способ получения ферромарганца

Формула изобретения

1. Способ 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).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют отходы футеровки и электродов алюминиевых электролизеров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пирометаллургии, точнее к электротермическому производству ферросплавов, и может быть использовано для получения ферромарганца из различных видов марганцевого сырья.

Ферросплавные производства выпускают следующие типы марганцевых ферросплавов (1):

1. Высокоуглеродистый, среднеуглеродистый и низкоуглеродистый ферромарганец с различными допустимыми пределами концентрации углерода, фосфора и других примесей.

2. Силикомарганец с широким содержанием кремния (10-26%) и примесями углерода, фосфора и др.

3. Металлический марганец электросиликотермического способа производства, содержащий 93,5 - 96,5% марганца.

Известен способ получения высокоуглеродистого (до 7% C) ферромарганца в рудовосстановительной электропечи с использованием флюса (2), основанный на совместном восстановлении из шихты оксидов марганца и железа по реакциям:

MnO + C ---> Mn + CO,

FeO + C ---> Fe + CO.

В известном способе в качестве флюса используют смесь оксидов кальция и кремния в соотношении CaO:SiO₂ = 1,4:1,6.

Недостатками известного способа получения ферромарганца являются, во-первых, необходимость окускования шихты (3), во-вторых, очень высокие потери марганца с отвальными шлаками (до 16,9%), в-третьих, значительный выход отвальных шлаков (в шихту сознательно вводятся оксиды кальция и кремния, идущие в отвал).

Известен способ получения высокоуглеродистого ферромарганца в рудовосстановительной электропечи без использования флюса (4).

В известном способе высокоуглеродистый ферромарганец выплавляют без присадки оксидов кальция и кремния.

Недостатками известного способа являются, во-первых, необходимость окускования шихты (3), во-вторых, значительный переход марганца в шлак (до 70%), требующий дополнительной переработки, в-третьих, очень большие потери марганца (до 25%) в газовую фазу (угар и улет), связанные с дуговым режимом работы электропечи (до 60% тепла выделяется в дуге).

Известен способ получения силикомарганца в рудовосстановительной электропечи (5) по реакциям:

(MnO) + (1+x)C ---> MnCx + CO

(SiO₂) + 2C + [MnCx] ---> [Mn-Si-Cx] + 2CO

В известном способе для выплавки силикомарганца в шихту применяют марганцевые оксидные концентраты, кварцит, углеродистый восстановитель и флюсы на основе оксидов кальция и магния.

Недостатком известного способа является низкое извлечение марганца из шихты в сплав (не более 78%), связанное с улетом и шлаковыми потерями марганца.

Известен способ электросиликотермического получения металлического марганца (6), основанный на реакции восстановления MnO кремнием силикомарганца.

В известном способе, состоящем из трех этапов, сначала получают передельный малофосфористый марганцевый шлак (60-62% MnO, 26-27% SiO₂) восстановлением марганцевого концентрата коксом, затем получают силикомарганец (28% Si) совместным восстановлением коксом марганца и кремния из шихты, состоящей из передельного малофосфористого марганцевого шлака и кварцита, на последнем этапе кремнием силикомарганца восстанавливают марганец передельного малофосфористого марганцевого шлака по реакции:

n(MnOmSiO₂) + x[Si] ---> 2x[Mn] + (n-2x)MnO(m+x)SiO₂.

Недостатком известного способа является очень низкое сквозное извлечение марганца (50-52%), связанное с улетом марганца и большими потерями марганца с отвальными шлаками (на третьей стадии процесса при выплавке металлического марганца потери марганца с отвальным шлаком достигают 15%).

Известен способ получения низкоуглеродистого (0,5% C) и среднеуглеродистого (1-2% C) ферромарганца электросиликотермическим способом (7).

В известном способе в качестве марганецсодержащего сырья используют марганцевые концентраты, передельный малофосфористый марганцевый шлак или их смеси, а восстановителем служит кремний силикомарганца.

Недостатком известного способа является очень низкое извлечение марганца в сплав (не более 68%), обусловленное улетом марганца и его потерями с отвальным шлаком.

