Патент на изобретение №2348727

(54) СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ МАРГАНЦЕВОЙ РУДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к пирометаллургии, в частности к производству ферромарганца, и позволяет исключить образование отвального шлака при извлечении марганца из руды. В способе осуществляют формирование в печи реакционного объема на основе расплава плавикового шпата, загрузку и восстановительную плавку марганцевой руды, выпуск из печи шлака и ферромарганца. Перед выпуском из печи шлака и ферромарганца в реакционный объем добавляют марганцевую руду в количестве, зависящем от содержания марганца в руде, содержания марганца в шлаке и массы шлака в печи, до получения шлака с содержанием 10-20% марганца, используемого для приготовления сварочного флюса. Изобретение позволяет исключить потери марганца с отвальным шлаком и использовать полученный шлак для производства сварочного флюса. 2 табл.

Изобретение относится к пирометаллургии, в частности к производству ферромарганца, и позволяет исключить образование отвального шлака и шлаковые потери марганца при его извлечении из руды.

Известно, что ферросплавные заводы выпускают сплавы на основе марганца с различными содержаниями углерода, кремния, фосфора и других примесей [1].

Известен способ получения высокоуглеродистого (до 7% С) ферромарганца флюсовым способом в рудовосстановительной печи путем совместного восстановления из шихты оксидов марганца и железа по реакциям:

MnO+СMn+СО

FeO+СFe+СО.

В известном способе в качестве флюса используют оксиды кальция и кремния (СаО:SiO₂=1.4:1.6), целенаправленно вводимые в шихту [2].

К недостаткам известного способа относятся:

1. Необходимость окускования шихты.

2. Значительный выход отвальных шлаков.

3. Высокие потери марганца с отвальными шлаками (до 16%).

Известен способ получения силикомарганца в рудовосстановительной печи путем совместного восстановления марганцевого оксидного концентрата и кварцита по реакциям:

(MnO)+(1+х)СMnCx+СО

(SiO₂)+2С+[MnCx][Mn-Si-Cx]+2СО.

В известном способе в качестве флюса используют оксиды кальция и магния, целенаправленно вводимые в шихту [3].

К недостаткам известного способа относятся:

1. Значительный выход отвальных шлаков.

2. Низкое извлечение марганца из шихты в сплав (менее 80%), связанное с улетом и шлаковыми потерями.

Известен способ, принятый за прототип, получения ферромарганца, включающий создание руднотермического режима плавки в электропечи, загрузку шихты, состоящей из смеси марганцевого сырья с углеродистым восстановителем, восстановительную плавку шихты, удаление ферромарганца из печи, отличающийся тем, что перед загрузкой шихты формируют реакционный объем расплава на основе фторида кальция (плавикового шпата), а в качестве углеродистого восстановителя используют отходы футеровки и электродов алюминиевых электролизеров [4].

В прототипе в ванну рудовосстановительной электропечи, футерованную углеродистой массой или представляющую водоохлаждаемый металлический кожух, загружают плавиковый шпат, расплавляют его в дуговом режиме и в руднотермическом режиме доводят до жидкоподвижного состояния. Затем в ванну печи непрерывно загружают шихту, состоящую из смеси порошкообразного марганецсодержащего сырья (руды или концентрата) и углеродистого восстановителя. Твердый углерод, плавающий по поверхности расплава, восстанавливает растворенные в расплаве плавикового шпата оксиды марганца, железа и кремния, при этом образующийся металлический сплав опускается на подину печи. Цикл загрузка шихты в расплав – восстановление многократно повторяется, при этом образующийся ферромарганец остается в печи либо удаляется через выпуск.

К недостаткам прототипа относятся:

1. Образование отвального шлака при накоплении оксидов кремния, кальция, магния и алюминия в расплаве фторида кальция.

2. Неизбежные потери марганца с отвальным шлаком.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно предотвращение шлаковых потерь марганца путем придания шлаку полезных свойств и последующего использования шлака.

Технический результат достигается тем, что способ включает формирование в печи реакционного объема на основе расплава плавикового шпата, загрузку и восстановительную плавку марганцевой руды, выпуск из печи шлака и ферромарганца. Перед выпуском из печи шлака и ферромарганца в реакционный объем добавляют марганцевую руду в количестве, зависящем от содержания марганца в руде, содержания марганца в шлаке и массы шлака в печи, до получения шлака с содержанием 10-20% марганца, используемого для приготовления сварочного флюса.

