Системи технологій промисловості (стр. 14 )

Высшие оксиды марганца восстанавливаются по реакциям:

2MnO2тв + CO = Mn2O3тв + CO2;

3Mn2O3тв + CO = 2 Mn3O4тв + CO2;

Mn3O4тв + CO = 3 MnOтв + CO2.

Эти реакции протекают легко при невысоких температурах - менее 900°С. Восстановление закиси марганца может происходить по следующим реакциям:

MnOтв + Cтв = Mnтв + CO; Тн. в. = 1400 0С;

MnOтв + 10/7Cтв = 1/7 Mn7С3тв + CO; Тн. в. = 1270 0С.

Происходит также взаимодействие закиси марганца с кремнеземом с образованием жидких силикатов марганца МnО∙SiО2 и 2МnО∙SiO2.

При выплавке ферромарганца бесфлюсовым способом шлак содержит очень мало оксидов кальция и магния; весь кремнезем в шлаке связан в силикаты с закисью марганца, содержание которой велико (около 50%). Извлечение марганца из руды в сплав при применении в плавку богатых марганцевых руд составляет около 60%; вместе с газами теряется около 10% марганца. Остальная часть марганца из шихты переходит в шлак. Этот шлак используется при выплавке силикомарганца.

Ферромарганец выпускают из печи каждые 1,5-2 ч; разливка ведется на разливочных машинах.

Бесфлюсовым методом углеродистый ферромарганец можно получить при работе на богатых рудах с невысоким содержанием фосфора. При использовании бедных марганцевых руд получается большое количество шлака, уменьшается извлечение марганца, в связи с чем увеличивается содержание фосфора в ферромарганце.

При производстве ферромарганца из бедных руд необходимо применять такой метод плавки, который позволяет уменьшить содержание марганца в шлаке и увеличить переход марганца в металл. Таким методом является флюсовый способ. В состав шихты, кроме марганцевой руды и восстановителя, вводится также известь или известняк. Оксид кальция вытесняет закись марганца из силиката

2 СаО + 2 MnO∙SiO2 = 2 MnO + 2 CaO∙SiO2.

Закись марганца, не связанная в силикат, легко восстанавливается. Чем больше оксида кальция содержится в шлаке, тем меньше содержится в нем закиси марганца. В шихту обычно дается такое количество известняка или извести, чтобы основность шлака находилась в пределах 1,2-1,3; шлаки с более высокой основностью вязкие и трудно удаляются из печи. При флюсовой плавке ферромарганца марганец шихты обычно распределяется следующим образом: в металл 80%; в шлак 12%; в газы 8%.

При обоих способах плавки в металл переходит одинаковое количество фосфора (60-70% от содержащегося в шихте). Так как при флюсовом способе плавки извлечение марганца значительно выше, сплав содержит меньше фосфора, чем при бесфлюсовом способе.

2.7.4 Выплавка малофосфористого шлака

То обстоятельство, что фосфор имеет меньшее сродство к кислороду, чем марганец, используется для удаления фосфора из руды. Это достигается путем плавки этой руды в дуговых печах с небольшим количеством восстановителя; в шихту вводят такое количество восстановителя (коксика), какое необходимо для восстановления оксидов железа и фосфора, всех высших оксидов марганца до закиси, а также 5-10% закиси марганца до металла. При таком способе плавки получают небольшое количество металла и большое количество шлака. Железомарганцевый сплав характеризуется высоким содержанием фосфора (60-70% Мn; 2-4% Р; 5-6% С; 25-30% Fe); его применяют для раскисления высокофосфористой стали.

Состав малофосфористого шлака, масс.%: 60-65 МnО; 28-30 SiО2; 0,02-0,04 Р2О5; 0,5-0,8 FeO; 4,0-6,0 СаО. Температура плавления шлака около 1400°С. Переход марганца из руды в шлак около 90%.

Малофосфористый шлак выплавляют в печах мощностью 16,5 МВА. Рудная часть шихты состоит из агломерата или смеси агломерата и марганцевого концентрата; количество концентрата в шихте может доходить до 30%. В качестве восстановителя применяют кокс-орешек в количестве 4-5% от массы рудной части шихты. Для поглощения восстановленного фосфора в шихту добавляют около 4% стальной или чугунной стружки. Расход электрической энергии составляет около 800 кВт∙ч/т шлака. Количество попутного высокофосфористого сплава составляет 9-10% от массы шлака.

2.7.5 Производство силикомарганца

Силикомарганец выплавляют в таких же печах, что и высокоуглеродистый ферромарганец; мощность печей достигает 63 МВА. В состав шихты входят агломерат марганцевой руды, малофосфористый марганцевый шлак, кварцит и кокс.

