RU2061779C1

RU2061779C1 - Method for production of ferroalloy containing manganese and silicon

Info

Publication number: RU2061779C1
Application number: RU93014211A
Authority: RU
Inventors: Б.И. Байрамов; Ю.И. Воронов; Е.А. Гордеева; С.Н. Дегтянников; В.П. Зайко; Ф.М. Исхаков; В.Н. Карнаухов; И.В. Шилина
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Челябинский электрометаллургический комбинат"
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: used in charge as reducer and flux are ferrosilicon and lime. Manganese-containing material is used in form of manganese oxide materials and ferromanganese production wastes. At the beginning of melting, supplied into furnace is one part of charge containing ferromanganese production wastes and 70-80% of it is melted. Then, the remaining part of the charge is loaded and fully melted. Additionally introduced to the surface of melt is ferrosilicon in the amount of ferrosilicon used for melting. EFFECT: higher efficiency. 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению ферросплавов, содержащих марганец и кремний. The invention relates to metallurgy, and in particular to the production of ferroalloys containing manganese and silicon.

В настоящее время ферросплавы, содержащие марганец и кремний (силикомарганец), получают одновременным восстановлением марганца и кремния непрерывным процессом в рудовосстановительных печах из шихты, содержащей марганцевую руду, кварцит и коксик (см. М.А.Рысс, Производство ферросплавов. М. "Металлургия", 1985,с. 166-169). At present, ferroalloys containing manganese and silicon (silicomanganese) are obtained by simultaneous reduction of manganese and silicon by a continuous process in ore reduction furnaces from a charge containing manganese ore, quartzite, and coke (see M.A. Riss, Production of ferroalloys. M. Metallurgy ", 1985, p. 166-169).

Наряду с применяемым способом, известны способы-аналоги. Силикомарганец получают в рудовосстановительных печах карботермическим процессом из шихты, содержащей марганцевую руду, кварцит и коксик с последующей обработкой расплава после выпуска в ковше кислородом или газом, содержащим кислород, для уменьшения содержания в расплаве алюминия и кальция (см. патент США N 3369887, кл.75-10 от 11.12.64);
силикомарганец получают путем смешивания марганцевой руды с кремнеземом, восстановителем и железной рудой или железосодержащим шлаком крупностью менее 10 мм при температуре более 900^oС во вращающейся или дуговой печи с получением расплава, содержащего силикаты железа и марганца, который затем покрывают восстановителем и плавят в дуговой рудовосстановительной печи (Заявка Японии, N 50-10525 от 10.03.70);
силикомарганец получают проплавленном в рудовосстановительной печи шихты, состоящей из кварцита, марганецсодержащего материала и коксика с периодической, через 3-20 минут, загрузкой смеси карбида кремния н железа в соотношении (1:0,1) (1:0,9) (см.авт.св. СССР N 459508, кл. С21С, 21.11.72 ).In addition to the method used, analogous methods are known. Silicomanganese is obtained in ore-reducing furnaces by a carbothermic process from a mixture containing manganese ore, quartzite and coke with subsequent processing of the melt after discharge in the ladle with oxygen or gas containing oxygen to reduce the content of aluminum and calcium in the melt (see US patent N 3369887, cl. 75-10 from 11.12.64);
silicomanganese is obtained by mixing manganese ore with silica, a reducing agent and iron ore or iron-containing slag with a grain size of less than 10 mm at a temperature of more than 900 ^o C in a rotary or arc furnace to obtain a melt containing iron and manganese silicates, which is then coated with a reducing agent and melted in an arc ore-reducing furnaces (Application of Japan, N 50-10525 from 03/10/70);
silicomanganese is obtained from a mixture melted in an ore reduction furnace, consisting of quartzite, manganese-containing material and coke with a periodic, after 3-20 minutes, loading of a mixture of silicon carbide and iron in the ratio (1: 0.1) (1: 0.9) (see ed. St. USSR N 459508, class C21C, 11.21.72).

