Проект цеху по виробництву металевого марганцю потужністю 25 тис. тон в рік

Силікотермічний процес виробництва  марганцевих феросплавів засновано  на реакції відновлення MnО кремнієм переробного силікомарганцю.

 

Таблиця 2.3 -

Хімічний склад, %, металевого марганцю (ДСТ 6008-90)

Марка	Спосіб виробництва	Mn, не  менш	C	Si	P	S
			не більш
Мн998	Електролітичний	99,8	0,04	-	0,003	0,003
Мн997
		99,7	0,06	-	0,05	0,10
Мн965	Електротермічний	96,5	0,10	0,8	0,05	0,05
Мн95
		95,0	0,20	1,8	0,07	0,05

 

В ретроспективі технологія металевого марганцю включала три стадії: I –  виплавка переробного малофосфористого високомарганцевого шлаку; II – виплавка переробного силікомарганцю; III –  одержання металевого марганцю.

Недоліком раніше застосованої технологічної схеми було утворення на першій стадії супутнього фосфористого сплаву (45-55% Mn, 1,5-3% Р, 0,5% Si, 2,8-3,0% C, інше залізо), який не мав широкого промислового застосування, і тому наскрізне корисне використання марганцю знижується.

З метою підвищення корисного використання марганцю на першій стадії по діючій технологічній  схемі одержують товарний феромарганець  марки ФМн78Б (до 0,7% Р) і шлак марганцевий  переробний (ШМП-78) c 36-38% Mn, 20% SiО2 і 0,012%P). Це вимагало відпрацьовування технології виплавки переробного силікомарганцю і металевого марганцю, оскільки переробний шлак першої стадії містить 36-38% Mn проти 42-44% по технологічній схемі, яка застосовувалася раніше.

Феромарганець ФМн78Б и переробний шлак, металевий марганець виплавляють в електропечах з магнезитовою футеровкою

Виплавка переробного силікомарганцю. Переробний силікомарганець одержують  у феросплавних печах шляхом спільного  відновлення марганцю і кремнію  з шихти, яка складається з  переробного малофосфористого марганцевого шлаку, кварциту і коксику. Силікомарганець виплавляють в печах А безупинним процесом і періодичним випуском сплаву і×потужністю 5 МВ шлаку.

 

 

Таблиця 2.4

Хімічний склад, %, переробного  силікомарганцю

Марка    силікомарганцю	Масовий вміст, %
	Si, не менш	С	Р, не більш	Fe
СМнП-В	28	0,05	0,050	2,0
СМнП-1	28	0,07	0,050	2,3
СМнП-2	27	0,15	0,070	2,8

 

Нормальний хід печі характеризується стійкою посадкою електродів в шихті  і рівномірним випуском металу і  шлаку з печі. Для одержання  силікомарганцю з низьким вмістом заліза при плавці в печах 5 МВ∙А використовують графітовані електроди (ДСТ 4426–80) діаметром 450 мм. В сплав переходить 83,7% Mn і ~60% Si. Відповідно до розрахунку шихти встановлено наступний приблизний склад наважки: 800 кг малофосфористого шлаку, 270–280 кг кварциту, 340–360 кг коксику.

Вміст вуглецю в сплаві складає 0,08–0,1% при концентрації Si 27–29%. Хімічний склад відвального шлаку силікомарганцю (в %): 8,6 Mn (11,09 MnО), 18,8 CaО, 10,0 MgО, 46,8 SiО₂, 9,9 Al₂O₃, 0,002 P, 1,7 S. Кратність шлаку складає 0,8–1.

Відновлення МnО кремнієм силікомарганцю можна представити наступним  рівнянням:

 

n(Mn∙mSiО₂) + [Si] = 2x[Mn] + (n – 2x)MnО∙(m + x)SiО₂.

 

Введення оксиду кальцію поліпшує термодинамічні умови протікання процесу, зрушуючи його вбік більш повного вилучення марганцю і виходу металу. Для реакції

2МnОр + [Si]+ 2СаОт = 2Мn + 2СаО SiО₂(т)

∆G

= 18480 + 86,47Т.

Добавка СаО в систему МnО–SiO₂ збільшує тепловий ефект реакції відновлення Мn кремнієм. Плавку ведуть з використанням рідкого малофосфористого марганцевого шлаку у відкритих феросплавних печах, які нахиляються, потужністю 5 і 7 МВ∙А. Ванну печі футерують магнезитовою цеглою. В якості флюсу застосовують вапно, %: 93,2 СаО; 0,3–0,5 SiО₂; 0,04 FеО; 0,1 Аl₂O₃; 0,5МgO; 0,03 S; 0,005 Р; 7,5–7,8 в.п.п. Відновником є переробний дроблений (гранульований) силікомарганець.

