способ выплавки металлического марганца из концентрата химобогащения

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАРГАНЦА ИЗ КОНЦЕНТРАТА ХИМОБОГАЩЕНИЯ, включающий его подачу и проплавление в смеси с флюсами, обработку рудно-флюсового расплава жидким или твердым силикомарганцем и выпуск металла и шлака из печи, отличающийся тем, что, с целью повышения степени использования кремния и извлечения марганца, подачу концентрата ведут в две стадии, на первой стадии - в смеси с флюсом подают 70 - 78% концентрата от его расхода на плавку с последующим сливом после обработки силикомарганцем образовавшегося шлака, на второй стадии подают оставшуюся часть концентрата химобогащения в смеси с флюсом и после достижения необходимой концентрации кремния проводят выпуск металла вместе со шлаком.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение концентрата химобогащения и свежеобожженного флюса поддерживают равным на первой стадии (2,25 - 2,55) : 1, а на второй (1,6 - 1,8) : 1.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на второй стадии в смесь концентрат-флюс добавляет 1 - 2% кускового известняка или доломита, при этом всю смесь присаживают порциями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве ферросплавов.

Известен способ производства металлического марганца, включающий плавку бесфосфористого маложелезистого шлака (МФШ), выплавку из МФШ силикомарганца с содержанием 28-32% Si и силикотермическое восстановление марганца в присутствии флюса - извести из другой порции МФШ кремнием силикомарганца (1).

Однако при этом способе плавки полезное использование кремния восстановителя составляет лишь 60% . Это приводит к повышению количества шлака, повышенному расходу МФШ и силикомарганца и очень высокому сквозному расходу электроэнергии.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выплавка металлургического марганца из концентрата химобогащения (КХО), включающая его подачу и проплавление в смеси с флюсами, обработку рудно-флюсового расплава жидким и твердым силикомарганцем и выпуск металла и шлака из печи (2).

Однако и при этом полезное иcпользование кремния оcтаетcя очень низким, а потери марганца cо шлаком выcокие.

Целью изобретения является повышение степени использования кремния и извлечения марганца.

Представленные цели достигаются тем, что в способе плавки, включающем подачу и проплавление КХО в смеси с флюсами, обработку рудно-флюсового расплава кремнием силикомарганца и выпуск металла и шлака. Сначала в печь загружают и проплавляют в смеси флюсом лишь 70-78% КХО от всего его расхода на плавку, затем рудно-флюсовый расплав обрабатывают кремнием силикомарганца, причем силикомарга- нец загружают полностью, затем шлак после 10-20-минутной выдержки сливают, а металл обрабатывают оставшейся частью КХО, которую загружают также в смеси с флюсами и выпускают из печи вместе со шлаком.

При этом основность шлака повышается постепенно от 1,3-1,4 вначале до 1,5-1,6 в конце плавки, что загружаемая в начале плавки часть КХО смешивается со свежеобожженными флюcами в соотношении (2,25-2,55): 1 а вторая часть КХО смешивается перед загрузкой в печь с флюсами в соотношении (1,6-1,8): 1.

Перед загрузкой в печь к второй части КХО добавляется 1-2% от веса смеси кускового известняка или доломита, а сама смесь присаживается в печь порциями в 2-3 приема.

При нагревании и расплавлении КХО в смеси с флюсами высшие оксиды марганца, даже при невысокой концентрации оксида углерода в газах переходят в (MnO). С другой стороны, при обработке рудно-флюсового расплава кремнием твердого или жидкого силикомарганца восстановление (MnO) идет только при высоких концентрациях кремния ( 5-6% ). При расходе на образование рудно-флюсового расплава 70-78% КХО и загрузке в печь 100% силикомарганца от его расхода на плавку, концентрация кремния в сплаве при этом понижается лишь до 5-6% , а полезное использование кремния для восстановления может составлять 90-95% . В результате на 1 кг израсходованного кремния в металл переходит 3,53-3,72 кг марганца. Содержание марганца в шлаке над таким промежуточным сплавом (Si5-6% ) понижается до 10-12% , а извлечение марганца в жидкий металл из первой части КХО доходит до 83-85% .

Полезное использование кремния достигается тем, что после слива первого шлака на металл присаживается 22-30% КХО в смеси со свежеобожженной известью. Присадка осуществляется в 2-3 приема. К смеси добавляется 1-2% известняка или необожженного доломита. В результате примерно в течение 30 мин над металлом поддерживается шлак с очень высокой концентрацией Mn₃O₄ (в КХО при содержании 59-64% Mn содержится 82-89% Mn₃O₄, 0,02-0,5% Fe, 0,004-0,008% P, 0,5-1,0% SiO₂, 4-5% CaO). Расплав перемешивается за счет CO₂, выделяющегося при разложении карбонатов. Поэтому окисление кремния идет быстро и пpоисходит преимущественно по реакции

Mn₃O₄+2[Si] = 3[Mn] +2(SiO₂)

При этом на 1 кг кремния из задаваемого второй частью КХО восстанавливается и переходит в металл 2,9 кг марганца. В результате полезное использование кремния силикомарганца увеличивается и может составлять в целом за плавку 80-85% , вместо 60-65 при обычной плавке. Естественно при этом заметно растет и извлечение марганца в металл, а кратность шлака уменьшается.

