Патент на изобретение №2212465

(54) ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ УГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОМАРГАНЦА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к ферросплавному производству, а именно к выплавке углеродистого ферромарганца флюсовым процессом. Шихта содержит марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс. В качестве марганецсодержащего сырья используется смесь химического концентрата и железомарганцевых конкреций, взятых при следующем соотношении компонентов, мас.%: химический концентрат 70-90, железомарганцевые конкреции 10-30. Изобретение позволяет расширить сферу использования исходных железомарганцевых конкреций и химконцентратов, улучшить с их применением на стадии выплавки углеродистого ферромарганца всех его технико-экономических показателей, а именно извлечение марганца, расход электроэнергии, кратность шлака, качество ферромарганца. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к ферросплавному производству, а именно к выплавке углеродистого ферромарганца флюсовым процессом.

В настоящее время углеродистый ферромарганец, получаемый флюсовым процессом, выплавляется в печах мощностью от 5 до 63 МВт на шихте, состоящей из марганцевого концентрата первого сорта Никопольского месторождения, известняка и углеродистого восстановителя (кокса). Использование флюса в шихте обусловлено тем, чтобы повысить извлечение марганца в сплав и за счет этого разбавить в нем концентрацию фосфора до содержаний, отвечающих ГОСТу. Однако ухудшение качества исходного марганецсодержащего сырья от 43-45% до 37-39% при постоянной концентрации фосфора в сырье (0,21%) приводит к повышению содержания фосфора в углеродистом ферромарганце от 0,45 до 0,5-0,55%, что ограничивает его использование в сталеплавильном производстве; при этом извлечение марганца в сплав не превышает 73% при высокой кратности шлака (более 2) и расходе электроэнергии более 4,5 тыс.кВтч/т.

По действующей на заводах технологической инструкции для обеспечения получения стандартного по фосфору углеродистого ферромарганца в шихту присаживают предварительно обесфосфоренное сырье – передельный марганцевый шлак (от 30 до 100% марганецсодержащего сырья). При этом технико-экономические показатели производства углеродистого ферромарганца в зависимости от количества введенного передельного марганцевого шлака снижаются.

Известна шихта для выплавки углеродистого ферромарганца, включающая марганцевую руду, доломит и кокс и содержащая дополнительно магнезит при следующем соотношении компонентов, мас.%: марганцевая руда – 56,0-68,0, доломит – 0,5 – 0,7, магнезит – 18,5-25,0, кокс – 12,0-14,0 (Авторское свидетельство СССР 1211324, МПК С 22 С 33/04, опубл. 1986).

Недостатками аналога являются высокая кратность шлака как за счет введения значительного количества флюсующих добавок, так и использование в качестве марганецсодержащего сырья бедных железомарганцевых руд.

Известна шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца, включающая марганецсодержащее сырье, известняк (доломит), железосодержащий материал и коксик. В качестве железосодержащего материала шихта содержит обожженные сидериты при следующем соотношении компонентов, мас.%: известняк (доломит) – 16-24, обожженные сидериты – 4-8, коксик – 11-16, марганецсодержащее сырье – остальное (Авторское свидетельство СССР 1157108, МПК С 22 С 33/04, опубл. 1985).

Недостатком аналога является введение в ее состав обожженных сидеритов вместо железной стружки, что приводит к необходимости увеличения доли углеродистого восстановителя в шихте, а следовательно, к понижению электросопротивления шихты, что может явиться причиной расстройства хода работы электропечи (высокая посадка электродов, появление свищей и т.д.).

Известна также шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца, содержащая марганцевое сырье, восстановитель, флюс (известняк, доломит) и железистые добавки. В качестве флюса и железистых добавок шихта содержит офлюсованный железомарганцевый спек при следующем соотношении компонентов, мас. %: восстановитель – 10-14, офлюсованный железомарганцевый спек – 32-48, марганцевое сырье – остальное. В свою очередь офлюсованный железомарганцевый спек имеет следующий химический состав, мас.%: железо – 3-12, глинозем – 1-6, кремнезем – 11-18, оксид кальция – 27-34, оксид магния – 2-5, марганец – остальное (Авторское свидетельство СССР 1252377, МПК 33/04, опубл. 1986).

