Шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца

Шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца

Реферат

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке марганцеворудного сырья плавкой в рудовосстановительных электропечах, и может быть использовано для переработки бедных фосфористых марганцевых руд с использованием высококачественного марганцевого минерального сырья.

В настоящее время российские предприятия, производящие высокоуглеродистый ферромарганец, работают в сложных условиях, связанных с отсутствием качественного отечественного марганцевого сырья. Большая часть марганцевых руд России имеет относительно невысокое содержание марганца (19-35% Mn) и отношение Р/Mn=0,0052-0,042, что делает невозможным получение сплавов с содержанием фосфора менее 0,35%. Сплавы с содержанием фосфора более 0,35% значительно дешевле на рынке и не пользуются спросом за рубежом.

Высококачественные марганцевые руды Габона, ЮАР, Индии, Австралии и некоторых других стран характеризуются высоким содержанием марганца (˜50%) и отношением Р/Mn≤0,0021. Они пригодны для производства востребованных на рынке низкофосфористых сплавов. В то же время эти материалы обладают достаточно высокой стоимостью и требуют дополнительных расходов на доставку, а отечественные бедные фосфористые руды являются более дешевым и доступным сырьем.

Известна шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца, состоящая из марганцевого сырья, известняка, металлодобавки, отходов производства и углеродистого восстановителя [Авторское свидетельство СССР №1296619, кл. С22С 33/04, 1987], недостатком которой является получение сплава с высоким содержанием фосфора (>0,55%). Ниже приведен типовой состав колоши, мас.%:

Углеродистый восстановитель	12-16
Известняк	0,1-10
Металлодобавка	2,0-4,0
Отходы производства	0,1-5,0
Марганцевый агломерат с отношением
и , равными 0,20-0,35	остальное

Известна шихта для выплавки углеродистого ферромарганца флюсовым способом с содержанием фосфора до 0,35% (Технологическая инструкция на выплавку высокоуглеродистого ферромарганца. ТИ 146-Ф-107-99. Никополь. 1999 г.), состоящая из агломерата, малофосфористого шлака (МФШ), кокса, известняка и железорудных окатышей. Ниже приведен типовой состав колоши, кг (мас.%):

Агломерат АМНВ-1А	750 (35,5)
МФШ	860 (40,7)
Кокс	260 (12,3)
Известняк	180 (8,5)
Окатыши	65 (3)

К преимуществам данного состава шихты относится возможность использования фосфористого марганцевого сырья, в том числе частично переработанного в малофосфористый шлак.

Недостатком данной шихты является необходимость использования малофосфористого марганцевого шлака (МФШ) для обеспечения заданного содержания фосфора в сплаве, что требует дополнительной технологической стадии в условиях производства и может быть реализовано лишь на предприятиях, обладающих соответствующими свободными дополнительными мощностями. При этом снижается производительность, повышается удельный расход электроэнергии, снижается извлечение марганца и увеличивается стоимость сырья.

В качестве прототипа взята шихта [Патент № RU 2048581 С1, кл. С22С 33/04, 20.07.1992], позволяющая получать ферромарганец с пониженным содержанием фосфора (<0,5), включающая, мас.%: углеродистый восстановитель 12-15; флюс 10-20; марганецсодержащие отходы 0,1-8,0; железосодержащий материал 1,0-5,0; и марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,0043, остальное. Ниже приведен состав типовой колоши, масс.%:

Углеродистый восстановитель	12-15
Флюс	10-20
Марганецсодержащие отходы	0,1-8,0
Железосодержащий материал	1,0-5,0
Марганцевый агломерат с отношением
фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,0043,	остальное

К преимуществам шихты относится использование марганецсодержащих отходов.

Недостатком известной шихты является использование марганцевого агломерата с низким содержанием фосфора. Такого сырья в РФ очень мало и применение его в производстве ограничено.

Целью изобретения является вовлечение в производство низкокачественных марганецсодержащих материалов (концентратов, агломератов) и получение высокоуглеродистого ферромарганца с содержанием фосфора менее 0,35% без использования МФШ.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца в рудовосстановительных электропечах, содержащая углеродистый восстановитель, флюс и марганецсодержащее сырье, согласно изобретению в качестве марганецсодержащего сырья содержит смесь богатой марганцевой руды с отношением Р/Mn≤0,0021 и концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродистый восстановитель	12-18
Флюс	8-20
Концентрат бедной фосфористой
марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042	5-40
Богатая марганцевая руда
с отношением Р/Mn≤0,0021	остальное

Выбор граничных значений предложенных компонентов шихты обусловлен требованиями к составу ферромарганца по ГОСТ 4755 - 91, а также различием в стоимости марганцевых материалов.