В качестве прототипа принят способ получения силикомарганца, заключающийся в загрузке и проплавлении в электродуговой печи шихты, состоящей из марганецсодержащих материалов, восстановителя и флюса и выпуске расплава и отделении шлака (см. В.И.Емлин, М.И. Гасик. Справочник но электротермическим процессам. М. "Металлургия". 1978, с. 123.). As a prototype, a method for producing silicomanganese has been adopted, which consists in loading and melting a mixture of manganese-containing materials, a reducing agent and flux in an electric arc furnace and releasing the melt and separating the slag (see V.I. Emlin, M.I. Gasik. Handbook on electrothermal processes. M. "Metallurgy". 1978, S. 123.).

Недостатком известных способов и способа-прототипа является невозможность использования для получения ферросплава, содержащего марганец и кремний (силикомарганец), марганецсодержащих продуктов с высоким содержанием фосфора вследствие высокой степени его перехода в ферросплав в процессе восстановительной плавки. A disadvantage of the known methods and the prototype method is the impossibility of using manganese-containing products with a high phosphorus content for the production of a ferroalloy containing manganese and silicon (silicomanganese) due to the high degree of its transition to a ferroalloy during reduction smelting.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что получение ферросплава, содержащего марганец и кремний, осуществляют в рафинировочной печи следующим образом. Шихта на плавку состоит из марганецсодержащих материалов, в качестве которых используют оксидные марганцевые материалы (например,марганцевый концентрат, полученный обогащением марганцевой руды, природная марганцевая руда, низкофосфористые марганцевые шлаки) и отходы производства ферромарганца (например, шлам газоочисток доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец, в котором отношение содержания фосфора к марганцу находится в пределах 0,015 0,02 и использование которого для получения силикомарганца по известным технологиям приводит к значительному загрязнению сплава фосфором), восстановителя и флюса, в качестве которых используют ферросилиций и известь. В начале плавки в печь задают часть шихты, содержащей отходы производства ферромарганца, и проплавляют ее на 70-80 что обеспечивает пониженную температуру процесса и оптимальные условия протекания реакций:
Mn₂P + 2Si 2 MnSi + P (1)
4 СаО + 3 Si CaSi₂ + Ca₃O₂ • SiO₂ (2)
3 CaSi₂ + 2P Ca₃ P₂ + 6Si (3)
или суммарной реакции:
2 Mn₂P + 7Si + 12 CaO 4 MnSi + Ca₃P₂ + 3(Ca₃O₂•SiO₂) (4)
Фосфор, находящийся в марганецсодержащем материале в виде фосфорита или других фосфатов, также переходит в фосфид кальция по реакции:
2 Са₃(РО₄)₂ + 11 Si + 28 СаО 2Са₃ Р₂+ 6(Ca₃O₂ • SiO₂) + 5(2CaO • SiO₂), (5)
являющейся суммарной реакцией трех реакций (2), (3) и (6);
2Ca₃(PO₄) + 5Si + 4CaO 5 (2 CaO • SiO₂) (6)
По этим реакциям фосфор преимущественно переходит в шлак, который выпускается из печи. Затем в печь загружают остальную часть шихты и полностью проплавляют. При этом температура расплава повышается, что смещает прохождение реакций (4) и (5) влево, н вследствие незначительного содержания (после выпуска обогащенного фосфором шлака) фосфора в шихте, загруженной в этот период, степень насыщения фосфором полученного сплава не высока. После окончания проплавления в печь дополнительно загружают ферросилиций в количестве 2-5 от загруженного с шихтой и проплавляют. При этом достигается более полное восстановление марганца из оксидного расплава вследствие смещения равновесия при увеличении содержания кремния в сплаве, что способствует снижению отношения содержания фосфора к марганцу.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that obtaining a ferroalloy containing manganese and silicon is carried out in a refining furnace as follows. The smelting mixture consists of manganese-containing materials, which are used as oxide manganese materials (for example, manganese concentrate obtained by enrichment of manganese ore, natural manganese ore, low-phosphorous manganese slag) and wastes from the production of ferromanganese (for example, sludge from gas blast furnaces, smelted, in which the ratio of phosphorus to manganese is in the range of 0.015 0.02 and the use of which to obtain silicomanganese by known technologies leads to significant contamination of the alloy with phosphorus), a reducing agent and flux, which use ferrosilicon and lime. At the beginning of melting, a part of the mixture containing waste products of ferromanganese production is set in the furnace, and it is melted for 70-80, which ensures a low process temperature and optimal reaction conditions:
Mn ₂ P + 2Si 2 MnSi + P (1)
4 CaO + 3 Si CaSi ₂ + Ca ₃ O ₂ • SiO ₂ (2)
3 CaSi ₂ + 2P Ca ₃ P ₂ + 6Si (3)
or total reaction:
2 Mn ₂ P + 7Si + 12 CaO 4 MnSi + Ca ₃ P ₂ + 3 (Ca ₃ O ₂ • SiO ₂ ) (4)
Phosphorus, which is in the manganese-containing material in the form of phosphorite or other phosphates, also passes into calcium phosphide by the reaction:
2 Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 11 Si + 28 CaO ₂ Ca ₃ P ₂ + 6 (Ca ₃ O ₂ • SiO ₂ ) + 5 (2CaO • SiO ₂ ), (5)
which is the total reaction of the three reactions (2), (3) and (6);
2Ca ₃ (PO ₄ ) + 5Si + 4CaO 5 (2 CaO • SiO ₂ ) (6)
According to these reactions, phosphorus predominantly passes into slag, which is discharged from the furnace. Then, the rest of the charge is loaded into the furnace and completely melted. In this case, the melt temperature rises, which shifts the passage of reactions (4) and (5) to the left, n due to the insignificant content (after the release of phosphorus-rich slag) of phosphorus in the charge loaded during this period, the degree of phosphorus saturation of the obtained alloy is not high. After the penetration is completed, ferrosilicon is additionally loaded into the furnace in an amount of 2-5 from that loaded with the charge and melted. In this case, a more complete reduction of manganese from the oxide melt is achieved due to a shift in equilibrium with an increase in the silicon content in the alloy, which contributes to a decrease in the ratio of phosphorus to manganese content.

