шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца

Формула изобретения

1. Шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца, содержащая марганецсодержащее сырье, кокс, известняк и железосодержащие добавки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отвальный шлак силикотермической плавки
металлического марганца	1-88
кокс	5-25
известняк	0-20
железосодержащие добавки	0-10
марганецсодержащее сырье	остальное

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего сырья используют марганцевые руды или концентраты, получаемые в результате обогащения марганцевых руд.

3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что требуемую массу марганецсодержащего сырья в шихте определяют пересчетом содержания марганца в сырье на базовое содержание марганца в количестве 48 мас.%.

4. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что для поддержания оптимальной основности шлака CaO/SiO₂=1,0÷1,6 при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца при необходимости в шихту дополнительно добавляют кварцит в требуемом количестве.

5. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве железосодержащих добавок используют железорудное сырье в количестве, соответствующем требуемому содержанию железа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии ферросплавов, а именно к способам получения марганцевых ферросплавов, и может быть использовано для получения высокоуглеродистого ферромарганца.

Для получения высокоуглеродистого ферромарганца известна шихта, включающая марганецсодержащее сырье, кокс, известняк и железосодержащие металлодобавки (Гасик М.И. Марганец. М.: Металлургия. 1992. 608 с.). В зависимости от состава марганецсодержащего сырья (руды или концентрата) на получение 1 т высокоуглеродистого ферромарганца расходуется 2200-2700 кг марганецсодержащего сырья, 400-700 кг кокса, 200-600 кг известняка, 0-300 кг железосодержащих металлодобавок (Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. М.: Металлургия. 1988. 784 с.). Постоянное удорожание марганецсодержащего сырья вообще и низкофосфористого, в частности, требует изыскания методов снижения удельного расхода марганецсодержащего сырья (руды, концентратов).

Техническим результатом, достигаемым в изобретении, является снижение удельного расхода марганецсодержащего сырья и известняка и снижение содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце.

Предлагаемая шихта отличается от известной тем, что для получения высокоуглеродистого ферромарганца она, помимо марганецсодержащего сырья, кокса, известняка и железосодержащих добавок, дополнительно включает отвальный шлак процесса выплавки металлического марганца силикотермическим способом, мас.%:

отвальный шлак силикотермической плавки
металлического марганца	1-88
кокс	5-25
известняк	0-20
железосодержащие добавки	0-10
марганецсодержащее сырье	остальное

Шлак процесса выплавки металлического марганца силикотермическим способом содержит, мас.%: 20-22 MnO; 0,003-0,005 P; 27-29 SiO₂; 43-46 CaO; 2-4 Al₂O₃; 2-4 MgO; 0,1-0,2 FeO; 0,1-0,2 S. Процесс выплавки металлического марганца этим способом характеризуется высокой кратностью шлака (3,5-4), значительными потерями марганца с отвальным шлаком, большим содержанием оксида кальция и весьма низким содержанием фосфора в шлаке. Шлак этого процесса отвальный, следовательно, содержащийся в нем марганец теряется. Извлечение марганца в металл в этом процессе не превышает 60-65% (Лякишев Н.П., Гасик М.И., Дашевский В.Я. Металлургия ферросплавов. Ч.1. М.: Учеба. 117 с.). Повышенное содержание марганца в шлаке силикотермической плавки металлического марганца, весьма низкое содержание фосфора и высокое содержание оксида кальция позволяют рассматривать его как перспективный шихтовой материал для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца.

Введение в шихту для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца шлака силикотермической плавки металлического марганца позволяет не только полезно извлечь часть марганца из шлака, которая безвозвратно теряется, но и за счет этого снизить удельный расход марганецсодержащего сырья. Содержание фосфора в марганецсодержащем сырье (руде, концентратах) составляет 0,2-0,3%, редко 0,10-0,15%. Поскольку снизится количество марганецсодержащего сырья в шихте для выплавки ферромарганца, следовательно, снизится и количество фосфора, вносимого этим сырьем, и тем самым снизится содержание фосфора в ферромарганце. Высокое содержание оксида кальция (43-46%) в этом шлаке при вводе его в шихту для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца позволит существенно сократить расход известняка.

По результатам исследований выбранное количество шлака силикотермической плавки металлического марганца для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца улучшает технико-экономические показатели процесса производства высокоуглеродистого ферромарганца: снижает удельный расход марганецсодержащего сырья и известняка, а также снижает содержание фосфора в металле.

Снижение количества шлака силикотермической плавки металлического марганца в шихте ниже 1% практически не обеспечивает достижение поставленной цели. Показатели выплавки высокоуглеродистого ферромарганца в этом случае не лучше таковых для случая использования только марганецсодержащего сырья (руды, концентратов). Количества шлака силикотермической плавки металлического марганца в шихте выше 88% может привести к и снижению всех технико-экономических показателей процесса.

Выбранные пределы по содержанию в шихте кокса обеспечивают наиболее полное извлечение марганца в металл. Снижение доли кокса в шихте <5% и повышение >20% приводит к снижению извлечения марганца в металл, в первом случае за счет недостатка восстановителя, а во втором - за счет нежелательного извлечения в металл других элементов, содержащихся в шихте, например, кремния. Количество известняка взято из расчета получения в процессе выплавки высокоуглеродистого ферромарганца шлака оптимальной основности (CaO/SiO₂=1,0÷1,6), обеспечивающей высокие технико-экономические показатели процесса. Количество железосодержащих металлодобавок взято из расчета получения в процессе выплавки высокоуглеродистого ферромарганца металла, содержание железа в котором отвечает требованиям стандарта.

