способ производства силикомарганца

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СИЛИКОМАРГАНЦА, загрузку на колошник шихты из марганцевого концентрата, кварцита, кокса и доломита, выпуск металла и шлака в промежуточное устройство с верхней и нижней летками, плавление и перегрев, отделение металла от шлака, разливку сплава, отличающийся тем, что марганцевый концентрат делят на две части и загружают сначала 90 95% концентрата с шихтой, затем оставшуюся часть концентрата обжигают, размалывают, смешивают с ферросилицием и порошком отвального шлака флюсовой плавки ферромарганца и вводят в виде брикетов на шлак двумя порциями в промежуточное устройство, затем шлак прогревают электрическим током и скачивают через верхнюю летку 80

90% шлака, металл сливают в ковш для разливки сплава через нижнюю летку после выпуска из печи в промежуточное устройство следующей порции металла и шлака.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии шлак обрабатывают брикетами с высококремнистым ферросилицием, а после их проплавления на второй стадии на шлак присаживают брикеты с низкокремнистым ферросилицием.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что брикеты с высококремнистым ферросилицием вводят следующего состава, мас.

Ферросилиций (ФС65-ФС75) 53,5 59,0

Концентрат марганцевый обожженый 29 32

Отвальный шлак флюсовой плавки ферромарганца Остальное

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что брикеты с низкокремнистыми ферросилицием вводят следующего состава, мас.

Ферросилиций (40 45% Si) 47 52

Концентрат марганцевый обожженный 36 38

Шлак отвальный флюсовой плавки ферромарганца Остальное

Описание изобретения к патенту

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

Силикомарганец находит все большее применение в черной металлургии. Это вызвано, как повышенным качеством спокойной стали, раскисленной силикомарганцем, так и более высоким извлечением при его плавке марганца из концентратов с повышенным содержанием кремнезема.

Однако используемые в настоящее время способы плавки сплава связаны со значительными потерями марганца и повышенным расходом электроэнергии (Гасик М. И. Электротермия марганца. Киев: Техника, 1979, с. 127-130). Последнее связано с тем, что пустая порода марганцевых руд большинства месторождений представлена кремнеземом (до 24% SiO на 42-48% Mn). Это увеличивает количество шлака. С другой стороны кремнезем в твердой шихте при 900-1000^оС вступает в реакцию с монооксидом марганца переводя 20-90% MnO концентрата в шлак. Это как вследствие понижения активности MnO, так и вследствие сегрегации шихты затрудняет его восстановление и способствует потерям со шлаком 15-20% Mn (от его расхода в шихту). Кроме того, 10% марганца теряется в виде корольков и капель металла, запутавшегося в шлаке [1]

Известны попытки уменьшить при плавке силикомарганца потери марганца в виде MnO в шлаке и металла, запутавшегося в шлаке (в виде корольков и капель), путем введения в шихту основных флюсов (долонит, известняк) или щелочей в способе производства силикомарганца включающим дозирование, смешивание, загрузку на колонки шихты из марганцевого концентрата, кварцита, кокса и доломита, выпуск металла и шлака в промежуточное устройство его отделение от шлака и разливку сплава [2] Однако введение оснований часто наоборот увеличивает количество шлака и потери марганца, а прямое введение щелочей приводит к повышенному их испарению и образованию большого количества пыли. Поэтому потери марганца при таком способе плавки, хотя и понижаются на 1-2% но остаются очень высокими и составляют в сумме 20-27%

Цель изобретения создание способа производства силикомарганца, который обеспечивал бы понижение потерь со шлаком как восстановленного, так и невосстановленного марганца.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе производства силикомарганца, включающем дозирование, смешивание, загрузку на колошник и проплавление шихты из марганцевого концентрата, кварцита, кокса и доломита выпуск металла и шлака из печи в промежуточное устройство, его отделение от шлака и разливку, в печь с шихтой загружают только 90-95% марганцевого концентрата. Оставшиеся 5-10% концентрата обжигают, размалывают и смешивают с порошком ферросилиция и порошком отвального шлака флюсовой плавки ферромарганца и брикетируют. Брикеты в два приема загружают в промежуточное устройство после выпуска в него порции металла и шлака и проплавляют. После этого шлак прогревают под током, затем через летку для выпуска шлака на 80-90% сливают в шлаковню. Металл через летку для его выпуска выпускают из промежуточного устройства в ковш для разливки сплава в начале прогрева шлака от последующего выпуска его из печи. На шлак загружают сначала брикеты с высококремнистым ферросилицием, а после их проплавления и 5-10-минутной выдержки брикеты с низкокремнистым ферросилицием.

