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

Изобретение относится к металлургии ферросплавов, а именно к способам получения марганцевых ферросплавов, и может быть использовано для получения высокоуглеродистого ферромарганца.

Для получения высокоуглеродистого ферромарганца известна шихта, включающая марганецсодержащее сырье, кокс, известняк и железосодержащие металлодобавки (Гасик М.И. Марганец. М.: Металлургия. 1992. 608 с.). В зависимости от состава марганецсодержащего сырья (руды или концентрата) на получение 1 т высокоуглеродистого ферромарганца расходуется 2200-2700 кг марганецсодержащего сырья, 400-700 кг кокса, 200-600 кг известняка, 0-300 кг железосодержащих металлодобавок (Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. М.: Металлургия. 1988. 784 с.). Постоянное удорожание марганецсодержащего сырья вообще и низкофосфористого, в частности, требует изыскания методов снижения удельного расхода марганецсодержащего сырья (руды, концентратов).

Техническим результатом, достигаемым в изобретении, является снижение удельного расхода марганецсодержащего сырья и известняка и снижение содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце.

Предлагаемая шихта отличается от известной тем, что для получения высокоуглеродистого ферромарганца она, помимо марганецсодержащего сырья, кокса, известняка и железосодержащих добавок, дополнительно включает отвальный шлак процесса выплавки металлического марганца силикотермическим способом, мас.%:

отвальный шлак силикотермической плавки   металлического марганца 1-88 кокс 5-25 известняк 0-20 железосодержащие добавки 0-10 марганецсодержащее сырье остальное

Шлак процесса выплавки металлического марганца силикотермическим способом содержит, мас.%: 20-22 MnO; 0,003-0,005 P; 27-29 SiO₂; 43-46 CaO; 2-4 Al₂O₃; 2-4 MgO; 0,1-0,2 FeO; 0,1-0,2 S. Процесс выплавки металлического марганца этим способом характеризуется высокой кратностью шлака (3,5-4), значительными потерями марганца с отвальным шлаком, большим содержанием оксида кальция и весьма низким содержанием фосфора в шлаке. Шлак этого процесса отвальный, следовательно, содержащийся в нем марганец теряется. Извлечение марганца в металл в этом процессе не превышает 60-65% (Лякишев Н.П., Гасик М.И., Дашевский В.Я. Металлургия ферросплавов. Ч.1. М.: Учеба. 117 с.). Повышенное содержание марганца в шлаке силикотермической плавки металлического марганца, весьма низкое содержание фосфора и высокое содержание оксида кальция позволяют рассматривать его как перспективный шихтовой материал для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца.

Введение в шихту для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца шлака силикотермической плавки металлического марганца позволяет не только полезно извлечь часть марганца из шлака, которая безвозвратно теряется, но и за счет этого снизить удельный расход марганецсодержащего сырья. Содержание фосфора в марганецсодержащем сырье (руде, концентратах) составляет 0,2-0,3%, редко 0,10-0,15%. Поскольку снизится количество марганецсодержащего сырья в шихте для выплавки ферромарганца, следовательно, снизится и количество фосфора, вносимого этим сырьем, и тем самым снизится содержание фосфора в ферромарганце. Высокое содержание оксида кальция (43-46%) в этом шлаке при вводе его в шихту для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца позволит существенно сократить расход известняка.

По результатам исследований выбранное количество шлака силикотермической плавки металлического марганца для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца улучшает технико-экономические показатели процесса производства высокоуглеродистого ферромарганца: снижает удельный расход марганецсодержащего сырья и известняка, а также снижает содержание фосфора в металле.

Снижение количества шлака силикотермической плавки металлического марганца в шихте ниже 1% практически не обеспечивает достижение поставленной цели. Показатели выплавки высокоуглеродистого ферромарганца в этом случае не лучше таковых для случая использования только марганецсодержащего сырья (руды, концентратов). Количества шлака силикотермической плавки металлического марганца в шихте выше 88% может привести к и снижению всех технико-экономических показателей процесса.

Выбранные пределы по содержанию в шихте кокса обеспечивают наиболее полное извлечение марганца в металл. Снижение доли кокса в шихте <5% и повышение >20% приводит к снижению извлечения марганца в металл, в первом случае за счет недостатка восстановителя, а во втором - за счет нежелательного извлечения в металл других элементов, содержащихся в шихте, например, кремния. Количество известняка взято из расчета получения в процессе выплавки высокоуглеродистого ферромарганца шлака оптимальной основности (CaO/SiO₂=1,0÷1,6), обеспечивающей высокие технико-экономические показатели процесса. Количество железосодержащих металлодобавок взято из расчета получения в процессе выплавки высокоуглеродистого ферромарганца металла, содержание железа в котором отвечает требованиям стандарта.

Пример. Для составления шихты использовали: в качестве марганецсодержащего сырья полученный из концентрата марганцевой руды Никопольского месторождения агломерат, содержащий, мас.%: 49,02 Mn; 1,2 Fe₂O₃; 0,224 P; 17,1 SiO₂; 4,3 CaO; 2,2 Al₂O₃; 1,4 MgO; 0,13 S; кокс; известняк; стальную стружку; шлака силикотермической плавки металлического марганца следующего состава, мас.%: 15,7 Mn; 0,2 FeO; 0,005 P; 27,9 SiO₂; 45,4 CaO; 3,3 MgO; 3,5 Al₂O₃; 0,19 S. Компоненты шихты в указанном ниже соотношении смешивали и загружали в рудно-термическую электропечь. Процесс вели непрерывно, периодически выпуская металл и шлак. При необходимости для поддержания оптимальной основности шлака в шихту дополнительно добавляли кварцит в требуемом количестве Варианты выплавки высокоуглеродистого ферромарганца на шихте, известного и предложенного состава, приведены в таблице.

