Шихта для виплавки середньовуглецевого феромарганцю

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к электрометаллургии ферросплавов и может быть использовано при производстве среднеуглеродистого ферромарганца. Известна шихта для выплавки среднеуглеродистого ферромарганца, состоящая из Чиатурского марганцевого концентрата 1 сорта (48% Mn; 0,18% P), восстановителя передельного силикомарганца (75% Mn; 18 - 20% Si; 1,2% C; 0,12% P) и извести. Недостатком этой шихты является низкое извлечение марганца, составляющее на Зестафонском заводе ферросплавов 54,4%, высокое содержание марганца в шлаке 33,4%, при кратности шлака 1,62 и его основности 0,89 (Гасик М.И. Марганец. М.: Металлургия, 1992. - С.466 - 467; Хитрик С.И., Гасик М.И., Кучер А.Г. Электрометаллургия марганцевых ферросплавов. - К.: Те хніка, 1971. С.152 - 153). Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является шихта, содержащая низкофосфористый марганцевый шлак (НФШ), восстановитель товарный силикомарганец марки CMn17 (17% Si) и флюс (известь) при следующем количественном расходе шихтовы х компонентов на тонну сплава, кг/т (и соответственно соотношении компонентов, мас.%): Низкофосфористый шлак 1530 (43,5) Силикомарганец CMn17 850 (24,1) Флюс (известь) 1140 (32,4) (Гасик М.И, Марганец. - М.: Металлур гия, 1992. С.466 - 467; Гасик М.И. Электротермия марганца. К.: Те хніка, 1979. - 196с.). Основным недостатком шихты прототипа, применяемой для выплавки среднеуглеродистого ферромарганца в рафинировочной электропечи мощностью 5MB × A, как и предыдущей ши хты, является сравнительно низкое суммарное извлечение марганца (68% и 54,4%), пониженная основность шлака (1,3 - 1,4) и повышенная остаточная концентрация марганца в отвальном шлаке (более 14%). Следует также отметить, что в шихте прототипа низкофосфористый шлак (ЗФЗ) применяется в жидком виде и по своему составу практически соответствует малофосфористому шлаку НЗФ. Известная шихта также не позволяет утилизировать ценные металлоотходы, неизбежно образующиеся в процессе разливки и фракционирования товарного силикомарганца. В связи с требованиями отечественного сталеплавильного производства и экспорта марганцевые ферросплавы в последние годы поставляются металлургическим заводам в фракционированном виде крупнее 10мм (например 10 - 70мм). Фракция менее 10мм готового сплава переходит в отсев, так называемые, отсевы фракционирования. Отсевы фракционирования силикомарганца содержат 88 97% металлических частиц сплава и 3 - 12% оксидных включений, представленных, в основном, оксидом кальция (CaO). Оксид кальция в виде известного молока применяется для обмазки (опрыскивания) изложниц разливочных машин и, после остывания слитка, частично остается на его поверхности. При дроблении и рассеве корочка, чешуйки оксида кальция измельчаются и переходят в выше указанные отсевы фракционирования. Выход отсевов фракционирования составляет 6 - 10% от массы сплава, поступающей на дробление. В процессе разливки силикомарганца через металлоприемник (копильник) и желоба разливочных машин образуются брызги, которые улавливаются скрап-сеткой в бассейне с водой. Эти отходы классифицируются как металлооксидный скрап разливки и выход их составляет 2 - 6%. Металлооксидный скрап разливки содержит частицы силикомарганца (88 96%) и оксидные шлаковые включения (4 - 12%). Металлические частицы отсевов фракционирования и металлооксидного скрапа разливки содержат 70,1 - 74% Mn, 17,2 - 19% Si, 1,3 - 1,6% C, 0,3 - 0,4% P; 0,02 - 0,03% S, Fe - ост. В настоящее время все металлооксидные отходы разливки и мелкие отходы фракционирования переплавляются в электропечах, выплавляющих товарный силикомарганец, что связано с дополнительными потерями марганца и энергетическими затратами. В то же время эти отходы могут быть использованы в качестве шихтовых компонентов, как кремний и марганецсодержащий сплав в силикотермических процессах при получении марганцевых сплавов и лигатур новых составов и повышенного качества. Целью изобретения является повышение суммарного и сквозного извлечения марганца, увеличение производительности рафинировочной электропечи и переработка металлооксидных отходов производства товарного силикомарганца. 