При степени проплавления шихты, заданной в печь в первый период, меньше 70% количество фосфора, переведенного в оксидную фазу в виде Ca₃P₂, незначительно и содержание фосфора в конечном сплаве увеличивается, а при степени проплавления более 80 способствует увеличению температуры расплава в печи, что вызывает смещение прохождения реакций (4) и (5) влево, что также способствует увеличению степени перехода фосфора в получаемый сплав.When the degree of penetration of the charge specified in the furnace in the first period is less than 70%, the amount of phosphorus transferred to the oxide phase in the form of Ca ₃ P ₂ is insignificant and the phosphorus content in the final alloy increases, and when the degree of penetration is more than 80, it increases the temperature of the melt in the furnace , which causes a shift in the passage of reactions (4) and (5) to the left, which also contributes to an increase in the degree of transition of phosphorus to the resulting alloy.

Совместное проплавление всех шихтовых материалов при одновременной загрузке в печь приводит к увеличению в сплаве содержания фосфора, т.к. он не удаляется из зоны реакции со шлаком. Joint melting of all charge materials while loading them into the furnace leads to an increase in the phosphorus content in the alloy, since it is not removed from the reaction zone with slag.

Если после окончания плавления заданной шихты в печь дополнительно вводить ферросилиций в количестве менее 2 от заданного с пихтой на плавку, то снижается извлечение в сплав марганца. Введение дополнительно более 5 ферросилиция от заданного с шихтой приводит к снижению в сплаве марганца вследствие дополнительною перехода в сплав кремния, что не позволяет получать сплав с требуемым содержанием марганца. If after melting of a given charge, ferrosilicon is additionally added to the furnace in an amount of less than 2 of the target with fir for melting, then the extraction of manganese into the alloy is reduced. The introduction of an additional more than 5 ferrosilicon from the set with the charge leads to a decrease in the manganese alloy due to the additional transition to the silicon alloy, which does not allow to obtain an alloy with the desired manganese content.

Выплавка ферросплава, содержащего марганец и кремний, по предлагаемой технологии позволяет использовать в шихте до 60 70 марганецсодержащих материалов с высоким содержанием фосфора и получать сплав с требуемым его содержанием, что значительно расширяет сырьевую базу и позволяет использовать для получения ферросплава материалы, которые до настоящего времени не находят применения и скапливаются в отвалах. The smelting of a ferroalloy containing manganese and silicon, according to the proposed technology, allows the use of up to 60 70 manganese-containing materials with a high phosphorus content in the charge and to obtain an alloy with its required content, which significantly expands the raw material base and allows the use of materials that have not yet been used to obtain a ferroalloy find applications and accumulate in dumps.