Недостатком указанной шихты является высокая концентрация кремнезема в железомарганцевом спеке, что в совокупности с высокой концентрацией кремнезема в исходном марганцевом сырье приводит к повышению кратности шлака и дополнительным потерям с ним марганца.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является шихта, в состав которой входит марганецсодержащее сырье, состоящее из смеси флотационного и дитионатного концентратов, взятых в отношении 1:1, углеродистый восстановитель и флюс. При выплавке углеродистого ферромарганца с применением в шихте дитионатного концентрата установлено, что извлечение марганца в металл составляет 73,95%, что на 2,8% выше, чем на шихте, в состав которой входит низкофосфористый шлак. Кратность шлака при этом составляет 0,96, расход электроэнергии снижается на 10% (Габриадзе Н.Д. “Перспективы использования концентратов химических и гидрометаллургических способов обогащения в производстве марганцевых ферросплавов”. – Сб. “Марганец” 2 (23), город Тбилиси, Издательство “Мецниереба”, 1970, с.17).

Недостатками состава шихты-прототипа являются – низкое извлечение марганца; необходимость специальной подготовки флотоконцентрата (сушка, окускование, обжиг); высокие кратность шлака и расход электроэнергии.

Техническим результатом изобретения является расширение сферы использования исходных железомарганцевых конкреций и химконцентратов, улучшение с их применением на стадии выплавки углеродистого ферромарганца всех его технико-экономических показателей, а именно извлечение марганца, расход электроэнергии, кратность шлака, качество ферромарганца.

Для достижения этого технического результата шихта для выплавки углеродистого ферромарганца содержит марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс. В качестве марганецсодержащего сырья используется смесь химического концентрата и железомарганцевых конкреций, взятых при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Химический концентрат – 70,0 – 90,0
Железомарганцевые конкреции – 10,0 – 30,0
Химический концентрат может иметь следующий состав, мас.%:
Мn – 47,5 – 67,7
FeO – 0,07 – 0,59
CaO – 0,16 – 1,43
MgO – 1,75 – 2,78
Аl₂O₃ – 0,37 – 1,28
Na₂O – 0,15 – 1,78
SiO₂ – 0,1 – 0,5
P₂O₅ – 0,01 – 0,05
S – 0,3 – 3,0
Примеси – Остальное
Железомарганцевые конкреции могут иметь следующий химический состав, мас.%:
MnO – 20,0 – 35,0
FeO – 3,0 – 20,0
SiO₂ – 15,0 – 40,0
CaO – 1,5 – 6,0
MgO – 0,8 – 4,0
Al₂O₃ – 3,5 – 7,0
P₂O₅ – 0,5 – 4,5
Примеси – Остальное
В качестве марганецсодержащего материала используется специально изготовленный из железомарганцевых конкреций химический концентрат, который практически полностью состоит из соединений марганца (см. табл. 1) и железомарганцевых конкреций, взятых в оптимальном соотношении.

Выбранное соотношение между химическим концентратом и железомарганцевыми конкрециями в шихте определяется прежде всего тем, что при содержании железомарганцевых конкреций в шихте выше 30% невозможно получить углеродистый ферромарганец с содержанием фосфора менее 0,45%, при этом растет кратность шлака и расход электроэнергии, а понижение же количества железомарганцевых конкреций ниже 10% увеличивает вероятность потерь марганца в газовую фазу (улет) за счет возможного раскрытия колошника и перехода работы печи в дуговой режим.

Высокий разброс по концентрации марганца в химическом концентрате (от 47 до 67%) объясняется методом его осаждения из раствора, то есть содержащийся в нем марганец может находиться как в виде карбоната марганца (МnСО₃), тогда его содержание в химическом концентрате находится на уровне 47% (см. 2 табл. 1), так и в виде двуоксида марганца (MnO₂), тогда его концентрация составит 61-63% (см. 1 табл.1). Колебания концентраций марганца в исходном оксидном химическом концентрате могут зависеть и от различной степени окисленности содержащегося в нем марганца (МnО, Мn₂O₃, Мn₃O₄) ( 3 табл.1).

Пример.

Выплавку углеродистого ферромарганца проводят в дуговой электропечи мощностью 120 кВт при напряжении на низкой стороне 60-85 В. В состав шихты входит химический концентрат, железомарганцевые конкреции, известь (флюс) и коксик. Количество коксика в шихту задают в соответствии с расчетом, исходя из концентраций марганца в исходном сырье, а извести в соответствии с содержанием в нем пустой породы (SiO₂, Al₂O₃ и др.) до отношения СаО:SiO₂= 1,1-1,35.