1. Поставленная цель достигается тем, что шихта для выплавки среднеуглеродистого ферромарганца, включающая передельный малофосфористый марганцевый шлак (МФШ), флюс, отличающаяся тем, что в качестве восстановителя содержит металлооксидную смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%: Передельный малофосфористый марганцевый шлак 38 - 48 Металлооксидная смесь 22 - 28 Флюс 30 - 34 2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве металлооксидной смеси применяется смесь отсевов фракционирования силикомарганца фракции менее 10мм и металлооксидный скрап разливки силикомарганца фракции менее 20мм в соотношении (0,01 - 0,99) : (0,99 - 0,01). 3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что отсевы фракционирования содержат 88 - 97%, а металлооксидный скрап разливки - 88 - 96% металлических частиц силикомарганца соответственно. Вышеперечисленные отличительные от прототипа признаки технического решения обусловливают соответствие заявляемого технического решения требованию "Новизна". Поскольку заявляемая совокупность существенных признаков позволяет достичь цель, обусловленную существенными отличительными признаками, заявляемое решение соответствует требованию "положительный эффект" по наличию разницы в достигаемых результатах повышения суммарного и сквозного извлечения марганца, увеличения производительности электропечи, переработки металлооксидных отходов производства товарного силикомарганца. По каждому отличительному признаку проведен поиск по патентной документации и научно-технической литературе. Основные индексы патентного поиска по кл. C22C33/00, 33/04; C22B1/16, 1/242, 4/06; 47/00; C21C5/24, 5/54, 7/00; C21B1/20. Известных технических решений со сходными признаками, выполняющими заявляемую функцию, не обнаружено. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует требованию "существенные отличия". Выбор граничных значений предлагаемых компонентов ши хты обусловлен необходимостью получения среднеугле-родистого ферромарганца, отвечающего требованиям стандарта марки ФMn88 (ГОСТ 4755 - 91) и решением цели повышение суммарного и сквозного извлечения марганца, увеличение производительности электропечи и утилизация металлооксидных отходов производства марганцевых сплавов. Применяемые в научно-те хнической литературе термины "извлечение", "суммарное извлечние" и "сквозное извлечение" элемента характеризуют величину перехода, чаще в рудовосстановительных и рафинировочных процессах, этого элемента из шихтовых материалов в конечный сплав на данном переделе или с учетом предыдущи х стадий, на которых были получены оксидношлаковые материалы, сплавы, ферросплавы, используемые в качестве шихтовых материалов на заключительном переделе. В материалах данной заявки суммарное извлечение марганца характеризует суммарную величину перехода этого элемента в среднеуглеродистый ферромарганец в результате его восстановления из малофосфористого марганцевого шлака и из восстановителя (металлооксидной смеси) в виде металламарганца. Сквозное извлечение марганца в данном конкретном случае характеризует общий переход марганца в среднеуглеродистый ферромарганец, включающее сквозное его извлечение на данной стадии плавки и извлечение на предыдущих переделах, т.е. при производстве малофосфористого марганцевого шлака и товарного силикомарганца марки CMn17. Силикотермический процесс получения среднеуглеродистого ферромарганца основан на реакции восстановления оксида марганца марганецсодержащего сырья кремнием силикомарганца, которая сопровождается выделением значительного количестве тепла. Введение в состав шихты флюса (оксида кальция) существенно улучшает термодинамические условия протекания процесса, вследствие повышения активности оксида марганца в оксидно-шлаковом расплаве и увеличения теплового эффекта реакции восстановления MnO кремнием в присутствии CaO. Извлечение марганца при этом значительно повышается и увеличивается выход металла. Снижение остаточной концентрации кремния в сплаве, менее 3%, обеспечивается основностью шлака 1,4 - 1,55. Требуемое стандартом содержание марганца, углерода в среднеуглеродистом ферромарганце достигается предложенным соотношением в шихте марганецсодержащей оксидной части, восстановителя и флюса. Количество вводимого в шихту малофосфористого шлака обусловливается тем, что при содержании МФШ в шихте менее 38мас.