Брикеты для обработки шлака на первой стадии имеют состав, мас. Ферросилиций (65-75% Si) 53,5-59

Концентрат марганцевый обожженный 29-32

Отвальный шлакфлюсовой плавки ферромарганца остальное

на второй стадии: Ферросилиций (40-45% Si) 47,0-52,0

Концентрат марганцевый обожженный 36,0-38,0

Отвальный шлак флюсовой плавки ферромарганца остальное

Потери восстановленного марганца (корольки и капли сплава в шлаке, скрапины в стриммерном устройстве, скрапины сплава, попадающего в шлаковни при сливе остатков шлака из ковша перед разливкой сплава, брызги сплава при его разливке; пары марганца, выносимые с газом) составляют 10-15% Потери марганца испарением вместе с брызгами металла при разливке составляют не более 1-2% Поэтому 8-13% металла теряется в виде корольков и капель в шлаке, а также в результате их запутывания в шлаке при отделении металла от остатков шлака. Выпуск силикомарганца вместе со шлаком в промежуточное устройство (ПУ) позволяет (благодаря выдержке и подогреву шлака в ПУ, в результате которого понижается его вязкость, а скорость осаждения корольков растет в 8-10 раз) и раздельный выпуск сплава из ПУ через специальную летку практически полностью устраняет эти потери (8-13%) сплава.

Обработка шлака брикетами, состоящими из ферросилиция, обожженной руды и отвального шлака флюсовой плавки ферромарганца, позволяет ликвидировать (не менее чем на 70-80%) и потери со шлаком невосстановленного марганца (MnO).

При введении брикетов на шлак в них с большой скоростью происходят экзотермические реакции:

Mn₂O₃+3/2Si=2Mn+3/2SiO₂ (1)

Mn₃O₄+2S=3Mn+2SiO₂ (2) с выделением тепла по реакции:

2(MnO)+Si=2Mn+SiO₂ (3) восстанавливается и оксид MnO из шлака ферромарганца. Наличие в составе брикетов основного шлака ферромарганца ускоряет отделение от металла вязкого кремнезема, что и делает восстановление MnO из брикета более полным. В ходе восстановления марганца из брикетов по реакции (1) и (2) на поверхности контакта брикет-отвальный шлак силикомарганца образуется большое количество корольков металла (Mn 22-25% Si 45-57%) плотностью 4,3-5 г/см³, которые, опускаясь через шлак силикомарганца, восстанавливают из него 70-80% MnO. При наличии хорошего контакта между восстановителем и оксидом скорость металлотермического восстановления, как известно, велика. Поэтому при движении корольков высококремнистого сплава вниз через шлак из него с большой скоростью восстанавливается MnO и Mn₃O₄, содержание марганца в каплях и корольках очень быстро повышается до 45-50% а содержание кремния понижается до 35-36% Равновесная с таким сплавом, как показывают расчеты и опыт плавки силикомарганца 30/60, концентрация марганца в кислом шлаке составляет лишь 2-4%

Чтобы полностью исключить потери восстановленного в печи и в ПУ металла после обработки шлака брикетами, он выдерживается под током в течение 35-40 мин. Шлак при этом подогревается на 100-120^оС, что в результате понижения его вязкости ускоряет осаждение корольков. Более полному осаждению мелких корольков кремнистого металла способствует и обработка шлака после проплавления первой порции брикетов второй порцией брикетов (расход брикетов 20-30 кг/т шлака), в состав которых введен порошок низкокремнистого ферросилиция. В результате реакций (1)-(3) в этих брикетах образуются корольки и капли металла с содержанием 20-22% Si плотностью 6,3-6,5 г/см³, что примерно в 15 раза ускоряет скорость их осаждения и способствует более полному осаждению корольков более кремнистого сплава, образующихся ранее.

