Шихта для виплавки феросилікомарганцю у феросплавній дуговій електропечі

Реферат: Винахід належить до чорної металургії, а саме - до складу шихти для виплавки феросилікомарганцю у феросплавній дуговій електропечі Шихта включає марганцевий агломерат, кварцит і коксик у співвідношенні, мас. % 67-70:13-16:16-19, а марганцевий агломерат містить наступний склад, мас. %: моноокид марганцю - 46,0-49,7, діоксид кремнію 25,0-28,0, оксид кальцію - 2,5-4,5, оксид магнію - 7,5-12,0 та оксид алюмінію - 2,0-4,0 та неминучі домішки до 2,5. Відношення вмісту CaO:MgO у мас. % складає 0,33-0,48. Винахід забезпечує зменшення питомих витрат вихідних сировинних матеріалів, електроенергії та підвищення вилучення корисного марганцю зі складу шихти до складу одержаного феросилікомарганцю. UA 99998 C2 (12) UA 99998 C2 UA 99998 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі чорної металургії і може бути використаний при виплавці феросилікомарганцю у високопотужних феросплавних дугових електропечах. Шихта за винаходом включає марганцевий агломерат, кварцит і вуглецевий відновлювач та має на меті зменшення питомих витрат вихідних сировинних матеріалів, електроенергії та підвищення корисного вилучення марганцю з шихти до складу феросилікомарганцю. Відома шихта для виплавки феросилікомарганцю, що включає марганцевий агломерат 6262 мас. %, кварцит 12-15 мас. %, коксик 11-14 мас. %, відвальний шлак виплавки ферохрому 612 мас. %, при цьому шлак відвальний має наступний хімічний склад, мас. %: 34-10 MgO; 20-27 Аl2О3; 1-2 СаО; 30-35 SiO2; 0,7-1,5 FeO. (А.с. № 960292 СРСР, 23.09.82). Недоліком шихти за А.с. 960292 є високий вміст оксиду хрому у відвальному шлаці виплавки ферохрому (5-9 мас. % Сr2О3), що супроводжується відновленням хрому коксиком у печі і, як наслідок, підвищенням хрому, вміст якого за діючим стандартом ДСТУ 3548-97 на феросилікомарганець взагалі не передбачається. Окрім того, ферохром на феросплавних заводах України не виплавляється, тому на вітчизняних заводах відвального шлаку ферохрому немає. Відома шихта для виробництва марганцевого агломерату для виплавки феросилікомарганцю з метою підвищення у шлаці феросилікомарганцю вмісту оксиду MgO до складу аглошихти якої додається також відвальний шлак виплавки вуглецевого ферохрому, що має хімічний склад, мас.%: 40-50 MgO; 17-25 Аl2О3; 27-32 SiO2; 1-2 СаО; 5-9 Сr2О3 (А.с. № 1047981 СРСР, 15.10.83). Недоліком шихти, до складу якої додається марганцевий агломерат з високим вмістом Сr2О3, є, як з'ясовано вище, відновлення у печі оксиду хрому з переходом хрому до складу феросилікомарганцю. Відома шихта для виплавки феросилікомарганцю, до складу якої додається марганцевий агломерат з підвищеним вмістом оксиду MgO за рахунок використання у складі аглошихти відходів обпалення магнезиту ( А.с. № 1110812 СРСР, 30.08.84). Недолік шихти з марганцевим агломератом, виробленим з відходами високотемпературного обпалення магнезиту, полягає у тому, що родовища магнезиту в Україні не розробляються, а потреба вогнетривкої промисловості у магнезитовому матеріалі покривається імпортною сировиною. Приведені вище літературні джерела з інформацією щодо розробки складів нових шихт для виплавки феросилікомарганцю, пов’язані з розробками вітчизняних наукових шкіл вищих навчальних закладів, науково-дослідних інститутів і спеціалістів феросплавних заводів. Це обумовлено тим, що марганцеві руди (відповідно - марганцевий агломерат) закордонних родовищ характеризуються суттєво більшою якістю, невеликою кількістю пустої породи, збільшенням магнезіальної складової, що не потребує ні збагачення руди, ні використання у складі шихти для виплавки феросилікомарганцю будь-яких магнезіальновмісних матеріалів. Відома шихта для виплавки феросилікомарганцю (найближчий аналог), до компонентного складу якої входять марганцевмісний матеріал - агломерат з підвищеним вмістом оксиду MgO («Гасик М.И., Кучер А.Г., Величко Б. Ф., Ткач Г.Д. Промышленное опробование технологии получения марганцевого магнезиального агломерата и выплавки ферросиликомарганца с его использованием //Сталь, 1983, №11. - С. 34-36»). При цьому підвищення вмісту оксиду MgO у агломераті досягається завдяки використанню магнезитового порошку ППИК-78 (ГОСТ 24862-81) наступного хімічного складу, мас.