% не достигается в сплаве требуемая стандартом концентрация марганца (более 85%), а при введении в шихту МФШ более 48мас.% уменьшается суммарное извлечение марганца в сплав вследствие недостатка восстановителя, увеличивается кратность шлака и растут потери марганца с ним и, в конечном итоге, снижается выход сплава и уменьшается производительность электропечи. Количество металлооксидной смеси в заявляемой шихте обусловлено массой кремния стехиометрически необходимой для восстановления закиси марганца (MnO) из малофосфористого шлака шихты по ранее проведенной реакции (1), а также степенью полезного использования кремния на восстановительные процессы в печи. Известно, что кремний является весьма активным элементом и может частично окисляться атмосферой рафинировочной печи. Это и вызывает снижение степени его использования в силикотермических процессах. Уменьшение в шихте доли металлооксидной смеси менее 22% приводит к недостатку восстановителя и соответственно к снижению суммарного и сквозного извлечения марганца в сплав и снижению производительности печи. Увеличение количества металлооксидной смеси в предлагаемой шихте более 28% приводит к избытку восстановителя в шихте и повышению активности кремнезема в шлаке. При этом происходит дополнительное шлакование закиси марганца вследствие активного развития в шлаковом расплаве процессов образования силикатов марганца, восстановление марганца из которых существенно ухудшается. В конечном итоге это приводит к снижению суммарного и сквозного извлечения марганца в сплав, понижению производительности печи. Увеличение содержания металлооксидной смеси в шихте более 28% приводит также к ухудшению качества среднеуглеродистого ферромарганца по содержанию углерода и кремния, концентрация которых может превышать пределы, установленные ГОСТ 4755 - 91. Граничные значения содержания в предлагаемой шихте флюса, в качестве которого могут применяться известь, известняк, плавиковый шпат, обусловлены необходимостью достижения высокой степени суммарного и сквозного извлечения марганца за счет создания рациональной основности шлака (CaO/SiO2 = 1,4 1,55), обеспечивающей снижение активности кремнезема и повышение активности марганца в шлаке вследствие образования термодинамически прочных силикатов кальция и, в конечном итоге, улучшение восстановления марганца в сплав. Уменьшение количества флюса в составе шихты ниже 30% приводит к снижению суммарного и сквозного извлечения марганца, уменьшению выхода металла вследствие снижения основности шлака и активности закиси марганца в нем и соответственно ухудшения термодинамических условий протекания реакции (1). Увеличение количества флюса в шихте выше 34% приводит к понижению суммарной степени извлечения марганца в результате высокой основности шлака (CaO/SiO2 > 1,6), повышенной вязкости и кратности шлака, ухудшения кинетических условий восстановления марганца. Применяемые в составе предлагаемой шихты отсевы фракционирования и металлооксидный скрап разливки имеют размер фракций менее 10 и 20мм соответственно. Фракционный состав этих металлоотходов определяется существующей технологией производства, что не требует дополнительных затрат на их подготовку. Проведенными опытами установлено, что при расплавлении металлооксидных отходов в присутствии МФШ поверхность мелких металлических частиц силикомарганца покрывается легкоплавким силикатным расплавом вследствие взаимодействия присутствующи х в металлооксидных расплавах шлаковых включений, мелких частиц извести с малофосфористым марганцевым шлаком. Это способствует снижению угара восстановителя, ускоренному плавлению и образованию мелких капель восстановителя - силикомарганца в шлаковом расплаве, образованию развитой реакционной поверхности и ускорению кинетических условий протекания силикотермической реакции восстановления закиси марганца. Уменьшение ниже нижнего и