Соотношение марганецсодержащих видов сырья в шихте приведены в табл.2. Помимо указанных в табл.2 технологических вариантов, с целью сопоставления технико-экономических показателей плавок была проведена серия плавок с шихтой-прототипом. Средневзвешенные химические составы рудной части шихты приведены в той же таблице.

Химический состав используемых железомарганцевых конкреций имеет следующий состав, маc.%: МnО – 20-35 (27,5); SiO₂ – 15-40 (22,8); FeO – 10-20 (15), Р – 1,0.

Химический концентрат имеет следующий состав, мас. %: Мn – 47-67,7 (63,5); P₂O₅ – 0,01-0,05 (0,02); FeO – 0,1-0,6 (0,25); S – 0,3-3 (1,5); SiO₂ – 0,1-0,5 (0,3).

Усредненный состав марганецсодержащей части шихты-прототипа имеет следующий состав, мас.%: Мn – 40,42%; Fe – 2,5; P – 0,14; SiO₂ – 10,10.

Выплавку ферромарганца ведут непрерывным процессом, шлак и металл выпускают каждые 40 минут и все показатели работы печи по всем сериям опытных плавок углеродистого ферромарганца приведены в той же таблице.

Хорошее состояние колошника печи и стабильность процесса плавки, обусловленные использованием в рудной части хорошо подготовленных железомарганцевых конкреций и химического концентрата при определенном их соотношении, обеспечивают высокие показатели по извлечению марганца. Из сопоставления удельных расходов электроэнергии видно, что наименьшее значение данного показателя соответствует смеси химического концентрата и железомарганцевых конкреций, в которой последние составляют от 10 до 30%. Худшие показатели соответствуют смесям с большей долей в них железомарганцевых конкреций, что объясняется обеднением рудной части шихты по марганцу с одновременным увеличением кратности шлака.

Данные опытных плавок свидетельствуют о полной технической возможности производства стандартного углеродистого ферромарганца с содержанием фосфора менее 0,45% флюсовым процессом с применением в шихте исходных железомарганцевых конкреций.

Более высокое извлечение марганца, полученное на предлагаемом составе шихты, объясняется прежде всего тем, что содержание марганца в исходном сырье выше на 6-15%, при этом концентрация пустой породы составляет менее 10%, что позволяет даже при более высоком содержании фосфора в смеси получить углеродистый ферромарганец, соответствующий существующим ГОСТам.

Предложенный состав шихты может быть внедрен на любом металлургическом предприятии, имеющем в наличие руднотермические электропечи.

Формула изобретения

1. Шихта для выплавки углеродистого ферромарганца, включающая марганецсодержащее сырье, углеродистый восстановитель и флюс, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего сырья используют смесь химического концентрата и железомарганцевых конкреций, взятых при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Химический концентрат – 70-90
Железомарганцевые конкреции – 10-30
2. Шихта для выплавки углеродистого ферромарганца по п. 1, отличающаяся тем, что химический концентрат имеет следующий состав, мас. %:
Mn – 47,5-67,7
FeO – 0,07-0,59
СаО – 0,16-1,43
MgO – 1,75-2,78
Al₂O₃ – 0,37-1,28
Na₂O – 0,15-1,78
SiO₂ – 0,1-0,5
Р₂О₅ – 0,01-0,05
S – 0,3-3,0
Примеси – Остальное
3. Шихта для выплавки углеродистого ферромарганца по п. 1, отличающаяся тем, что железомарганцевые конкреции имеют следующий химический состав, мас. %:
Mn – 20,0-35,0
FeO – 3,0-20,0
SiO₂ – 15,0-40,0
СаО – 1,5-6,0
MgO – 0,8-4,0
Al₂O₃ – 3,5-7,0
Р₂О₅ – 0,5-4,5
Примеси – Остальное

РИСУНКИ

HE4A – Изменение адреса для переписки с обладателем патента Российской Федерации на изобретение

Новый адрес для переписки с патентообладателем:

191014, Санкт-Петербург, ул. Маяковского, 31/1, ООО “ПЕТРОТРАНС”, генеральному директору А.Н.Носенкову

Извещение опубликовано: 10.05.2006 БИ: 13/2006

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.03.2008

Извещение опубликовано: 27.05.2010 БИ: 15/2010