ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИКОМАРГАНЦА Российский патент 2012 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке марганцевого сырья плавкой в дуговых электропечах, и может быть использовано для выплавки ферросиликомарганца с пониженным содержанием фосфора.

В настоящее время российские предприятия, производящие марганецсодержащие ферросплавы, работают в сложных условиях, связанных с отсутствием качественного отечественного марганцевого сырья. Большая часть марганцевых руд России имеет относительно невысокое содержание марганца (19-35% Mn) и высокое отношение P/Mn=0,0052-0,042, что делает невозможным получение сплавов с содержанием фосфора менее 0,35%.

Высококачественные марганцевые руды Габона, ЮАР, Индии, Австралии и некоторых других стран характеризуются высоким содержанием марганца (~50%) и отношением P/Mn≤0,0021. Они пригодны для производства востребованных на рынке низкофосфористых сплавов. В то же время импортные материалы обладают достаточно высокой стоимостью и требуют дополнительных расходов на доставку.

Известна шихта для выплавки ферросиликомарганца, состоящая из углеродистого восстановителя, флюса и марганцевого сырья [Справочник по электротермическим процессам / Б.И.Емлин, М.И.Гасик. М.: Металлургия, 1978, 288 с.], применяемая на Никопольском заводе ферросплавов. Ниже приведен типовой состав шихты, кг (мас.%):

Углеродистый восстановитель (коксик) 486 (15,7) Флюс (доломит) 171 (5,5) Флюс (кварцит) 470 (15,2) Марганцеворудное сырье (агломерат и концентрат) 1971 (63,6)

Недостатком данной шихты является получение ферросиликомарганца с высоким содержанием фосфора (>0,35% P).

Известна шихта для выплавки ферросиликомарганца низкофосфористых групп с использованием дополнительного передела и получением на первой стадии малофосфористого шлака, количество которого в шихте второй стадии определяется требуемым содержанием фосфора в конечном металле. Шихта состоит из углеродистого восстановителя, флюса, марганецсодержащих отходов, железорудных окатышей, малофосфористого марганцевого шлака и низкофосфористого марганцеворудного сырья [Технология марганцевых ферросплавов. Ч.2. Низкоуглеродистые сплавы. Жучков В.И., Смирнов Л.А., Зайко В.П. Екатеринбург: УрО РАН, 2008, 442 с.]. Ниже приведен состав шихты для выплавки ферросиликомарганца с содержанием 0,15% фосфора, кг (мас.%):

Углеродистый восстановитель (кокс) 310 (12,6) Флюс (известняк) 60 (2,4) Флюс (кварцит) 250 (10,2) Марганецсодержащие отходы и вторичное сырье 200 (8,2) Окатыши 55 (2,2) Малофосфористый марганцевый шлак 900 (36,7) Марганцеворудное сырье (низкофосфористая   марганцевая руда (Австралия) 680 (27,7)

К преимуществам данного состава шихты относится возможность получения низкофосфористого ферросиликомарганца с содержанием 0,15% фосфора в металле.

Недостатком данной шихты является необходимость использования малофосфористого марганцевого шлака для обеспечения заданного содержания фосфора в сплаве, что требует дополнительной технологической стадии в условиях производства и может быть реализовано лишь на предприятиях, обладающих соответствующими свободными дополнительными мощностями. При этом снижается производительность, повышается удельный расход электроэнергии, снижается извлечение марганца и увеличивается стоимость сырья.

В качестве прототипа выбрана шихта [Патент РФ №2047664, МПК6 C22C 33/04, опубл. 10.11.1995], позволяющая получать ферросиликомарганец с пониженным содержанием фосфора (<0,35% P), включающая: углеродистый восстановитель; флюс; отходы производства и марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,005, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродистый восстановитель 12-18 Флюс (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

К преимуществам данного состава шихты относится возможность получения низкофосфористого ферросиликомарганца и использование марганецсодержащих отходов.

Недостатком известной шихты является использование марганцевого агломерата с низким содержанием фосфора. Такого сырья в РФ очень мало, его стоимость высока и применение в производстве ограничено.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение ферросиликомарганца с низким содержанием фосфора (менее 0,35% P), повышение степени извлечения марганца в металл, снижение удельного расхода электроэнергии и вовлечение в переработку марганецсодержащих техногенных отходов.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая шихта для выплавки ферросиликомарганца в дуговых электропечах содержит марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс, согласно изобретению в качестве марганецсодержащего сырья шихта содержит шлак производства марганцевых ферросплавов и дополнительно ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродистый восстановитель 3-10 Флюс 7-20 Ферросилиций 1-7 Шлак производства марганцевых ферросплавов остальное

Предлагаемый состав и соотношение шихтовых материалов позволяет обеспечить благоприятные физико-химические условия в ванне электропечи, способствующие увеличению степени восстановления и перехода марганца из оксидного состояния в металлическую фазу и снижению удельного расхода электроэнергии.

