Спосіб виплавки феросилікомарганцю

Реферат: Винахід належить до галузі чорна металургія. Спосіб електровиплавки феросилікомарганцю включає завантаження у плавильний агрегат шихтових матеріалів, які містять оксидну та/або карбонатну марганцевмісну сировину, вуглецевий відновник, кварцит, флюс та залізовмісну сировину, їх відновлювальну електроплавку, випуск шлаку та феросилікомарганцю з плавильного агрегату, при цьому попередньо виплавляють вуглецевотермічним методом високовуглецевий феромарганець, піддають його фракціонуванню та використовують відсіви фракціонування одержаного високовуглецевого феромарганцю фракції менше 20 мм як марганцевмісну та залізовмісну сировину шихтових матеріалів під час відновлювальної електровиплавки феросилікомарганцю. Винахід дозволяє підвищити вилучення кремнію та марганцю, та зменшити витрати електроенергії при виробництві феросилікомарганцю. UA 113451 C2 (12) UA 113451 C2 UA 113451 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується галузі чорної металургії, конкретніше виробництва марганцевих феросплавів, а саме феросилікомарганцю. Відомий спосіб виплавки феросилікомарганцю [Поволоцкий Д.Я. и др. Электрометаллургия стали и ферросплавов М.: Металлургия, 1984, С.531.] передбачає завантаження и розплавлення шихти, що складається з оксидної марганцевої сировини (70,3 %), кварциту (14,0 %) та коксу (15,7 %), і періодичний випуск продуктів плавки. Недоліком способу є низьке вилучення марганцю, що пов'язане з великими втратами його із відвальними шлаками (вміст марганцю в яких сягає 15-22 %), значні витрати електроенергії (4000-4500 кВт·г/т), та низьке вилучення кремнію (ηSi=40 %). Відомий спосіб виплавки феросилікомарганцю передбачає завантаження в електропіч шихти, що містить марганцевий концентрат, кокс, вапно, металеві котуни, її нагрів до заданої температури, розплавлення шихти та випуск з печі шлаку та металу [Теория и технология производства ферросплавов: Учебник для вузов /Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. М.: Металлургия, 1988. -784 с.]. Недоліком відомого способу є те, що МnО та SiO2 утворюють силікати, такі як: тефроіт (tпл.=1345 °C) 2MnO+SiO2=Mn2SiO4, що містить 70,92 % МnО, та родоніт (tпл.=1291 °C) МnО+SiO2MnSiO3, який містить 54,19 % МnО, що ускладнює відновлення марганцю та кремнію і призводить до істотних втрат як марганцю, так і кремнію з відвальним шлаком. Відомий спосіб виплавки феросилікомарганцю [Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых и марганцевых сплавов. - М.: Металлургия, 1992. - 239 с.], що полягає в завантаженні в електропіч низькофосфористого марганцевого шлаку, коксу, кварциту та залізовмісних компонентів, плавлення шихти, випуск продуктів плавки. Даний спосіб характеризується високими витратами на виробництво низькофосфористого марганцевого шлаку та великими витратами електроенергії. Найближчим аналогом є спосіб виплавки феросилікомарганцю [Физикохимия и технология электроферросплавов: Учебник для вузов /Гасик М.И., Лякишев Н.П. - Днепропетровск: ГНПП "Системные технологии", 2008г. С. 172], що полягає в завантаженні шихтових матеріалів у прямокутні або круглі електропечі, нагрів до заданої температури, плавлення, випуск продуктів плавки, в якому як шихта використовується марганцевий агломерат марок АМНВ-1 (марганцю не менше 47,5 %) і АМНВ-2 (марганцю не менше 37 %), шлак марганцевий переробний (38 % Μn, 0,002 % Ρ), імпортні марганцеві руди (Гана, Габон, Австралія), кварцит (не менше 96 % SiO2, не більше 1,8 % Аl2О3), кокс сортований, донецький антрацит та вапняк. Недоліком відомого способу є низьке вилучення марганцю (ηΜη = 80,2 %) і кремнію (ηSi = 40 %), значні витрати електроенергії (4000-4300 кВт·г/т), велика вартість імпортних