%: 82,0 MgO; 0,2 SiO2; 9,1 CaO; 0,9 Al2O3; 2,1 FeO. Недоліки шихти для виплавки феросилікомарганцю з використанням у її складі марганцевого агломерату, що виготовляється з використанням магнезитового порошку ППИК78 (ГОСТ 24862-81), полягає у високій вартості цього компонента шихти та низькому вмісті оксиду магнію у агломераті. Всебічний аналіз розробленої і впровадженої в умовах ПАТ "НЗФ" шихти виплавки феросилікомарганцю, не вирішує проблемні задачі розробки шихти з марганцевим агломератом і її застосування для виплавки феросилікомарганцю з метою зменшення питомих витрат компонентів шихти, електроенергії і підвищення корисного вилучення марганцю. За своєю фізико-хімічною суттю і функціональним призначенням найближчою до складу шихти винаходу, є шихта, яка використовувалася на ПАТ "НЗФ" для виплавки феросилікомарганцю і прийнята за найближчий аналог. Згідно з аналогом для виплавки феросилікомарганцю в електропечах на ПАТ "НЗФ", використовується шихта наступного компонентного складу кг; мас. %: 1 UA 99998 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 кг мас. % марганцевий агломерат 1768 68,7 кварцит 349,8 13,6 коксик 453,5 17,6. При цьому агломерат марганцевий марки АМНВ-2, вироблений з нікопольських концентратів на ПАТ «НЗФ», має базовий вміст МnО 50,6 мас. % Нижче подано хімічний склад агломерату марки АМНВМ-2: %CaO+%MgO МnО SiO2 CaO MgO Неминучі домішки %SiO2 50,6 24,1 5,0 7,4 12,9 1,48. Приведена шихта для виплавки феросилікомарганцю за найближчим аналогом, що використовується на ПАТ "НЗФ", має кілька недоліків. Перший головний недолік шихти полягає у тому, що марганцевий агломерат має низький вміст оксиду MgO 7,4 мас. %, а той, що постійно використовується, має вміст оксиду магнію 2,02,5 мас. %. Другий недолік шихти за аналогом пов'язаний з високим вмістом у марганцевому агломераті оксиду СаО, відношення % MgO/% CaO у складі агломерату, складає 1,48. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача розробки і використання шихти для виплавки стандартного феросилікомарганцю з підвищеним вмістом оксиду магнію у марганцевому агломераті, що входить до складу шихти з метою зменшення питомих витрат вихідних сировинних матеріалів, електроенергії і підвищення корисного вилучення марганцю. Технічний результат полягає у тому, що завдяки вмісту у складі шихти марганцевого агломерату з більшим вмістом оксиду магнію досягається суттєво більший вміст MgO у шлаці виплавки феросилкомарганцю, що позитивно впливає на металургійні технологічні властивості шлаку феросилікомарганцю. Поставлена задача розробки шихти нового компонентного складу вирішується тим, що до її складу входить марганцевий агломерат, кварцит, коксик при наступному співвідношенні компонентів мас. %: марганцевий магнезійний 67-70 агломерат кварцит 13-16 коксик 16-19. Шихта відрізняється тим, що марганцевий магнезіальний агломерат має наступний хімічний склад, мас. %, який суттєво відрізняється від хімічного складу за найближчим аналогом: Неминучі % MgO МnО SiO2 CaO MgO Al2O3 домішки % СаО Агломерат за 2,6-3,2 46-49,7 25-28 2,5-4,5 7,5-12,0 2-4 до 2,5 винаходами Агломерат за 50,6 24,1 5,0 7,4 12,9 аналогом 1,48 Шихта за п. 1 відрізняється тим, що магнезійний модуль марганцевого агломерату % MgO/% CaO складає 2,6-3,2 проти 1,48 за аналогом. Неминучі домішки являють собою інші кисневі сполуки, які не впливають на показники процесу. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом компонентного складу шихти для виплавки феросилікомарганцю, що заявляється на винахід, полягає у наступних кількох важливих принципово нових рішеннях. Новизна і промислова корисність шихти за пунктом 1 полягає у тому, що до її складу входить марганцевий магнезійний агломерат, який забезпечує утворення у печі шлаку феросилікомарганцю, який за фізико-хімічною оцінкою і металургійними властивостями має суттєву перевагу перед шлаком, що утворюється у печі з шихти за аналогом. Новизна і промислова корисність шихти за пунктами 1 і 2 відрізняється тим, що марганцевий магнезійний агломерат, який входить до складу шихти, має суттєві відміни за хімічним складом від агломерату за найближчим аналогом, які пов'язані з різним вмістом оксидів СаО і MgO при практично постійній основності шихти  0,35-0,45 і пічного шлаку феросилікомарганцю. Як зазначено вище, магнезійний модуль агломерату складає 2,6-3,2 проти 1,48 за найближчим аналогом. Згідно з нашими дослідженнями температура ліквідує шлаку феросилікомарганцю при практично постійній основності шлаку, яка традиційно розраховується як відношення (% СаО + % MgO)/% SiO2, залежить значною мірою від вмісту оксиду магнію і ця залежність передається рівнянням 2 UA 99998 C2  %CaO   %MnO   ,   tL (  C)  7,84(%MgO)  60  %Al O   175 %SiO . 