Проведенными исследованиями установлено, что при содержании в шихте более 40 мас.% концентрата бедной фосфористой отечественной марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 содержание фосфора в сплаве превышает 0,35%. С уменьшением доли концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 менее 5 мас.% возрастает стоимость продукции и снижается степень использования отечественного сырья. Соотношение этих шихтовых материалов определяется минимальным количеством присадки богатой марганцевой руды, обеспечивающей содержание в сплаве фосфора менее 0,35%.

Содержание углеродистого восстановителя в шихте в количестве 12-18 мас.% определено из его стехиометрически необходимого количества на восстановление компонентов шихты с учетом отклонений для регулирования технологического процесса. Недостаток восстановителя (менее 12 мас.%) приводит к снижению степени извлечения марганца, что влечет за собой различного рода нарушения технологического процесса, связанные со шлаковым, электрическим режимами и ухудшением технико-экономических показателей. При избытке восстановителя (более 18 мас.%) происходит неоправданный перерасход восстановителя, увеличивается отношение проводящей и непроводящей частей шихты и, как следствие, нарушается нормальный ход плавки, уменьшается глубина посадки электродов в шихте из-за повышенной электропроводности. Пределы содержания восстановителя 12-18% связаны с соотношением богатой марганцевой руды и концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn 0,0052-0,042.

Пределы содержания флюса обусловлены особенностями карботермического процесса получения ферромарганца. Из опыта работы металлургических предприятий, а также многочисленных исследований было установлено, что оптимальная основность шихты для получения высокоуглеродистого ферромарганца флюсовым способом находится в пределах 1,1-1,3. При недостатке флюса (<8%) снижается степень извлечения марганца. При избытке флюса (>20%) ухудшаются технологические свойства шлака, повышается его кратность и возрастает удельный расход электроэнергии.

Изобретение иллюстрируется опытными плавками, проведенными в высокотемпературной установке типа Таммана при температуре 1600°С.

В качестве шихтовых материалов использовались: концентрат тыньинской фосфористой марганцевой руды (Северный Урал), австралийская марганцевая руда, коксик НТМК (86,1% С), известняк Самского месторождения. Химический состав материалов приведен в табл.1.

В табл.2 приведены составы шихт и результаты опытных плавок. Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый состав шихты обеспечивает получение ферромарганца с содержанием фосфора до 0,35% при содержании марганца в сплаве 81-84% (вблизи верхнего предела по ГОСТ 4755-91).

Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения относительно дешевого концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042.

Таблица 1Химический состав шихтовых материалов
Материал	Содержание элементов, мас.%	P/Mn
Mn	Fe	SiO2	Al2О3	CaO	MgO	P
Австралийская руда	47,1	5,8	5,6	0,46	0,9	0,4	0,10	0,0021
Концентрат Тыньинской руды	38,6	6,9	24,6	3,20	6,0	1,6	0,24	0,0093
Известняк	-	-	-	-	55	0,4	-	-

Таблица 2Состав шихт и результаты опытных лабораторных плавок
№ п/п	Материалы, мас.%	Содержание в сплаве, мас.%	Примечание
Австралийская марганцевая руда	Концентрат Тыньинской руды	Коксик	Известняк (55%СаО)
Mn	P
1	75,53	-	17,27	7,19	84,5	0,178	За пределами формулы
2	68,42	5,95	16,82	8,79	84,1	0,199
3	58,16	14,54	16,18	11,10	83,4	0,233
4	49,95	21,40	15,67	12,95	82,9	0,262
5	38,19	31,24	14,95	15,60	82,1	0,306
6	34,41	34,41	14,72	16,45	81,8	0,321
7	30,69	37,51	14,49	17,29	81,5	0,337
8	27,04	40,57	14,26	18,11	81,2	0,352	За пределами формулы
9	-	63,21	12,58	24,20	78,7	0,485	За пределами формулы

Шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца в рудовосстановительных печах, содержащая марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего сырья используют смесь концентрата бедной фосфористой марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042 и богатой марганцевой руды с отношением Р/Mn≤0,0021 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродистый восстановитель	12-18
флюс	8-20
концентрат бедной фосфористой
марганцевой руды с отношением Р/Mn=0,0052-0,042	5-40
богатая марганцевая руда
с отношением Р/Mn≤0,0021	остальное