Пример. Для составления шихты использовали: в качестве марганецсодержащего сырья полученный из концентрата марганцевой руды Никопольского месторождения агломерат, содержащий, мас.%: 49,02 Mn; 1,2 Fe₂O₃; 0,224 P; 17,1 SiO ₂; 4,3 CaO; 2,2 Al₂O₃; 1,4 MgO; 0,13 S; кокс; известняк; стальную стружку; шлака силикотермической плавки металлического марганца следующего состава, мас.%: 15,7 Mn; 0,2 FeO; 0,005 P; 27,9 SiO₂; 45,4 CaO; 3,3 MgO; 3,5 Al₂O₃; 0,19 S. Компоненты шихты в указанном ниже соотношении смешивали и загружали в рудно-термическую электропечь. Процесс вели непрерывно, периодически выпуская металл и шлак. При необходимости для поддержания оптимальной основности шлака в шихту дополнительно добавляли кварцит в требуемом количестве Варианты выплавки высокоуглеродистого ферромарганца на шихте, известного и предложенного состава, приведены в таблице.

Таблица
Показатель	Шихта
известная	предлагаемая
1	2	3	4
Состав шихты, мас.%:
- отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца	0	20,0	40,0	60,0	88,0
- кокс	15,16	14,91	13,62	12,17	6,47
- известняк	17,72	6,01	0,47	0	0
- стальная стружка	3,18	3,02	2,99	2,32	1,23
- марганцевый агломерат (48% Mn)	63,94	56,06	42,92	25,51	0
- кварцит	0	0	0	0	4,30

Состав ферромарганца, мас.%:
Mn	79,03	78,49	77,53	76,22	72,56
Fe	12,35	12,67	12,11	11,91	11,32
С	6,42	6,39	6,30	6,20	5,93
Si	1,78	2,49	3,76	5,38	10,16
Р	0,41	0,36	0,34	0,29	0,03
S	0,01	0,01	0,01	0,02	0,02
Состав шлака, мас.%:
MnO	15,58	14,41	13,63	9,32	5,24
FeO	0,13	0,09	0,07	0,05	0,02
SiO2	34,05	34,46	34,70	34,27	36,18
CaO	40,89	41,36	41,64	47,98	50,56
Al2O3	6,03	5,89	5,80	5,09	4,17
MgO	3,01	3,53	3,92	4,01	3,69
P2O 5	0,05	0,04	0,03	0,02	0,01
Основность шлака CaO/SiO2	1,2	1,2	1,2	1,4	1,4
Кратность шлака, т/т	1,01	1,41	2,10	3,15	6,92
Удельный расход шихтовых материалов, кг/т:
- отвальный шлак силикотермической плавки металлического марганца	0	665	1501	2702	7848
- кокс	490	496	511	548	577
- известняк	573	200	18	0	0
- стальная стружка	103	100	101	104	107
- марганцевый агломерат (48% Mn)	2067	1865	1622	1149	0
- кварцит	0	0	0	0	383
Извлечение марганца из шихты, %	78,01	75,01	69,99	65,02	60,01
Снижение удельного расхода материалов, мас.%:
- марганцевого агломерата (48% Mn)	0	9,77	21,53	44,41	100
- известняка	0	65,10	96,86	100	100
Доля марганца, вносимого шихтовыми материалами, %:
- марганцевым агломератом (48% Mn)	100	90,35	75,74	57,23	0
- отвальным шлаком силикотермической плавки металлического марганца	0	9,65	24,26	42,77	100
Извлечение марганца, %:
- из марганцевого агломерата (48% Mn)	78,0	78,0	78,0	78,0	0
- из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца, %	0	46,96	45,03	47,67	60,01

Как видно из таблицы, преимуществом использования для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца предлагаемой шихты является возможность снижения удельного расхода марганецсодержащего сырья до 100%, снижения удельного расхода известняка до 100%, снижения содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце до 0,03%, извлечение из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца до 60 отн.% марганца, который в настоящее время безвозвратно теряется.

Оптимальным вариантом предлагаемой шихты является вариант 2, при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца по этому варианту достигается снижение удельного расхода марганецсодержащего сырья на 21,53% и снижение удельного расхода известняка на 96,86%. Содержания фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце составляет 0,34%, что ниже на 17 отн.%, чем в случае выплавки ферромарганца только из марганцевого агломерата (0,41% Р). При неизменной степени извлечения марганца из марганцевого агломерата из отвального шлака силикотермической плавки металлического марганца извлекается ~50 отн.% марганца.

Технико-экономические преимущества предлагаемой шихты заключаются в том, что ее использование позволяет снизить удельный расход марганецсодержащего сырья и известняка, снизить содержание фосфора в высокоуглеродистом ферромарганце, повысить полезное использование марганца за счет возврата значительной части марганца, содержащегося в отвальном шлаке силикотермической плавки металлического марганца, который в настоящее время безвозвратно теряется.