руд, а головне - втрати кремнію (60 %) і марганцю (15 %) з відвальними шлаками. В основу винаходу поставлена задача підвищення вилучення кремнію та марганцю; зменшення витрат електроенергії при виробництві феросилікомарганцю, що досягається за рахунок використання на другій стадії відсіви фракціонування стандартного (ДСТУ 3547-97) та/або переробного високовуглецевого феромарганцю з підвищеним до 9 % вмістом кремнію. Причинами, що перешкоджають найближчому аналогу підвищити вилучення кремнію та марганцю, а також зменшити витрати електроенергії є: 1) Під час нагріву та плавлення шихти ускладнене відновлення марганцю та кремнію через утворення складних силікатів (Mn2SiО4, MnSiO3), що ускладнює відновлення марганцю та кремнію, а також призводить до раннього шлакоутворення і як наслідок - до істотних втрат марганцю та кремнію з відвальним шлаком. 2) Під час плавлення відновлення кремнію ведеться не з чистого SiO2 вуглецем, а здійснюється з оксидних розчинів системи CaO-MnO-SiO2. 3) Низька температура плавлення оксидів марганцю та кремнію призводить до випередження швидкості плавлення над швидкістю відновлення марганцю та кремнію, що сприяє підвищенню кількості шлаку та призводить до втрат марганцю і кремнію. Технічний результат полягає в тому, що наявність стандартного та/або переробного високовуглецевого феромарганцю термодинамічно полегшить процес відновлення кремнію при виробництві феросилікомарганцю за рахунок розчинення кремнію у марганці та призведе до зниження температури відновлення кремнію згідно з реакцією SiO2+(2-х)С+МnСx-[Si]Mn+2СО з 1669 °C до 1460 °C, що зменшить витрати електроенергії. Окрім цього, використання як шихти стандартного та/або переробного високовуглецевого феромарганцю з підвищеним до 9 % вмістом кремнію пояснюється тим, що кисневі сполуки при порівняно низьких температурах легко взаємодіють з SiO2, що призводить до утворення силікатних розплавів. Теоретична температура відновлення кремнезему вуглецем за реакцією SiO2+С=Si+2СО становить 1669 °C, а евтектичні температури в системі MnO-SiO2 дорівнюють 1315 °C та 1251 °C тому при 1 UA 113451 C2 5 10 15 20 25 30 35 використанні рудної частини як марганцевмісної сировини перевагу має процес плавлення шихти, а не її відновлення. Також стандартний та/або переробний високовуглецевий феромарганець вносить до 7 % С, який частково використовується на відновлення кремнію, що зменшує витрати вуглецевого відновника. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб електровиплавки феросилікомарганцю включає завантаження у плавильний агрегат шихтових матеріалів, які містять оксидну та/або карбонатну марганцевмісну сировину, вуглецевий відновник, кварцит, флюс та залізовмісну сировину, їх відновлювальну електроплавку, випуск шлаку та феросилікомарганцю з плавильного агрегату. Згідно з формулою винаходу попередньо виплавляють вуглецевотермічним методом високовуглецевий феромарганець, піддають його фракціонуванню та використовують відсіви фракціонування одержаного високовуглецевого феромарганцю фракції менше 20 мм як марганцевмісну та залізовмісну сировину шихтових матеріалів під час відновлювальної електроплавки феросилікомарганцю. Крім того, як марганцевмісну та залізовмісну сировину шихтових матеріалів використовують переробний високовуглецевий феромарганець з підвищеним до 9 % вмістом кремнію. Спосіб здійснюється наступним чином. Виплавку проводили в рудовідновлювальній електропечі потужністю 240 кВА. Виплавку проводили за двома варіантами з метою отримання феросилікомарганцю марки МнС17. Згідно з першим варіантом використовували стандартний високовуглецевий феромарганець, а у другому варіанті - переробний високовуглецевий феромарганець з підвищеним до 9 % вмістом кремнію. За