способ восстановительной плавки марганцевой руды
| Классы МПК: | C22C33/04 плавлением |
| Автор(ы): | Дигонский Сергей Викторович (RU), Тен Виталий Вячеславович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Дигонский Сергей Викторович (RU), Тен Виталий Вячеславович (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2007-06-19 публикация патента:
10.03.2009 |
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.
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.
Описание изобретения к патенту
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+С Mn+СО
FeO+С Fe+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)С MnCx+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.%).
| Таблица 1 | |||||||||
| Флюс | SiO2 | CaO | MnO | CaF 2 | Al2O 3 | MgO | FeO | P | S |
| АН-1 | 36-40 | 19-21 | 14-18 | 4-6 | 13-16 | - | 2.5 | 0.15 | 0.5 |
| АН-42 | 30-34 | 12-18 | 14-20 | 14-19 | 13-18 | - | 1.0 | 0.1 | 0.06 |
| АН-45 | 12-17 | 4-8 | 10-14 | 22-27 | 12-15 | 14-18 | 2.5 | 0.07 | 0.05 |
| АН-47 | 28-32 | 13-17 | 14-18 | 9-13 | 5-13 | 5-10 | 2.0 | 0.08 | 0.05 |
| ФЦ-21 | 17-21 | 10-14 | 9-13 | 32-40 | 15-20 | 2-5 | 2.0 | 0.02 | 0.02 |
| ФП-33 | 20-27 | 12-18 | 7-13 | 20-30 | 13-18 | - | 1.5 | 0.01 | 0.01 |
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, SiO 2 - 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.
| Таблица 2 | ||||||||
| Mn | Fe | Si | С | SiO 2 | MnO | CaF 2 | Al2O 3 | |
| Сплав | 73.2 | 9.9 | 7.4 | 7.2 | ||||
| Шлак | 16.0 | 10.6 | 31.5 | 6.3 | ||||
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.
