Фізико-хімічні основи процесу й технологія виробництва високовуглецевого феромарганцю

Феромарганець - сплав марганцю й заліза, що містить - також вуглець, кремній, фосфор і сірку.

У металургії застосовується для легування стали, чавуну й десульфурації чавуну. Сортамент сплаву визначається ДСТУ 3547-97 та ГОСТ 4755-80 (табл. 2.1-2.2). Феромарганець виплавляється вуглецевотермічним методом у рудовідновлювальних електропечах типу РПЗ-63, РКЗ-16,5, безперервним процесом із закритим колошником, з періодичним випуском сплаву й шлаків.

 

Таблиця 2.1 – Хімічний склад (% масові) феромарганцю високовуглецевого електропічного (ДСТУ 3547-97)

Марка	Mn	C, max	Si, max	P, max	S, max
ФМн78А	75-82	7,0	6,0	0,10	0,03
ФМн78Б	75-82	7,0	6,0	0,70	0,03

Таблиця 2.2 – Хімічний склад (% масові) високовуглецевого феромарганцю електротермічного виробництва

(ГОСТ 4755-80, зміна №3, 1990р.)

Марка по ДСТ 4755-80	Mn, не менш	С	Si	P	S
не більш
ФМн78А	78-82			0,05	0,03
ФМн78К	78-82			0,35	0,03
ФМн78	78-82			0,35	0,03
ФМн75АС6				0,05	0,03
ФМн75С4				0,45	0,03
ФМн75С9				0,45	0,03
ФМн75				0,45	0,03
ФМн70				0,60	0,03

 

У ванні електропечей іде нагрівання шихти, видалення вологи (100—120°С) і летучих (200-850°С), дисоціація вищих оксидів заліза й марганцю, відновлення оксидів заліза й марганцю (CO, Н₂, Ств.), плавлення сплаву (≈1250°С) і шлаків (1250—1350° С). Схема дисоціації й відновлення оксидів марганцю.

4MnО_2(т) → Mn₂O₃ → Mn₃O_4(т) → MnО → MnС_х

2МnО_т + 2С = 2Мn + 2СО, ∆ G = 545490 – 320,7 Т, Дж/моль Т_н.в.=1701К (∆ G =0)

2МnО_т + 20/7С = 2/7Мn₇С₃ + 2СО, ∆G = 531110 – 336,0 Т, Дж/моль Т_н.в.=1581К (∆ G =0)

На ряду з відновленням активно йдуть процеси силікатоутворення, які знижують ступінь відновлення марганцю:

2MnО + SiО₂ = 2МnО · SiО₂ ∆ Н = –59440Дж/моль

МnО + SiО₂ = МnО · SiО₂ ∆ Н = –29220 Дж/моль.

Тому феромарганець виплавляють флюсовим процесом, тобто застосовується флюс СаO, з метою руйнування силікатів марганцю й утворення силікатів кальцію, підвищення активності МnO й наступного його відновлення:

МnО · SiО₂ + СаO + 10/7С = 1/7Мn₇С₃ + СаO · SiО₂+ СО

Необхідна кількість заліза в сплаві забезпечується, застосуванням залізовмісних матеріалів. Залізо відновлюється спочатку й полегшує відновлення марганцю за рахунок утворення розчинів. При одержанні сплаву з низьким вмістом фосфору вікористують малофосфористий марганцевий шлак (Мn =41 - 44%, Р = 0,012 - 0,017%).

Показники плавки значно поліпшуються при використанні в шихті офлюсованого марганцевого агломерату.

Хімічний склад шихтових матеріалів наведений у табл.2.3.

 

Таблиця 2.3 – Хімічний склад і фракція шихтових матеріалів

Матеріали	Фракція, мм	Вміст компонентів, % масові
Mn	P	Fe2O3	SiO2	Al2O3	CaO	MgO
Окисна марганцева руда 1сорт	+8	43,0	0,20	2,0	12,5	1,2	1,7	1,2
Агломерат АМн-1	5-80	48,8	0,23	3,4	18,2	2.2	2,6	1,5
Карбонатна марганцева руда	+8	25,3 29,0	0,16 0,24	2,4 2,8	4,6 17,8	1,9 3,5	12,0 12,8	1,5 3,1
Агломерат залізорудний	5-50		0,04	55,4	2,3	1,8	6,03	1,3
Вапняк	10-70		-0,006	0,10	1,3	0,5	54,3	0,6
Доломит	10-70		-0,008	0,15	1,2	0,8	35,7	16,0
Зола коксика		2,1	0,12	35,9	33,5	21,4	2,1	1,0
Коксик	5-20	Зола-13,4%, летучі-1,9%, вуглець С-84,7%

 

На практиці застосовуються два способи виплавки високовуглецевого феромарганцю: флюсовий (флюс у шихті застосовується) і бесфлюсовий (флюс не застосовується).

Процес виплавки феромарганцю є шлаковим. Кратність шлаків 1,2-1,5.

Виплавка феромарганцю шлаковим процесом (табл. 2.4)

 

Таблиця 2.4 – Хімічний склад шлаків феромарганцю

Способ виплавки сплаву	Вміст компонентів, % масові	CaO+MgO SiO2	Примітки
Mn	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	P2O5
Флюсовий	11,2 17,4	29,6 34,0	8,9 15,1	35,7 40,5	1,2 4,0	0,008 0,01	0,2-0,3	Шлак відвальний
Бесфлюсовий	38,7 40,3	29,0 31,2	6,3 8,0	5,8 6,6	1,4 1,6	0,01 0,02	1,1-1,4	Шлак переробний

Показники виплавки феромарганцю наведені в табл. 2.5.

 

Таблиця 2.5 – Техніко-економічні показники виплавки високовуглецевого феромарганцю

Показники	Спосіб виплавки
флюсовий	безфлюсовый
Неофлюсований агломерат	Офлюсований агломерат
Питомі витрати, кг/б.т.:
Марганцевий концентрат (48% Mn)			2500-3000
Марганцевий агломерат АМНВ-1(48% Mn)	2100-2300
Марганцевий агломерат АМО (48% Mn)		2000-2100
Коксик	430-460	340-360	490-540
Сталева стружка (залізорудний агломерат, окатиші)	100-120		95-115
Вапняк	800-960	-	-
Електродна маса	23-25	19-20	26-28
Питома витрата електроенергії, кВт∙г/б.т	4100-4300	3500-3700	2700-3100
Вихід ШМП (48% Mn), кг/б.т	–	–	1300-1400
Mn в шлаку, %	14-17,4	11,2-16	38,7 - 40,3
Вилучення Mn, %	74-78	78-80	98,8

 

Випуск сплаву та шлаку – проводять 3-4 рази за зміну у каскадно встановлені ківш та шлакові чаші. Сплав розливається на розливочних машинах у злитки масою 55-60 кг., а шлак гранулюється на дільниці шлакопереробки.