увеличение больше верхнего пределов предлагаемого соотношения отсевов фракционирования и металлооксидного скрапа в металлооксидной смеси (10,01 - 0,99) : (0,99 - 0,01) незначительно влияет на величину относительных признаков, по сравнению с их величинами в предлагаемых граничных пределах данного соотношения. Количество металлических 88 - 97% и 88 96% и оксидных 3 - 12% и 4 - 12% частиц в отсева х фракционирования и металлооксидном скрапе разливки соответственно определяется действующими технологическими процессами разливки и фракционирования силикомарганца. При уменьшении в отсевах фракционирования и металлооксидном скрапе разливки частиц силикомарганца ниже 88% и увеличение оксидных частиц и оксидных шлаковых включений больше 12% снижается суммарное извлечение марганца и выход металла, вследствие уменьшения в ши хте массы марганца и количества восстановителя кремния, а также в результате повышения кратности шлака за счет вносимых оксидных шлаковых включений. Увеличение количества частиц силикомарганца в отсевах фракционирования и металлооксидном скрапе больше 97 и 96% соответственно и уменьшение оксидных частиц и оксидных шлаковых включений меньше 3 и 4% соответственно суммарное извлечение марганца практически сохраняется на уровне его значений при верхнем пределе содержания металлических частиц в металлооксидных отхода х. Для подтверждения выбранных граничных пределов содержаний ингредиентов и соотношения компонентов в металлооксидной смеси предлагаемой шихты и проведения сопоставительного анализа с известной шихтой по прототипу в условиях экспериментального цеха ОАО "Никопольский завод ферросплавов" в идентичных условиях проведены опытные плавки среднеуглеродистого ферромарганца марки ФMn88 в рафинировочной электропечи мощностью 240кВ × А периодическим процессом. Химический состав и характеристика применяемых шихтовы х материалов приведены ниже: передельный малофосфористый марганцевый шлак - 43,2% Mn; 27,6% SiO2; 8,4% CaO; 6,1% Al2O 3; 2,6% MgO; 0,012% P; 0,2% C; 0,5% Fe общ. фракция 0 - 25мм; товарный силикомарганец марки СMn17 - 73,5% Mn; 17,6% Si; 1,4% C; 0,33 P; 0,02% S; 7,1% Fe; фракция 10 - 25 мм; флюс (известь) 89,6% CaO; 1,5% SiO2; 2,4% MgO; 0,15% Al 2O 3; 0,01% C; фракция 5 20мм; отсевы фракционирования силикомарганца фракции менее 10мм, содержащие в партиях 84 - 98% металлических частиц сплава и 2 - 16% оксидных частиц (CaO); металлооксидный скрап разливки, фракции менее 20мм, содержащий 84 - 98% металлических частиц силикомарганца и 2 - 16% оксидных шлаковых включений (шлак силикомарганца). Металлические частицы силикомарганца в отсевах фракционирования и металлооксидном скрапе разливки содержали: 70,1 - 74% Mn; 17,2 - 19% Si; 1,3 - 1,6% C; 0,3 - 0,4% P; 0,02 - 0,03% S; Fe - ост. Плавки проводили при напряжении 61,5В и силе тока на электродах 600 - 1000А. Металл и шлак из печи выпускали в стальную изложницу и после остывания слитка металл отделяли от шлака. Исходные шихто вые материалы, металл и шлак взвешивали поплавочн Показатели плавок по вариантам рассчитывали по общепринятой методике. Составы шихт и показатели плавок по вариантам приведены в таблице. Соотношение отсевов фракционирования и металлооксидного скрапа разливки в опробованных вариантах шихты (%/%) приведено в таблице. Содержание металлических частиц силикомарганца и оксидных частиц в отсевах фракционирования и металлооксидном скрапе разливки составляло соответственно (в %): вар.4 96 и 4; вар.5 - 92 и 8; вар.6 - 88 и 12; вар.74 - 97 и 3; вар.8 - 92 и 8; вар.9 - 13 - 92 и 8; вар.14 - 84 и 16; вар.15 - 88 и 12; вар.16 - 96 и 4; вар.17 - 98 и 2. Из данных таблицы следует, что во всех опробованных вариантах заявляемой шихты получены более высокие значения показателей по сравнению с шихтой прототипа, так суммарное извлечение марганца увеличивается на 1 - 2%, сквозное извлечение марганца повышается на 1,4 3,0%, а производительность электропечи увеличивается на 1,2 - 2,5%. Предлагаемая шихта позволит вовлечь в производство отсевы фракционирования и металлооксидный скрап разливки силикомарганца и при внедрении в производство получить значительный экономический эффект.