Расход брикетов для довосстановления MnO из шлака и отделения от шлака как ранее образовавшихся корольков (в печи, при выпуске металла и шлака в ПУ), так и корольков, образующихся при довосстановлении, зависит от количества (кратности) шлака и концентрации марганца в нем. Так, при кратности шлака 1,3 т/т и содержании марганца в нем 14-15% расход брикетов составляет 500 кг/т силикомарганца, выпущенного из печи, а при кратности 1,0 т/т и 12% Mn 350 кг/т. Состав этих брикетов (ферросилиций 53,5-59,0% концентрата марганцевый 29,0-32% шлак отвальный флюсовой плавки ферромарганца остальное) сравнительно постоянен и изменяется лишь с изменением качества проплавляемой руды. При содержании в концентрате 42% Mn его расход составляет 32% а при 48% Mn понижается до 29-30% Поэтому доля концентрата, вносимого с брикетами, составляет лишь 5-10% от его расхода на плавку, т.е. основная масса концентрата (90-95% от pасхода на плавку) вносится в шихту и загружается в печь.

Продолжительность выдержки металла и шлака в промежуточном устройстве определяется условиями работы печей, выплавляющих силикомарганец и периодичностью выпуска сплава из них. В современных мощных печах РПЗ-63И1 выпуск сплава осуществляется через 120 мин (четыре выпуска в смену). В этом случае время, затрачиваемое на осаждение корольков и довосстановление, составляет 60-65 мин (120-15-30-10, где 15 время выпуска металла и шлака из РТП, мин, 30 время, затрачиваемое на закатывание и выкатывание ПУ и ожидание выпуска, мин, 10 время выпуска 60-90% шлака из ПУ мин). Промежуточное устройство для отделения металла от шлака и для довосстановления MnO из него представляет собой емкость, вмещающую два объема металла и 1,5 объемов шлака. Устройство оборудовано неподвижными электродами и трансформатором для подогрева шлака под током. Устройство смонтировано на подвижной платформе и может устанавливаться (подкатываться) к любой из трех леток печи.

При плавке силикомарганца в печи РП363И1 за 1 выпуск выпускают 30-32 т сплава и 33-42 т шлака. При помощи пода в ПУ 11,5-12 м² один выпуск металла образует слой толщиной 40-42 см, а шлака 102-113 см. Для отделения корольков диаметром <0,3 мм при 1400^оС и вязкости шлака 0,1 Па ^.оС требуется выдержка 15-18 мин. Подогрев шлака на 100-120^оС понижает вязкость шлака на порядок и ускоряет осаждение корольков в 5-10 раз. Поэтому 30-40 минутная выдержка шлака под током позволяет полностью отделить как корольки и капли образовавшиеся при выпуске сплава, так и образующиеся при довосстановлении MnO из шлака. В результате довосстановления и осаждения корольков вес металла увеличивается, а толщина слоя металла перед выпуском шлака составляет 60-63 см.

Промежуточное устройство имеет две летки нижнюю (для выпуска сплава) на уровне подины и верхнюю (для выпуска шлака) на высоте 0,75^. 0,8 м от подины. Это позволяет после завершения выдержки выпускать из промежуточного устройства 80-90% отвального шлака и полностью исключить попадание в этот шлак сплава. Выпуск сплава в ковш для разливки из промежуточного устройства производят после приема в него следующего выпуска металла и шлака из печи. Металл при этом образует в промежуточном устройстве слой толщиной 100-105 см. Это при выпуске в ковш для разливки 40 т сплава (через нижнюю летку) полностью исключает попадание в ковш отвального шлака. В результате ликвидируются как потери сплава со шлаком, так и потери в стриммерном устройстве (2-4%) при его разливке.

