Спосіб виплавки феромарганцю в доменній печі

42911 Винахід відноситься до чорної металургії, а точніше - до доменного виробництва і призначений для виплавки феромарганцю в доменній печі. Відомий спосіб виплавки феромарганцю в доменній печі, який включає введення розріджуваних добавок при плавкі на основних шлаках з основністю (СаО+MgO) : (SiO2+Al2O3) - 1,3-3,0, а в якості розріджуваної добавки вводять плавиковий шпат в кількості, яка забезпечує вміст фтору в шлаку 0,5-3,5% (а.с. СРСР № 631536, М. кл. - С21В5/00, опубл. 05.11.1978.). Низька розріджуваність та зниження температури плавлення шлаку в відомому способі досягається вводом плавикового шпату, що дозволить підвищити ступінь відновлення марганцю. Проте введення плавикового шпату пов'язаний з високим його розходом та вартістю. Крім того, в процесі виплавки плавиковий шпат частково випарюється, переходить в атмосферу ливарного двору і колошникового пристрою доменної печі, що значно погіршує безпеку та умови праці. Із відомих способів найбільш близьким за технічною суттю і досягнутим результатом є спосіб виплавки феромарганцю в доменній печі, який включає подачу шихтових матеріалів з флюсом, що містить в собі магній, з високим нагрівом дуття до температури 1200°С, ведення плавки на основних шлаках з вмістом АІ 2О3 в шлаку 8-12% та молярною основністю (1,1СаО+1,5МgO)/SiO2 - 1,7¸2,2 при теоретичній температурі 2020ºС (Збірник трудів ДонНДІчормета "Металургія чавуну”. - М.: Металургія, 1966. - № 3, С. 199-211). Проте відомий спосіб не забезпечує низької розріджуваності та оптимальної температури плавлення шлаку, оскільки відношення 1,5MgO/SiO2 знаходиться у межах 0,3-0,4. Крім того, низька основність сприяє переходу значної кількості кремнію в феросплав та погіршує його техніко-економічні характеристики. Наявність умов для утворення ларніту (CaSіO2) - низький вміст MgO при високому вмісті СаО, низька теоретична температура горіння (2020°С) приводять до погіршення технологічних параметрів плавки: затрудняють форсування ходу доменної печі і підвищують вміст кремнію в феросплаві до 1,6-1,8%. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу виплавки феромарганцю в доменній печі, в якому за рахунок обумовлених технологічних параметрів забезпечується підвищення розріджуваності та зниження температури плавлення шлаку, що дозволяє знизити вміст кремнію в феросплаві при зберіганні високого ступеню відновлення марганцю, а також поліпшення форсування ходу доменної печі. Поставлена задача досягається тим, що в способі виплавки феромарганцю в доменній печі, який включає подачу шихтових матеріалів з флюсом, що містить в собі магній, гарячого дуття та ведення плавки на основних шлаках з вмістом АІ 2О3 у шлаку 3-12% та молярною основністю (1,1СаО+1,5MgO)/SіО2 - 1,72,2, стосовно винаходу, плавку ведуть при відношенні 1,5MgO/SiО2 в шлаку рівним 0,5-1,0 та теоретичною температурою горіння 2100-2400°С. Доцільно в якості флюсу, що містить магній вводити доломіт, сирий сідерит, або конверторні шлаки. В шлаку вміщується велика кількість кремнезему (SiO2), особливістю якого є висока сила взаємодії між кремнекисневими тетраедрами, які скріплені загальними атомами кисню. Тому розплав кремнезему складається з крупних агрегатів-комплексів, кожний із яких вміщує сотні молекул, що визначають його низьку розріджуваність. Йони СаО+2 і Mg+2 визивають перебудову кремнекисневих комплексів в більш прості структурні групи і аніони, що визначає підвищення розріджуваності шлаку, підвищення числа катіонів Мg+2 і Са+2, та підвищення їх активності. Підвищення вмісту MgO сприяє значному підвищенню розріджуваності шлаку. Це пояснюється тим, що в порівнянні з катіонами Са+2 катіони Мg+2 мають більшу спроможність -4 -4 дробити кремнекисневі комплекси на елементарні групи ( SiO4 ), тому що ребра октаедрів аніонів ( SiO4 ) і кисневих октаедрів катіонів Mg+2 сумірні, а також тому, що MgO має меншу молекулярну масу, ніж СаО. При цьому проходить зміна температури плавлення шлаку від температури плавлення ларніту (Ca2SiO4) до температури плавлення