Основность шлака по ходу плавки металлического марганца поддерживается переменной 1,3-1,4 в промежуточном слива- емом шлаке и 1,5-1,6 в конечном шлаке. Подобное изменение обеспечивается тем, что в загружаемой в печь порции КХО и флюса их соотношение составляет (2,25-2,55): 1, а в смеси, загружаемой на расплав после слива шлака - (1,6-1,8): 1. Это позволяет уменьшить выход сливаемого шлака на 110-120 кг/т товарного сплава, а извлечение марганца в первом периоде повысить на 1-1,5% .

Отношения КХО: флюс (2,25-2,55): 1 в начале и (1,6-1,8): 1 в конце плавки являются оптимальными. При отношении > 2,55: 1 увеличивается концентрация (MnO) в шлаке и, следовательно, потери невосстановленного марганца. При отношении <2,25: 1 растет вязкость шлака, он плохо сливается, растут потери в виде корольков. Для конечного шлака при отношении <1,6: 1 основность становится излишне высокой, повышается вязкость шлака, растет количество шлака, а извлечение марганца в товарный металл не только не увеличивается, но и за счет потерь металла падает. При отношении >1,8: 1 увеличивается концентрация (MnO) и также растут потери марганца (аз счет невосстановленного марганца). И в том и в другом случае полезное использование кремния понижается.

При расходе известняка меньше 1% перемешивание шлака происходит плохо. Скорость реакции понижается. Растут потери марганца со шлаком. Больше чем 2% расход известняка также нецелесообразен, так как при этом шлак сильно охлаждается. Растет продолжительность рафинирования, а полезное использование кремния понижается.

П р и м е р 1. Предлагаемый способ плавки в печи 5 МВА реализуется следующим образом. Под электроды заваливается небольшая навеска шихты из КХО, флюсов и силикомарганца, печь включается на полную мощность, после чего в центр и вокруг электродов заваливается навеска из 10т КХО с 3,0-4,0 т флюсов (свежеобожженная известь или смесь извести с доломитом), которая проплавляется примерно в течение 2-х часов. Затем равномерно по всей поверхности расплава загружается весь силикомарганец (или заливается жидкий силикомарганец) (6-6,6 т). Образовавшийся при этом очень жидкий шлак сливается через 10-20 мин после окончания загрузки силикомарганца и в печь примерно в течение 30 мин 2-3 порциями загружается смесь, состоящая из 2800-4200 кг КХО и 1750-2300 кг извести и 70-100 кг известняка, после чего отбирают пробу металла, а при содержании кремния < 0,8% или < 1,8% , металл и шлак выпускают в ковш. Если содержание кремния в металле выше указанных пределов, металл и шлак продуваются 1-2 раза воздухом для их перемешивания и ускорения окисления кремния, после чего вместе со шлаком выпускают в ковш. Расход электроэнергии составляет 1200-1400 квтч на физическую тонну сплава.

П р и м е р 2. Для изучения влияния доли КХО в загрузке и соотношения между расходом КХО и расходом флюса провели лабораторные опыты, выполнили расчеты шихты и материального баланса плавки, их результаты приведены в табл. 1. В табл. 1 приведены показатели плавки по прототипу при использовании в шихте КХО, извести и силикомарганца. Состав КХО (Mn 59-64% , Mn₃O₄ 81,8-88,9% , CaO 4-5% , CaCl₂ 4-6% , SiO₂ 1,0) и силикомарганца (Si 28-32% , Mn 66-70% ) был переменным. При этом, как правило, для восстановления марганца из КХО с высоким содержанием марганца использовали силикомарганец с содержанием кремния 32% , с низким ( 59% ) 28% . Поэтому расход силикомарганца в каждой серии был сравнительно постоянным.

П р и м е р 3. Для наиболее оптимального варианта 75% КХО в закалке и соотношении КХО: флюсы= (2,25-2,55): 1 выполнили технологические расчеты и опытные плавки. Их средние результаты приведены в табл. 2.

Из приведенных примеров видно, что в предполагаемом изобретении повышается по сравнению с прототипом полезное использование кремния на 8,7-11,5% . На 6-11% повышается и извлечение марганца. Кроме этого при плавке по предлагаемому способу уменьшается кратность шлама (на 0,3-0,38 т/т). Уменьшается расход электроэнергии на 300-500 кВт/ч и при плавке на КХО. Последнее связано как с тем, что уменьшается кратность шлака, так и с тем, что количество предварительно расплавляемой шихты по предлагаемому способу плавки уменьшается примерно на 30% . (56) Гасик М. И. "Электротермия марганца". Киев, Техника, 1979, с. 134-151.

Леханов Н. М. , Николаев В. И. "Выплавка силикотермическим способом марганцевых сплавов из концентратов химического и гидрометаллургического обогащения". Бюл. ЦИИНЧИ и ТЭИ, 1972, N 3, с. 33-37.