Восстановление оксидов марганца при выплавке силикомарганца происходит по тем же реакциям, что и при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца.

Восстановление кремнезема происходит по следующей реакции

2Ств + (SiO2) + [Mn] = [MnSi] + 2 CO.

Эта реакция протекает при высоких температурах, когда металл и шлак находятся в жидком состоянии.

Силикомарганец выплавляют под шлаком с высоким содержанием кремнезема. Содержание кремния в силикомарганце зависит от содержания кремнезема в шлаке и температуры - повышение температуры в горне печи и увеличение содержания кремнезема в шлаке способствуют восстановлению кремния. Плавку силикомарганца ведут при линейном напряжении 140-240 В.

При выплавке силикомарганца стремятся к максимальному восстановлению марганца, что способствует уменьшению расхода марганцевой руды и передельного шлака. При нормальном ходе плавки содержание кремнезема в шлаке составляет приблизительно 50%; при отсутствии в шлаке каких-либо посторонних оксидов содержание закиси марганца в шлаке также около 50%.

При выплавке силикомарганца около 95% Р шихты восстанавливается, 70% Р переходит в сплав и 25% теряется с газами. Выпуск силикомарганца из печи производится через каждые 1,5-2 ч. Силикомарганец выпускают в ковш, футерованный шамотным кирпичом; сплав разливают на разливочной машине.

Кроме товарного силикомарганца ферросплавная промышленность производит также передельный силикомарганец с более высоким содержанием кремния и меньшим содержанием железа; этот сплав применяют для выплавки малоуглеродистого ферромарганца и металлического марганца. Передельный силикомарганец должен содержать менее 0,1% С, поэтому содержание кремния в нем должно быть более 30%.

Выплавляют передельный силикомарганец в тех же цехах, в которых производят малоуглеродистый ферромарганец или металлический марганец, в печах мощностью около 4 МВА; линейное напряжение 130-140 В.

Шихта состоит из передельного малофосфористого шлака, кокса и небольшого количества известняка. Выплавляемые сплавы содержат около 30% Si; 65% Мn и 0,1% С. Сплав выпускают в стальной ковш, в ковше сплав выдерживают 30-40 мин. Содержание углерода в сплаве перед выпуском из печи 0,15-0,25%, во время выдержки в ковше содержание углерода снижается до 0,07-0,08%. Избыточный углерод всплывает в виде графитовой спели и частиц карбида кремния. Силикомарганец подвергают гранулированию или передают в жидком виде в рафинировочные печи. Расход электрической энергии на передельный сплав около 5000 кВт∙ч/т. Извлечение марганца более 80%.

2.7.6 Технология производства металлического марганца

Для получения сплава, содержащего менее 0,1 %С, температура процесса должна быть выше 2000°С. При этих температурах упругость пара марганца очень высока и происходит сильное его испарение. По этим причинам окислительная плавка не применяется для получения металлического марганца. Как правило, этот сплав получают силикотермическим способом.

Схема плавки металлического марганца приведена на рис. 15. Исходными материалами являются передельный силикомарганец, малофосфористый марганцевый шлак и известь. Силикомарганец содержит мало углерода, поэтому после окисления кремния образуется металлический марганец.

Плавку металлического марганца ведут следующим образом. В печь загружают некоторое количество извести и заливают жидкий передельный шлак. После растворения извести в печь добавляют передельный силикомарганец в жидком или в твердом состоянии. Окисление кремния происходит по следующей реакции

[Si] + 2(MnO) + 2(CaO) = 2[Mn] + (2CaO∙SiO2).

После окисления кремния до остаточного содержания в сплаве 0,5-1% производят выпуск плавки. Металл и шлак выпускают в стальной ковш, заполненный шлаком предыдущей плавки. На стенках ковша обычно уже имеется корка твердого шлака. Избыток шлака переливается из ковша в шлаковую чашу.

	1 - марганцевая руда; 2 - кокс орешек; 3 - малофосфористый шлак; 4 - попутный сплав с высоким содержанием фосфора; 5 - твердый малофосфористый шлак; 6 - кварцит, 7 - кокс-орешек, 8 - силикомарганец; 9 - отвальный шлак; 10- малофосфористый шлак; 11 - силикомарганец; 12 - известь; 13 - готовый сплав; 14 - избыточный шлак;
I - печь для выплавки передельного шлака; II - печь для выплавки силикомарганца; III - печь для выплавки металлического марганца.
Рисунок 2.2 - Силикотермический способ получения металлического марганца

Выплавку металлического марганца ведут периодическим процессом во вращающихся и наклоняющихся печах мощностью 5 МВA с магнезитовой футеровкой. Шлак задают в печь в жидком виде, силикомарганец в гранулах размером - 10 мм и известь в кусках 0-50 мм.

