате находится на уровне 47% (см. 2 табл. 1), так и в виде двуоксида марганца (MnO₂), тогда его концентрация составит 61-63% (см. 1 табл.1). Колебания концентраций марганца в исходном оксидном химическом концентрате могут зависеть и от различной степени окисленности содержащегося в нем марганца (МnО, Мn₂O₃, Мn₃O₄) ( 3 табл.1).

Пример.

Выплавку углеродистого ферромарганца проводят в дуговой электропечи мощностью 120 кВт при напряжении на низкой стороне 60-85 В. В состав шихты входит химический концентрат, железомарганцевые конкреции, известь (флюс) и коксик. Количество коксика в шихту задают в соответствии с расчетом, исходя из концентраций марганца в исходном сырье, а извести в соответствии с содержанием в нем пустой породы (SiO₂, Al₂O₃ и др.) до отношения СаО:SiO₂= 1,1-1,35.

Соотношение марганецсодержащих видов сырья в шихте приведены в табл.2. Помимо указанных в табл.2 технологических вариантов, с целью сопоставления технико-экономических показателей плавок была проведена серия плавок с шихтой-прототипом. Средневзвешенные химические составы рудной части шихты приведены в той же таблице.

Химический состав используемых железомарганцевых конкреций имеет следующий состав, маc.%: МnО - 20-35 (27,5); SiO₂ - 15-40 (22,8); FeO - 10-20 (15), Р - 1,0.

Химический концентрат имеет следующий состав, мас. %: Мn - 47-67,7 (63,5); P₂O₅ - 0,01-0,05 (0,02); FeO - 0,1-0,6 (0,25); S - 0,3-3 (1,5); SiO₂ - 0,1-0,5 (0,3).

Усредненный состав марганецсодержащей части шихты-прототипа имеет следующий состав, мас.%: Мn - 40,42%; Fe - 2,5; P - 0,14; SiO₂ - 10,10.

Выплавку ферромарганца ведут непрерывным процессом, шлак и металл выпускают каждые 40 минут и все показатели работы печи по всем сериям опытных плавок углеродистого ферромарганца приведены в той же таблице.

Хорошее состояние колошника печи и стабильность процесса плавки, обусловленные использованием в рудной части хорошо подготовленных железомарганцевых конкреций и химического концентрата при определенном их соотношении, обеспечивают высокие показатели по извлечению марганца. Из сопоставления удельных расходов электроэнергии видно, что наименьшее значение данного показателя соответствует смеси химического концентрата и железомарганцевых конкреций, в которой последние составляют от 10 до 30%. Худшие показатели соответствуют смесям с большей долей в них железомарганцевых конкреций, что объясняется обеднением рудной части шихты по марганцу с одновременным увеличением кратности шлака.

Данные опытных плавок свидетельствуют о полной технической возможности производства стандартного углеродистого ферромарганца с содержанием фосфора менее 0,45% флюсовым процессом с применением в шихте исходных железомарганцевых конкреций.

Более высокое извлечение марганца, полученное на предлагаемом составе шихты, объясняется прежде всего тем, что содержание марганца в исходном сырье выше на 6-15%, при этом концентрация пустой породы составляет менее 10%, что позволяет даже при более высоком содержании фосфора в смеси получить углеродистый ферромарганец, соответствующий существующим ГОСТам.

Предложенный состав шихты может быть внедрен на любом металлургическом предприятии, имеющем в наличие руднотермические электропечи.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к ферросплавному производству, а именно к выплавке углеродистого ферромарганца флюсовым процессом. Шихта содержит марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс. В качестве марганецсодержащего сырья используется смесь химического концентрата и железомарганцевых конкреций, взятых при следующем соотношении компонентов, мас.%: химический концентрат 70-90, железомарганцевые конкреции 10-30. Изобретение позволяет расширить сферу использования исходных железомарганцевых конкреций и химконцентратов, улучшить с их применением на стадии выплавки углеродистого ферромарганца всех его технико-экономических показателей, а именно извлечение марганца, расход электроэнергии, кратность шлака, качество ферромарганца. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Шихта для выплавки углеродистого ферромарганца, включающая марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего сырья используют смесь химического концентрата и железомарганцевых конкреций, взятых при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Химический концентрат - 70-90
Железомарганцевые конкреции - 10-30
2. Шихта для выплавки углеродистого ферромарганца по п. 1, отличающаяся тем, что химический концентрат имеет следующий состав, мас. %:
Mn - 47,5-67,7
FeO - 0,07-0,59
СаО - 0,16-1,43
MgO - 1,75-2,78
Al₂O₃ - 0,37-1,28
Na₂O - 0,15-1,78
SiO₂ - 0,1-0,5
Р₂О₅ - 0,01-0,05
S - 0,3-3,0
Примеси - Остальное
3. Шихта для выплавки углеродистого ферромарганца по п. 1, отличающаяся тем, что железомарганцевые конкреции имеют следующий химический состав, мас. %:
Mn - 20,0-35,0
FeO - 3,0-20,0
SiO₂ - 15,0-40,0
СаО - 1,5-6,0
MgO - 0,8-4,0
Al₂O₃ - 3,5-7,0
Р₂О₅ - 0,5-4,5
Примеси - Остальное