Умовно плавку поділяють на наступні періоди: заправка, завантаження силікомарганцю на подину (1/3 від загальної наважки на плавку), заливка рідкого шлаку, завантаження вапна, розплавлення шихти, завантаження силікомарганцю (2/3 наважки) в кількості, яка залишилася, повне розплавлення металу в печі і перемішування рідкої ванни повітрям для доведення його по кремнію. Загальна тривалість плавки 3–3,5 г.

Питома витрата шихтових матеріалів і електроенергії на 1 т металевого марганцю: переробного малофосфористого шлаку (48% Mn) 2087 кг, переробного силікомарганцю 650 кг, вапна 1631 кг, електроенергії 2590 кВт∙г/т.

Одержуваний металевий марганець  за вмістом регламентованих елементів  задовольняє вимогам ДСТ6008-90. Кратність  шлаку досягає 3,6–4,0, в залежності від марки виплавленого металевого марганцю. Більш якісний по Si, P і  С марганець марки Мн965 (0,8% Si, 0,05% P і 0,05% S) можна одержати за умови великих матеріальних витрат і, отже, при більш низьких економічних показниках.

Відвальний шлак металевого марганцю при охолодженні –2СаО∙SiО₂ вbрозсипається в тонкодисперсний порошок через перетворення  –2СаО∙SiО₂, що супроводжується збільшенням об’єму на 12%.g

Особливість технології одержання  марганцю складається в порівняно  низькому наскрізному корисному  його використанні, яке не перевищує 50-52% від заданого, що є головною причиною високої питомої витрати електроенергії, шихтових матеріалів і порівняно високої собівартості марганцю. Низьке вилучення марганцю з концентратів в товарний метал пояснюється великими втратами марганцю з відвальними шлаками, в основному на III стадії процесу. Вміст оксиду марганцю Mn у відвальному шлаку (в перерахуванні на марганець) складає 14–16%, чим і пояснюється той факт, що перехід марганцю в товарний метал на III стадії не перевищує 60-63%.

2.4 Характеристика сировини, стандарти  та технічні умови;

 

Після випуску чергової плавки для збереження футеровки роблять заправлення ванни печі відходами від розливання й оброблення сплаву й вапном, які дають у найбільш зруйновані місця. Після заправлення ванни по всій площі подини розподіляють близько 30-40% сілікомарганця й потім заливають 10 т шлаків. Після набору навантаження на шлаки завантажують частину, що залишилася, перевелися відповідно до маси залитих шлаків.

 

Таблиця 2.4 -

Розподіл елементів

Елемент	Переходить, %
	у метал	у шлаки	Улет, %
Марганець:
з безфосфористого шлаків . . .	46,5	45	8,5
із сілікомарганця	100	—	—
Залізо:
з безфосфористого шлаків . . .	90	10	—
із сілікомарганця	100	—	—
Фосфор шихти	60	30	10

2.5 Фізико-хімічні основи здобуття  сплаву

 

Після розплавлювання шихти й прогріву розплаву завантажують інший сілікомарганець у твердому або рідкому виді. Завантаження останніх коригувальних порцій сілікомарганця роблять за 20-40 хв до кінця плавки. Для прискорення рафінування від кремнію метал перемішують за 30 хв до кінця плавки продувкою (два-чотири разу) повітрям під тиском 0,3-0,4 Мпа. Закінчення плавки визначається витратою електроенергії (на 1 т залитих шлаків 3600-4320 Мдж (1000-1200 квт-ч), станом ванни й сполукою металу. Зміна сполуки металу й шлаків по ходу плавки наведене на рисунку 2.2.

Час початку плавки, хв

 

Рисунок 2.2 Зміна хімічного складу металу й шлаків по ходу плавки металевого марганцю: І — перемикання трансформатора із третьої на четвертий щабель; ІІ - сталкування вапни з укосів; III і IV — початок і кінець дачі ²/₃ навішення сілікомарганця; V — перемикання трансформатора із четвертої на п'ятий щабель; VI — продувка ванни повітрям

2.6 Розрахунок шихти з матеріальним  балансом

2.7 Технологія розігрівання печі

2.8. Технологія виплавки

 

Якщо вуглецевий феромарганець піддавати в електричній печі рафінуванню закисом марганцю, то може протікати наступна реакція:

Ця реакція йде тільки при  дуже високих температурах; чим нижче  необхідний зміст вуглецю, тим вище повинна бути температура процесу. Для одержання сплаву, що містить менш 0,1 %З, температура процесу повинна бути вище 2000°С. Ведення плавки при таких високих температурах зв'язано зі значними труднощами. Крім того, при цих температурах пружність пари марганцю дуже висока й відбувається сильний випар марганцю. Із цих причин окисна плавка не застосовується для одержання металевого марганцю й маловуглецевого феромарганцю. Як правило, сплави одержують сілікотермічним способом. Вихідними матеріалами є передільний сілікомарганець, малофосфористий марганцеві шлаки й вапно. Сілікомарганець містить мало вуглецю, тому після окислювання кремнію утвориться металевий марганець. Окислювання кремнію відбувається по наступній реакції:

Ця реакція може протікати в  обох напрямках. Константа рівноваги  цієї реакції виражається таким  рівнянням:

Якщо розплавити в кремнеземистому  тиглі маловуглецевий феромарганець  або металевий марганець, то реакція  піде праворуч ліворуч, тобто убік відновлення  кремнезему з футеровки тигля  марганцем. Дослідження показують, що при 1550° С виходить сплав, що містить 65% Мn, 16% Si шлаки при цьому містить 50% МnО, 48% Si₂.

Якщо окисляти кремній у сілікомарганці під шлаками 48% Si₂, то навіть при змісті закису марганцю в шлаку 50% не виявиться можливим знизити зміст кремнію в металі менш 14%. Для цього необхідно зменшити активність кремнезему в шлаку, що досягається введенням у шлаки окису кальцію. Якщо окислювання кремнію ведеться під шлаками з основністю більше 1,5 (СаО/Si₂ > 1,5), то можна знизити зміст кремнію в сплаві до 1 %. При цьому зміст закису марганцю в шлаку становить близько 20%.

Плавку металевого марганцю ведуть у такий спосіб. У піч завантажують деяка кількість перевелися й  заливають рідкі передільні шлаки. Після розчинення перевелися в піч  додають передільний сілікомарганець  у рідкому або у твердому стані. Окислювання кремнію відбувається по наступній реакції

Після окислювання кремнію до залишкового  змісту в сплаві 0,5-1% роблять випуск плавки. Метал і шлаки випускають у сталевий ківш, заповнений шлаками попередньої плавки, на стінках ковша звичайно вже є кірка твердих шлаків. Надлишок шлаків переливається з ковша в жужільну чашу. Кінцеві шлаки має приблизно наступна сполука: 45% СаО, 30% Si₂, 20% МnО.

Плавка маловуглецевого феромарганцю відрізняється від плавки металевого марганцю лише тим, що в складі застосовуваних передільних шлаків і сілікомарганця допускається більший зміст заліза Схема плавки металевого марганцю й  маловуглецевого феромарганцю наведена на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 - Сілікотермічний спосіб одержання металевого марганцю: I - піч для виплавки передільних шлаків; II - піч для виплавки сілікомарганця; III - піч для виплавки металевого марганцю; 1 - марганцева руда; 2 - кокс орешек; 3 - малофосфористий передільні марганцеві шлаки; 4 - попутний сплав з високим змістом фосфору; 5 - твердий високомарганцевий шлаки; 6 - кварцит, 7 - кокс-орешек, 8 - сілікомарганець; 9 - отвальний шлаки; 10 - високомарганцевий передільний малофосфористий шлаки; 11 - сілікомарганець; 12 - вапно; 13 - готовий сплав; 14 - надлишкові шлаки.

2.9 Технологія розливання

 

Після виплавлення проводять розливання сплаву. Похибка при розливанні замість поліпшення якості сплаву може зіпсувати і добре зварений сплав. Тому проведенню цього процесу приділяють велику увагу.

Зі сталеплавильної печі сплав розливають у розливні ковші (металеві посудини, футеровані всередині вогнетривом). Далі сплав у ковші переносять до місця розливання і розливають. Ковші мають місткість до 400 т. Із ковша сплав виливається через отвір у днищі. Сплав розливають у виливниці та на машинах безперервного розливання.

Виливниці - це чавунні або стальні форми, що мають квадратний, прямокутний або круглий поперечний переріз. їх заповнюють сталлю зверху або знизу. При заповненні зверху кожна виливниця заповнюється окремо. При цьому сплав розбризкується і поверхня виливка неякісна. Такий спосіб вигідний при виготовленні великих виливків. При заповненні знизу виливниці з'єднані блоком до центрального ливника спеціальними каналами. Сплав потрапляє спочатку в центральний ливник, а далі каналами підводиться до виливниць (усіх одночасно) знизу (плавно і без розбризкування). Одночасно можливо заповнювати до 60 виливниць. Цей спосіб високопродуктивний зливки мають відносно чисту поверхню. Він дає змогу одержувати дрібні виливки. Однак має недоліки - великі втрати металу на ливники і небезпека забруднення сплаву в ливнику та каналах неметалевими домішками.