Распределение марганца и фосфора между продуктами плавки следующее: 46,5% марганца переходит в металл, 45% - в шлак и 8,5% улетучивается, 100% марганца из силикомарганца переходит в металл; 60% фосфора переходит в металл, 30% - в шлак и 10% улетучивается.

Для получения плотного слитка и уменьшения отходов металла при разделке после слива шлака металл вакуумируют в течение 5-10 мин при остаточном давлении 35-50 Па. Затем металл охлаждают в течение ~3 ч в ковше и разливают в металлические изложницы. Примерный состав конечного шлака, масс.%: 15 Мn, 30 SiO2, 45 СаО, 1,7 Аl2О3, 3 МgО и 0,3 FеО.

Особо чистый электролитический марганец производят электролизом сернокислых солей марганца. Способ позволяет даже из бедных руд получить очень чистый металл. В качестве исходного материала используют как окисленные, так и карбонатные руды. Металл содержит примерно 99,77% Мn, 0,004% С и 0,014% S.

2.7.7 Технология производства средне - и низкоуглеродистого ферромарганца

Плавка низкоуглеродистого ферромарганца отличается от плавки металлического марганца лишь тем, что в составе применяемых передельного шлака и силикомарганца допускается большее содержание железа.

При производстве среднеуглеродистого ферромарганца обычно работают без ввода в шихту малофосфористого марганцевого шлака.

Ферромарганец марок ФМн0,5, ФМн1,0 и ФМн1,5 получают восстановлением оксидов марганцевой руды и малофосфористого шлака кремнием силикомарганца в присутствии извести, связывающей кремнезем в прочные силикаты по реакциям:

2 MnO + MnSi + 2 CaO = 3 Mn + 2 CaO∙SiO2;

3 MnO + MnSi + CaO = 3 Mn + ½ (2MnO∙SiO2) + ½ (2CaO∙SiO2);

2(MnO∙SiO2) + MnSi + 6 CaO = 3 Mn + 3(2CaO∙SiO2).

Плавку ведут в наклоняющихся и вращающихся печах мощностью 3,5-5,0 МВА с магнезитовой футеровкой при рабочем напряжении 150-280 В. Для ускорения рафинирования ванну один-два раза перемешивают сжатым воздухом. Сплав и шлак выпускают одновременно. Разливку сплава ведут на разливочной машине конвейерного типа в металлические изложницы. Шлак, имеющий следующий примерный состав: 14% Мn, 31% SiO2, 46% СаО, 1,5% МgО, 2% Al2O3, разливают в изложницы или на разливочной машине. Кратность шлака 2,4, основность 1,3-1,4.

РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Воскобойников металлургия / , , ; под. ред. . – [3-е изд.]. – М.: Металлургия, 1979. – 487 с.

2. Линчевский черных металлов: Учеб. для техникумов /, , . - [2-е изд.]. – М.: Металлургия, 1986. – 360 с.

5. Кудрин стали : Учеб. для вузов /. - [2-е изд.]. – М.: Металлургия, 1989. – 560 с.

6. Бигеев стали /. – М.: Металлургия, 1977. – 440с.

7. Технология производства стали в современных конвертерных цехах /, , [и др.]; под. ред. . – М.: Машиностроение, 1991. – 464 с.

8. Соколов рафинирование стали /. – М.: Металлургия, 1977. – 208 с.

9. Гасик ферросплавов: Учебник для вузов /, . - Киев; Донецк: Вища школа, 1983. – 376 с.

10. Гасик и технология производства ферросплавов / , , . – М.: Металлургия, 1992. – 668 с.

11. Рысс ферросплавов /. – М.: Металлургия, 1985. – 344 с.

Навчальне видання

Камкіна Людмила Володимирівна

Надточій Анжела Анатоліївна

Анкудінов Руслан Валентинович

ївна

СИСТЕМИ ТЕХНОЛОГІЇ ПРОМИСЛОВОСТІ.

ЧАСТИНА 2

Конспект лекцій

(російською мовою)

Тем. план 2014, поз.15

Підписано до друку 15.04.2014. Формат 60х84 1/16. Папір друк. Друк плоский.

Облік.-вид. арк. 4.53. Умов. друк. арк. 4.47. Тираж 100 пр. Замовлення №

Національна металургійна академія України

49600, м. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 4

_______________________________

Редакційно-видавничий відділ НМетАУ