кожним із варіантів проведено 15-20 плавок. Виплавку здійснювали неперервним процесом з періодичним випуском продуктів плавки. Електричний режим плавок відповідав напрузі 47,5В, силі струму 500-1000 А. Процес характеризується глибокою посадкою електродів у шихті та рівномірним газовиділенням по всій поверхні колошника. Попередньо у феросплавній електропечі з круглою ванною виплавляється вуглецевотермічним методом стандартний та/або переробний (до 9 % Si) високовуглецевий феромарганець. Виплавка високовуглецевого феромарганцю передбачає неперервне завантаження шихтових матеріалів у ванну рудовідновлювальної електропечі, плавлення, періодичний випуск продуктів плавки, загущення шлаку, витримку та розливку з подальшим фракціонуванням. Виробництво переробного високовуглецевого феромарганцю з підвищеним проти стандарту вмістом кремнію до 9 % дозволяє на першій стадії підвищити вилучення марганцю на 3-5 %. Одержаний стандартний та/або переробний високовуглецевий феромарганець з підвищеним до 9 % вмістом кремнію використовується на другій стадії виплавки феросилікомарганцю. Виплавка феросилікомарганцю передбачає завантаження шихтових матеріалів у рудновідновлювальну електропіч, відновлювальну електроплавку, періодичний випуск продуктів плавки, розливку з подальшим фракціонуванням закристалізованого сплаву. Результати експериментальних досліджень наведено в таблиці. 40 Таблиця Показники виплавки феросилікомарганцю Показники Вилучення марганцю ηΜη, % Вилучення кремнію ηSi, % Кратність шлаку Кшл Витрати електроенергії, кВт·г/т 45 50 Найближчий аналог 80 40 1,2 3900 Запропонований спосіб 1 варіант 2 варіант 87 87 70 72 0,45 0,36 3200 3000 Як висновок слід зазначити, що результати плавок довели можливість отриманняферосилікомарганцю у дві стадії. Особливість способу виплавки феросилікомарганцю полягає в тому, що відновлення кремнезему кварцита вуглецем коксу здійснюється в присутності металевої фази високовуглецевого феромарганцю або відсівів його фракціонування фракції менше 20 мм, який було отримано на першій стадії. Запропонований спосіб виплавки феросилікомарганцю, що заявляється, дозволяє підвищити вилучення марганцю та кремнію до 87 % та 72 % відповідно; зменшити кратність шлаку, а як наслідок і втрати з ним марганцю та кремнію; зменшити витрати вуглецевого 2 UA 113451 C2 5 відновника за рахунок 7 % вуглецю, що містить високовуглецевий феромарганець; створити технологію виплавки феросилікомарганцю, що забезпечує використання стандартного та/або переробного феромарганцю з підвищеним до 9 % вмістом кремнію за п. 2, а головне - зменшити витрати електроенергії на 20-30 % за рахунок того, що замість відновлення марганцю здійснюється лише його плавлення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 1. Спосіб електровиплавки феросилікомарганцю, який включає завантаження у плавильний агрегат шихтових матеріалів, які містять оксидну та/або карбонатну марганцевмісну сировину, вуглецевий відновник, кварцит, флюс та залізовмісну сировину, їх відновлювальну електроплавку, випуск шлаку та феросилікомарганцю з плавильного агрегату, який відрізняється тим, що попередньо виплавляють вуглецевотермічним методом високовуглецевий феромарганець, піддають його фракціонуванню та використовують відсіви фракціонування одержаного високовуглецевого феромарганцю фракції менше 20 мм як марганцевмісну та залізовмісну сировину шихтових матеріалів під час відновлювальної електровиплавки феросилікомарганцю. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як марганцевмісну та залізовмісну сировину шихтових матеріалів використовують переробний високовуглецевий феромарганець з підвищеним до 9 мас. % вмістом кремнію. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3