Таблица Показатель Шихта известная предлагаемая 1 2 3 4 Состав шихты, мас.%:           - отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца 0 20,0 40,0 60,0 88,0 - кокс 15,16 14,91 13,62 12,17 6,47 - известняк 17,72 6,01 0,47 0 0 - стальная стружка 3,18 3,02 2,99 2,32 1,23 - марганцевый агломерат (48% Mn) 63,94 56,06 42,92 25,51 0 - кварцит 0 0 0 0 4,30

Состав ферромарганца, мас.%:           Mn 79,03 78,49 77,53 76,22 72,56 Fe 12,35 12,67 12,11 11,91 11,32 С 6,42 6,39 6,30 6,20 5,93 Si 1,78 2,49 3,76 5,38 10,16 Р 0,41 0,36 0,34 0,29 0,03 S 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 Состав шлака, мас.%:           MnO 15,58 14,41 13,63 9,32 5,24 FeO 0,13 0,09 0,07 0,05 0,02 SiO₂ 34,05 34,46 34,70 34,27 36,18 CaO 40,89 41,36 41,64 47,98 50,56 Al₂O₃ 6,03 5,89 5,80 5,09 4,17 MgO 3,01 3,53 3,92 4,01 3,69 P₂O₅ 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 Основность шлака CaO/SiO₂ 1,2 1,2 1,2 1,4 1,4 Кратность шлака, т/т 1,01 1,41 2,10 3,15 6,92 Удельный расход шихтовых материалов, кг/т:           - отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца 0 665 1501 2702 7848 - кокс 490 496 511 548 577 - известняк 573 200 18 0 0 - стальная стружка 103 100 101 104 107 - марганцевый агломерат (48% Mn) 2067 1865 1622 1149 0 - кварцит 0 0 0 0 383 Извлечение марганца из шихты, % 78,01 75,01 69,99 65,02 60,01 Снижение удельного расхода материалов, мас.%:           - марганцевого агломерата (48% Mn) 0 9,77 21,53 44,41 100 - известняка 0 65,10 96,86 100 100 Доля марганца, вносимого шихтовыми материалами, %:           - марганцевым агломератом (48% Mn) 100 90,35 75,74 57,23 0 - отвальным шлаком силикотермической плавки металлического марганца 0 9,65 24,26 42,77 100 Извлечение марганца, %:           - из марганцевого агломерата (48% Mn) 78,0 78,0 78,0 78,0 0 - из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца, % 0 46,96 45,03 47,67 60,01

Как видно из таблицы, преимуществом использования для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца предлагаемой шихты является возможность снижения удельного расхода марганецсодержащего сырья до 100%, снижения удельного расхода известняка до 100%, снижения содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце до 0,03%, извлечение из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца до 60 отн.% марганца, который в настоящее время безвозвратно теряется.

Оптимальным вариантом предлагаемой шихты является вариант 2, при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца по этому варианту достигается снижение удельного расхода марганецсодержащего сырья на 21,53% и снижение удельного расхода известняка на 96,86%. Содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце составляет 0,34%, что ниже на 17 отн.%, чем в случае выплавки ферромарганца только из марганцевого агломерата (0,41% Р). При неизменной степени извлечения марганца из марганцевого агломерата из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца извлекается ~50 отн.% марганца.

Технико-экономические преимущества предлагаемой шихты заключаются в том, что ее использование позволяет снизить удельный расход марганецсодержащего сырья и известняка, снизить содержание фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце, повысить полезное использование марганца за счет возврата значительной части марганца, содержащегося в отвальном шлаке силикотермической плавки металлического марганца, который в настоящее время безвозвратно теряется.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца. Шихта содержит, мас.%: отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца 1-88, кокс 5-25, известняк 0-20, железосодержащие добавки 0-10, марганецсодержащее сырье - остальное. Изобретение позволяет снизить удельный расход марганецсодержащего сырья и известняка, а также снизить содержание фосфора в конечном продукте. 4 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

1. Шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца, содержащая марганецсодержащее сырье, кокс, известняк и железосодержащие добавки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отвальный шлак силикотермической плавки   металлического марганца 1-88 кокс 5-25 известняк 0-20 железосодержащие добавки 0-10 марганецсодержащее сырье остальное

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего сырья используют марганцевые руды или концентраты, получаемые в результате обогащения марганцевых руд.

3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что требуемую массу марганецсодержащего сырья в шихте определяют пересчетом содержания марганца в сырье на базовое содержание марганца в количестве 48 мас.%.

4. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что для поддержания оптимальной основности шлака CaO/SiO₂=1,0÷1,6 при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца при необходимости в шихту дополнительно добавляют кварцит в требуемом количестве.

5. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве железосодержащих добавок используют железорудное сырье в количестве, соответствующем требуемому содержанию железа.