монтічеліту (CaMgSiО4), так як перехід від першого мінералу до другого знижує температуру плавлення шлаку від 2130°С до 1498°С. В шлаку SiO2 звя'заний в міцні хімічні сполуки: СаО+SiO2=СаSіО3+19280 кал (1) MgO+SiO2=MgSiO3-4220 кал (2) Крім того, SiO2 активно "зв'язують" анертрит (СаОАІ 2O32SіО2), геленіт (2СаОАl2O32SіO2), псевдопластоніт (CaOSiO2), фаяніт (FeOSiO2), форстеріт (2MgOSiO2), кліноенстатит (MgOSiO2). Формування приведених мінералів проходитиме за рахунок руйнування силікатів марганцю, тобто сприятиме переходу оксиду марганцю (МnО) у шлак у вільному стані. Підвищення основності шлаку, зумовлено підвищеним вмістом MgO, що приводить до зниження молярної концентрації SiO2, переходу SiO2 в міцні хімічні сполуки, а вільного МnО в шлаковий розплав. Це сприяє перегріву продуктів плавки, поліпшенню умов відновлення марганцю і перешкоджає відновленню SiO2. Відношення 1,5MgO/SiO2, в межах 0,5-1,0 є оптимальним. При зменшенні відношення нижче 0,5 не можуть бути досягнені оптимальні для процесу температура плавлення та розрідженість шлаку, його молярна основність, шлак буде тугоплавким і гетерогенним. Перевищення відношення більш як 1,0 недоцільне через перевитрати оксиду магнію і флюсу, зниження нижче критичного рівня розміру поверхневої енергії, погіршення умов розподілу чавуну в шлаку. Оптимальна теоретична температура горіння складає 2100-2400°С і забезпечує остаточний перегрів продуктів плавки, високий ступінь відновлення марганцю, стійку роботу печі і мінімальні витрати коксу. Теоретична температура горіння нижче 2100°С недоцільна, оскільки не може забезпечити ефективного і достатнього 1450-1550°С нагріву продуктів плавки, що зв'язано з погіршенням фізичних якостей і стійкості шлаків. Теоретична температура горіння вище 2400°С не бажана, оскільки визначає інтенсифікацію сублімації Мn і SіО2, 42911 зменшення протяжності фурмених зон, зменшення сходу шихти, відповідне зниження техніко-економічних показників плавки. Пропонований спосіб був опробований на доменній печі з корисним об'ємом 10033 м3 Краматорського металургійного заводу. Шихтові матеріали, що містять марганцеву руду, карбонатну марганцеву руду, сідеритову руду, кокс і доломіт в якості флюсу, який вміщує магній, подавали у доменну піч з температурно-дуттєвим режимом: температура дуття - 1200°C, вміст кисню в дутті - 21 %. Температура плавлення основного шлаку складала 1380-1480°С. Вміст Al2O3 в шлаку 8-12%, молярна основність (1,1CaO+1,5MgO)/SiO2 дорівнювала 1,7-2,2, а відношення 1,5MgO/SiO2 складало 0,5-1,0. Теоретична температура горіння складала 2100-2400°С. Для порівняння був виплавлений феромарганець за технологією прототипу. Технологічні параметри виплавки феромарганцю і отримані показники пропонованого способу (варіанти 1-4) і прототипу (варіант 5) показані в таблиці. Таблиця Показники Виробництво, т/доб. Розхід шихтових матеріалів, кг/т FeМn: марганцева руда карбонатна Мn руда сідеритова руда кокс доломіт доломітизірований вапняк Температура дуття, °С Теоретична температура горіння, °С Хім. вміст шлаку, % МgО MnO СаO/SiO2 (1,1CaO+1,5MgO)/SiO2 1,5MgO/SiO2 Показники Температура плавлення шлаку, ºC Температура FеМn на випуску, ºС Ступінь відновл. Мп, % Вміст Si в FeMn % 1 310 Технологічні параметри 2 3 4 330 290 280 1850 650 1950 889 1200 2100 1850 650 200 1900 889 1200 2200 1850 650 400 2000 800 1200 2400 1850 650 2000 889 1200 2400 16,6 7,0 1,34 2,11 0,53 19,0 7,5 1,03 1,88 0,95 21,5 7,5 1,20 2,25 1,07 1 1390 1450 82 1,4 Технологічні параметри 2 3 4 1380 1480 1400 1420 1480 1450 82 82 82 1,2 1,9 1,2 5 417 1875 625 2057 889 1050 2020 16,5 8,45 7,4 5,68 1,14 1,40 2,11 1,94 0,83 0,40 Продовження таблиці 5 1550 1530 80-82 1,67 42911 Із таблиці видно, що варіанти 1, 2, 4 пропонованого способу є оптимальними, які за рахунок підвищення розріджування та зниження температури плавлення шлаку забезпечують низький вміст кремнію в феросплаві при збереженні високого ступеню відновлення марганцю. Підвищення розріджування забезпечує поліпшення фізичних якостей, достатніх для форсування ходу доменної печі.