Известно, что почти все сварочные флюсы на основе фторида кальция, выплавляемые в закрытых руднотермических печах, футерованных угольными блоками, содержат в составе оксид марганца MnO, а также определенное количество оксидов кремния, алюминия, кальция и магния [5].

Широко распространены, например, сварочные флюсы, представленные в таблице 1, имеющие следующий химический состав (мас.%).

Флюс АН-1 предназначен для сварки на повышенных скоростях углеродистых сталей при переменном и постоянном токах; флюс АН-42 – для автоматической и полуавтоматической сварки среднелегированных сталей; флюс АН-45 – для механизированной электродуговой сварки высоколегированных сталей постоянным током; флюс АН-47 – для дуговой сварки и наплавки углеродистых и среднеуглеродистых низколегированных сталей повышенной и высокой прочности; флюс ФЦ-21 – для электрошлаковой сварки жаропрочных сталей перлитного класса; флюс ФП-33 – для автоматической сварки конструкций из жаропрочных сталей.

Все перечисленные флюсы, содержащие оксид марганца, фторид кальция и нерудные оксиды в различных соотношениях, производятся весьма сложным путем – сплавлением в руднотермической печи соответствующих компонентов шихты в определенной последовательности. В то же время шлак восстановительной плавки марганцевой руды уже содержит и фторид кальция, и нерудные оксиды, и некоторое количество оксида марганца.

Добавляя на завершающем этапе восстановительной плавки в реакционный объем марганцевую руду и повышая содержание оксида марганца в расплаве, можно получить шлак, близкий по составу к сварочному флюсу.

Пример осуществления предлагаемого способа

Для плавки использовалась стандартная трехфазная руднотермическая круглая закрытая печь РК3-2ФС-Н1 с выкатной ванной, предназначенная для плавки флюса на основе плавикового шпата, оборудованная установкой мокрой газоочистки. Ванна печи, футерованная угольными блоками, имеет диаметр 1435 мм и высоту 1335 мм. Печь снабжена тремя графитированными электродами диаметром 150 мм, запитанными на трансформатор мощностью 2000 кВА. Вторичное напряжение 81.6-180 В, максимальный ток электрода 11800 А.

Для проведения восстановительной плавки было подготовлено 1200 кг неокускованной марганцевой руды крупностью – 1.5 мм, имеющей химический состав (мас.%): Mn – 36.5, Fe – 3.6, SiO₂ – 20.0, Al₂О₃ – 5.8, Р – 0.03, S – 0.6.

В ванну печи загрузили 700 кг плавикового шпата, содержащего 90% CaF₂, расплавили открытой дугой и в руднотермическом режиме довели температуру расплава до 1500°С. Затем в расплав частями загрузили 1000 кг марганцевой руды и 200 кг восстановителя (анодных огарков). Продолжительность плавки составила 1 ч 15 мин, в процессе плавки проводились анализы шлака на содержание оксида марганца. При остаточном содержании 3.9% Mn в расплав добавили 200 кг марганцевой руды, довели температуру расплава до 1200°С и выпустили сплав и шлак в шлаковню.

В результате плавки было получено 400 кг сплава и 1100 кг шлака. Химический состав (мас.%) продуктов плавки представлен в таблице 2.

В результате восстановительной плавки марганцевой руды был получен высокоуглеродистый ферромарганец, пригодный для выплавки стали, и шлак на основе фторида кальция, содержащий значительное количество оксида марганца, пригодный для получения сварочного флюса.

Таким образом, использование предлагаемого способа извлечения марганца из руды позволяет по сравнению с прототипом предотвращать образование отвального шлака и исключать шлаковые потери марганца.

Источники информации

1. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. – М.: Металлургия, 1988, с.179.

2. Там же. С.259-263.

3. Там же. С.269-278.

4. Патент РФ №2148102 по заявке №99111338 от 28.05.99.

5. Люберец И.И., Ткач Г.Д. Производство электроплавленных флюсов. Технологическая инструкция НЗФ. – Никополь, 1982, 58 с.

Формула изобретения

Способ восстановительной плавки марганцевой руды, включающий формирование в печи реакционного объема на основе расплава плавикового шпата, загрузку и восстановительную плавку марганцевой руды, выпуск из печи шлака и ферромарганца, отличающийся тем, что перед выпуском из печи шлака и ферромарганца в реакционный объем добавляют марганцевую руду в количестве, зависящем от содержания марганца в руде, содержания марганца в шлаке и массы шлака в печи, до получения шлака с содержанием 10-20% марганца, используемого для приготовления сварочного флюса.