При предлагаемом способе плавки не устраняются лишь потери марганца испарением и потери металла в виде брызг при разливке. Однако испаряющийся марганец при плавке в закрытых печах улавливается системой газоочистки. Поэтому безвозвратно теряются лишь брызги при разливке. Однако они невелики (>0,5-1,0% от веса плава). Для того, чтобы исключить испарение марганца и кремния с открытой поверхности разливочного ковша на его поверхность присаживают 2-3 лопаты плавикового шпата.

П р и м е р 1. Из порошка ферросилиция (74% Si, 2,5% Al) прокаленного марганцевого концентрата (49,3% Mn, 3,3% Fe₂O₃, 14,2% SiO₂) и отвального шлака флюсовой плавки ферромарганца (14,7% Mn, 32% SiO₂, 39,5% CaO) изготовили брикеты (ферросилиций 53,5-59% марганцевый концентрат 29,0-32,0% шлак остальное). Брикеты затем при 1550^оС загружали в печь Таммана. После загрузки в них начинались экзотермические реакции, которые завершались через 20-30 ч. Металл и шлак затем сливали и анализировали. При этом получили следующие результаты: выход металла (48-57% Si, 22-25% Mn) 113-116,8% от веса ферросилиция; выход шлака 52-65% от расхода ферросилиция; извлечение марганца в металл с учетом марганца, вносимого шлаком 90-92%

П р и м е р 2. В тигле в печи Таммана расплавляли шлак силикомарганца ( 43% SiO₂, 15% Mn). На шлак загружали брикеты приведенного в примере 1 состава расход брикетов составлял 37,5% от веса шлака. После загрузки брикетов металла шлак выдерживали 10 мин, сливали и анализировали. Выход металла (34-36% Si, 44-52% Mn) составил 146-150,5% от веса ферросилиция в брикетах. Шлак содержал 4-6,5% MnO.

П р и м е р 3. Способ производства силикомарганца реализуется в промышленной печи РК363И1 следующим образом. Шихта из марганцевого концентрата, кварцита, кокса и доломита рассчитывается и дозируется из условия получения сплава с содержанием 14-15% Si и шлака основностью CaO/SiO₂=0,7-0,8. Выпуск металла и шлака производится в промежуточное устройство четыре раза в смену. Затем промежуточное устройство откатывается от печи и подключается к трансформатору для подогрева шлака, на шлак присаживаются брикеты с высококремнистым ферросилицием в количестве 350-500 кг/т, а после их проплавления 300-600 кг брикетов с 45% ферросилиция. После этого делается выдержка (30-40 мин) и 80-90% шлака спускается через верхнюю летку. Промежуточное устройство вновь закатывается под печь для приема в него металла и шлака следующего выпуска. После приема в промежуточное устройство металла и шлака от второго выпуска оно вновь откатывается, подключается на подогрев шлака, на шлак присаживаются вновь брикеты с высококремнистым ферросилицием и одновременно через нижнюю летку делается выпуск сплава. Выпуск прекращается после наполнения ковша, а летка закрывается на ходу с помощью пушки.

Для оценки возможных показателей плавки силикомарганца разработали проект участка печь промежуточное устройство и с учетом результатов опытов, приведенных в примерах 1 и 2, рассчитали шихту, материальный и тепловой баланс плавки. Результаты приведены в таблице.

Из данных, приведенных в примерах, видно, что предлагаемый способ плавки по сравнению с прототипом позволяет:

повысить извлечение марганца в сплав на 15-18% практически полностью ликвидировать потери восстановленного марганца и на 70-80% потери марганца с отвальным шлаком. Содержание MnO в шлаке после довосстановления, как видно из приведенных выше данных, составляет 6-8,4% Однако примерно на 1/3 это связано с тем, что часть MnO вносится шлаком ферромарганца, приход которого в расчетах извлечения не учитывался;

заметно повысить качество сплава по содержанию в нем фосфора (с 0,45 до 0,36-0,38%);

уменьшить расход электроэнергии на плавку силикомарганца на 1300-1500 кВт ч/баз ^. т сплава. Учитывая, что понижение концентрации фосфора в сплаве достигается без использования МФШ (экономия МФШ 400 кг/т), это означает, что в сумме экономится 1700-1900 кВт ч/т сплава (в том числе 400 кВт ч на плаву МФШ).