Введение в шихту шлака производства марганцевых ферросплавов позволяет вовлечь в переработку техногенные отходы металлургического производства и получить ферросиликомарганец без использования малофосфористого шлака и высокосортных марганцевых руд.

Выбор граничных значений компонентов шихты определен экспериментально и обусловлен требованиями к составу ферросиликомарганца по ГОСТ 4756-91, а также различием в химическом составе исходных шихтовых материалов.

Содержание углеродистого восстановителя в шихте в количестве 3-10 мас.% определено из его стехиометрически необходимого количества на восстановление оксидов марганца шихты с учетом отклонений для регулирования технологического процесса. Недостаток восстановителя (менее 3 мас.%) приводит к снижению степени извлечения марганца, потери части марганца, находящегося в оксидном состоянии со шлаками, и перерасходу кремния ферросилиция на восстановление марганца, что влечет за собой различного рода нарушения технологического процесса. При избытке восстановителя более 10 мас.% происходит неоправданный перерасход восстановителя и потеря непрореагировавшей части восстановителя со шлаками во время разливки, что сопровождается ухудшением технико-экономических показателей.

Пределы содержания флюса обусловлены особенностями карботермического процесса получения ферросиликомарганца. Экспериментально установлено, что при выплавке ферросиликомарганца оптимальной является добавка флюса в количестве 7-20 мас.%. При снижении количества флюса менее 7 мас.% получаются так называемые «кислые» шлаки с повышенным содержанием SiO₂, что приводит к осложнению протекания реакций восстановления марганца и снижению степени перехода марганца в металлическую фазу. При вводе флюса более 20 мас.% происходит неоправданный перерасход флюса, повышается кратность шлака и возрастает удельный расход электроэнергии.

Введение в шихту менее 1 мас.% ферросилиция приводит к выплавке ферросиликомарганца с низким содержанием кремния и не позволяет получить стандартный по кремнию ферросплав (согласно требованиям ГОСТ 4756-91), а при содержании ферросилиция более 7 мас.% получается сплав с избыточным содержанием кремния, происходит необоснованный перерасход ферросилиция, что влечет за собой увеличение себестоимости продукции.

Изобретение иллюстрируется опытными плавками, проведенными в печи Таммана.

В качестве шихтовых материалов использовались: шлак производства марганцевых ферросплавов (химический состав представлен в табл.1), коксик (углеродистый восстановитель) с содержанием 84 мас.% C, известь (флюс) с содержанием 90 мас.% CaO и ферросилиций с содержанием 65 мас.% Si.

В табл.2 приведены составы шихт и результаты опытных плавок. Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый состав шихты обеспечивает получение стандартного ферросиликомарганца с низким содержанием фосфора (менее 0,35 мас.%). Содержание всех компонентов в выплавленном ферросиликомарганце находится в пределах требований ГОСТ 4756-91.

Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения относительно дешевого марганцевого сырья и получения широко востребованного высококачественного ферросиликомарганца.

Таблица 1 Химический состав шлака от производства марганцевых ферросплавов, мас.% Mn_общ Si_общ CaO Al₂O₃ MgO 47,5 18,7 5,15 4,96 1,22

Таблица 2 Состав шихт и результаты опытных лабораторных плавок № п/п Материалы, мас.% Содержание в сплаве, мас.% Степень извлечения марганца в сплав, % Примечание Шлак от производства марганцевых ферросплавов Ферросилиций Коксик Известь Mn Si P 1 86,5 0,5 3 10 67,0 14,5 0,20 81,5 За пределами формулы 2 91,0 1,0 3 5 63,0 14,7 0,20 77,0 За пределами формулы 3 86,0 1,0 3 10 67,0 15,1 0,20 81,6   4 78,0 7,0 5 10 66,2 19,8 0,20 82,0   5 74,0 6,0 10 10 66,4 19,2 0,20 82,5   6 70,0 6,0 5 19 66,2 18,7 0,19 82,1   7 77,0 8,0 5 10 65,5 20,2 0,20 82,0 За пределами формулы 8 72,0 6,0 12 10 66,4 19,2 0,19 82,5 За пределами формулы 9 64,0 6,0 5 25 66,2 18,7 0,19 81,7 За пределами формулы

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке марганцевого сырья для выплавки ферросиликомарганца в дуговых печах с содержанием фосфора менее 0,35%. Шихта содержит, мас.%: углеродистый восстановитель 3-10, флюс 7-20, ферросилиций 1-7, шлак производства марганцевых ферросплавов остальное. Изобретение позволяет повысить степень извлечения марганца в металл, снизить удельный расход электроэнергии и вовлечь в переработку марганецсодержащие техногенные отходы. 2 табл.

Шихта для выплавки ферросиликомарганца в дуговых электропечах, содержащая марганцевое сырье, углеродистый восстановитель и флюс, отличающаяся тем, что в качестве марганцевого сырья она содержит шлак производства марганцевых ферросплавов и дополнительно ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углеродистый восстановитель 3-10 Флюс 7-20 Ферросилиций 1-7 Шлак производства марганцевых ферросплавов Остальное