2 3 2   5 10 Для представлених за хімічним складом пічних шлаків виплавки феросилікомарганцю з використанням шихти за винаходом (А) і найближчим аналогом (Б), наведених нижче (% CaO+% MgO)/ Шлак МnО SiO2 СаО MgO AI2O3 (SiO2) А 16,9 48,1 11,14 9,2 6,6 0,43 Б 17,3 48,8 14,1 4,5 8,4 0,39 розраховані температури ліквідус за наведеною формулою становлять 1508 К (понад 100° вище), відповідно, і ці значення температур шлаків співпадають з температурами, що отримані експериментально. Представлений за хімічним складом шлак виплавки феросилікомарганцю з шихти за винаходом авторами ґрунтовно досліджений з використанням електронного мікроскопа JSM 6320 (японська фірма JEOL) з приставкою для виконання рентгеноспектрального мікроаналізу (РСМА) та програмним забезпеченням для автоматичної обробки експериментальних даних інтенсивності випромінювання кожного елемента, що входить до окремої мінеральної фази шлаку. Встановлено дві основні мінеральні фази, які відрізняються на шліфах кольором: перша умовно "темна" фаза, друга "світла" фаза, особливості хімічного складу яких приведено нижче, мас. %. 15 Мінеральна фаза «темного" кольороу «світлого" кольору 20 25 30 Na2O MgO АІ2О3 SiO2 SO3 K2O СаО МnО BaO 14,03 2,97 50,55 0,77 1,41 17,04 13,22 2,01 2,72 12,46 41,17 1,90 8,77 8,54 19,05 3,38 Наведені дані засвідчують перерозподіл оксиду магнію поміж мінеральними фазами, що позитивно впливає на металургійні властивості шихти щодо мікроструктури і фазового складу шлаку, які в сукупності суттєвих ознак підтверджують новизну шихти за винаходом, що заявляється. З метою підтвердження новизни і корисності шихти за винаходом в період з 26.10.2011 по 30.10.20011 була проведена виплавка стандартного феросилікомарганцю марки МнС17Р06 в умовах плавильного цеху феросплавів ПАТ "Нікопольський завод феросплавів" у високопотужній закритій феросплавній електропечі типу РПЗ-63 (потужність пічного трансформатора 63 МВА). Дослідним плавкам феросилікомарганцю з використанням шихти за винаходом передували плавки феросилікомарганцю за діючою шихтою. За дослідний період (5 діб) використано шихти за винаходом: 206 т марганцевого магнезійного агломерату АМНВ-2М, 318т кварциту, 446,4 т коксику. При цьому виплавлено 1125,3 т феросилікомарганцю та отримано 1530,4 т шлаку. Порівняльні дані витрат вихідних шихтових матеріалів за винаходом, найближчим аналогом і діючою шихтою приведені у таблиці. Таблиця Порівняльні дані основних показників виплавки феросилікомарганцю з використанням шихти за винаходом, найближчим аналогом і діючої шихти виплавки стандартного феромарганцю МнС17Р06 в електропечі РПЗ-63 в умовах ПАТ "НЗФ" 26.10.11-30.10.11 Найменування матеріалів і показників Мnвмісна сировина, кг/баз.т кварцит, кг/баз.т коксик, кг/баз.т Шихта за діючою технологією, агломерат АМНВ-2 Шихта за найближчим аналогом, агломерат АМНВ-2 Шихта за винаходом (дослідна технологія), агломерат АМНВ-2М 1621 1768,0 1582 -(39-186), кг/т 349 409 349,8 453,5 310 397 -(39-40), кг/т -(12-56), кг/т 3 Зміна витрат матеріалів і показників UA 99998 C2 5 Таким чином, шихта за винаходом в порівнянні з шихтою за аналогом та шихтою за діючою технологією забезпечує зменшення питомих витрат вихідних сировинних матеріалів (марганцевого агломерату, кварциту, коксику), електричної енергії і підвищення корисного вилучення марганцю з шихти до товарного феросилікомарганцю на 2,1 мас. %. Враховуючи, що річний об'єм виплавки феросилікомраганцю складає 600-700 тис.т, впровадження шихти за винаходом забезпечить отримання суттєвого економічного ефекту. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 1. Шихта для виплавки феросилікомарганцю у феросплавній дуговій електропечі, що включає марганцевий агломерат, кварцит і коксик у співвідношенні, мас. %: 67-70:13-16 і 16-19, відповідно, яка відрізняється тим, що марганцевий агломерат містить наступний хімічний склад, мас. %: монооксид марганцю 46,0-49,7 діоксид кремнію 25,0-28,0 оксид кальцію 2,5-4,5 оксид магнію 7,5-12,0 оксид алюмінію 2,0-4,0 неминучі домішки до 2,5. 2. Шихта за пунктом 1, яка відрізняється тим, що відношення % CaO/% MgO складає 0,33-0,48. 15 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4