Задачей изобретения является использование в шихту неокускованного материала, повышение извлечения марганца в сплав путем уменьшения его потерь с отвальным шлаком, а также снижение выхода отвального шлака.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения ферромарганца, включающем создание руднотермического режима плавки в электропечи, загрузку шихты, состоящей из смеси марганцевого сырья с углеродистым восстановителем, восстановительную плавку шихты, удаление ферромарганца из печи, согласно изобретению перед загрузкой шихты формируют реакционный объем расплава на основе фторида кальция (плавиковый шпат), а в качестве углеродистого восстановителя используют отходы футеровки и электродов алюминиевых электролизеров.

Способ осуществляется следующим образом.

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 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 (плавка на блок), либо удаляется через выпуск.

Примеры осуществления предлагаемого способа

1. Получение силикомарганца путем восстановления коксом передельного малофосфористого марганцевого шлака.

В опытах использовалась дуговая электропечь мощностью 100 кВA, позволяющая загружать до 100 кг шихтовых материалов, предназначенная для плавки на блок. В ванну печи с углеродистой футеровкой загружался плавиковый шпат в количестве 50 кг, который плавился в дуговом режиме и доводился в руднотермическом режиме до жидкоподвижного состояния в течение 25-30 мин. Затем в ванну печи загружался передельный малофосфористый марганцевый шлак (МШФ) в количестве 40 кг и металлургический кокс в количестве 8 кг. Продолжительность первого опыта с момента загрузки шихты составила 45 мин, второго - 3 ч. Химический анализ ( мас.%) исходного малофосфористого шлака и полученных продуктов приведен в таблице 1.

Изучение распределения марганца в исходной шихте (МШФ) и продуктах плавки показало, что извлечение марганца из шихты в сплав составило в первом опыте 91,4%, а во втором опыте - 96,1%.

2. Получение высокоуглеродистого ферромарганца путем восстановления коксом марганцевого карбонатного концентрата

В опыте использовалась дуговая электропечь мощностью 100 кВA, позволяющая загружать до 100 кг шихтовых материалов, предназначенная для плавки на блок. В ванну печи с углеродистой футеровкой загружался плавиковый шпат в количестве 50 кг, который плавился в дуговом режиме и доводился в руднотермическом режиме до жидкоподвижного состояния в течение 25-30 мин. Затем в ванну печи загружался марганцевый карбонатный концентрат в количестве 40 кг и металлургический кокс в количестве 12 кг. Продолжительность опыта с момента загрузки шихты составила 3 ч. Химический анализ (мас.%) исходного концентрата и полученных продуктов приведен в таблице 2.

Из приведенных данных химического анализа видно, что содержание марганца в шлаке составляет 0,8%.

3. Получение высокоуглеродистого ферромарганца путем совместного восстановления коксом оксидного марганцевого концентрата и окалины

В опыте использовалась дуговая электропечь РК3-2ФС-Н1, имеющая ванну диаметром 1435 мм, футерованную графитом и оборудованную выпускным отверстием в средней части. Подача напряжения на печь осуществлялась через три графитовых электрода диаметром 150 мм, запитанных на трехфазный трансформатор мощностью 2000 кВA.

В ванну печи загружался электроплавленный флюс АНФ-32 в количестве 1000 кг следующего химического состава (%): CaF₂ - 40,4; CaO - 21,4; Al₂O₃ - 21,7; MgO - 3,5, плавился открытой дугой и доводился до жидкоподвижного состояния в руднотермическом режиме в течение 1 часа. Затем в ванну печи частями загружался марганцевый оксидный концентрат в количестве 1520 кг крупностью 0-1,5 мм, содержащий 41,5% или 630,8 кг марганца, прокатная окалина в количестве 320 кг крупностью 0-1,25 мм, содержащая 72% или 230 кг железа и крупнокусковой металлургический кокс в количестве 250 кг, содержащий 80,0% C. Продолжительность плавки с начала загрузки шихты составила 5 ч. 40 мин. В результате плавки было получено 850 кг сплава и 1100 кг шлака. Химический анализ (мас.%) исходного концентрата и полученных продуктов представлен в таблице 3.

Из данных химического анализа видно, что извлечение марганца из концентрата в сплав составило 79% (498 кг), а в шлак - 0,87% (5,5 кг), причем марганец в шлаке является не потерянным, а задолженным, так как полученный шлак является не отвальным, а оборотным - его повторно используют для формирования реакционного объема расплава.

Таким образом, по предлагаемому способу можно получать ферромарганец из неокускованной шихты, при значительном снижении потерь марганца с отвальным шлаком и снижением выхода отвального шлака.