Промышленное опробывание способа проводили в рафинировочной печи с трансформатором мощностью 5 МВа при напряжении с низкой стороны 265 В и токе 8976 А. Industrial testing of the method was carried out in a refining furnace with a transformer with a power of 5 MVA at a voltage on the low side of 265 V and a current of 8976 A.

Для плавок использовали следующие материалы:
высокофосфористые марганецсодержащие отходы (отношение содержания фосфора к содержанию марганца более 0,1) окомкованные до фракции -50 мм шламы газоочистки доменных печей, выплавляющих углеродистый ферромарганец, среднего состава (мас. ): 22,63 Mn _общ., 5,0 Fe_общ., 17,6 SiO₂, 11,3 СаО, 3,7 Al₂O₃, 2,54 MgO, 16,64 С, 0,14 S, 0,35 P (отношение содержания Р к содержанию Mn 0,11);
оксидный марганцевый материал марганцевый концентрат Чиатурского бассейна по ТУ 14-9-318-66 с содержанием (масс.); 47,9 Mn_общ., 12,2 SiO₂, 5,5 СаО, 1,6 FеО, 1,9 Аl₂O₃, 13,0 потери при прокаливании, 0,17 Р (отношение содержания Р к содержанию МП 0,00355 );
ферросилиций марки ФС65 по ГОСТ 1416-78 с содержанием 66,7 Si, 0,02 Р, остальное железо и примеси; класс крупности 20-40 мм;
известь, соответствующая требованиям ВТТ 139-1-91 с содержанием 95,4 СаО, 4,5 СО₂, класс крупности 20-40 мм.The following materials were used for swimming trunks:
highly phosphorous manganese-containing wastes (the ratio of phosphorus to manganese content is more than 0.1) pelletized to a fraction of -50 mm sludge gas treatment blast furnaces smelting carbon ferromanganese, medium composition (wt.): 22.63 Mn _total. 5.0 Fe _total , 17.6 SiO ₂ , 11.3 CaO, 3.7 Al ₂ O ₃ , 2.54 MgO, 16.64 C, 0.14 S, 0.35 P (ratio of the content of P to the content of Mn 0.11) ;
manganese oxide material manganese concentrate of the Chiatura basin according to TU 14-9-318-66 with the content (mass.); 47.9 Mn _total 12.2 SiO ₂ , 5.5 CaO, 1.6 FeO, 1.9 Al ₂ O ₃ , 13.0 calcination loss, 0.17 P (ratio of the content of P to the content of MP of 0.00355);
ferrosilicon grade FS65 according to GOST 1416-78 with a content of 66.7 Si, 0.02 R, the rest is iron and impurities; size class 20-40 mm;
lime that meets the requirements of VTT 139-1-91 with a content of 95.4 CaO, 4.5 CO ₂ , particle size 20-40 mm.

Плавки проводились по трем вариантам предлагаемой технологии. Шихту загружали в печь после выпуска из нее расплава предыдущей плавки при наборе таковой нагрузки. В начале плавки в печь задавали часть шихты, содержащей отходы производства ферромарганца, ферросилиций и известь, проплавляя ее на 70-80 (степень проплавления устанавливали по съему электроэнергии). Количество материалов, загруженных в первый период плавки, и расход электроэнергии по вариантам проводимых плавок представлены в таблице 1. Далее на поверхность расплава дополнительно вводили ферросилиций в количестве 2 5 от израсходованного на плавку и после окончания проплавления из печи выпускали расплав в футерованный ковш, после чего шлак сливали в шлаковни, а металл разливали в изложницы. После охлаждения металл извлекали, поплавочно взвешивали и взятые от него пробы анализировали на содержание Mn, Si и P. Результаты анализа проб представлены в таблице 2. Swimming trunks were carried out according to three variants of the proposed technology. The mixture was loaded into the furnace after the melt of the previous melting was released from it when such a load was set. At the beginning of smelting, a part of the mixture containing the waste products of ferromanganese, ferrosilicon and lime was melted into the furnace, melting it at 70-80 (the degree of penetration was determined by the electric power consumption). The amount of materials loaded in the first melting period and the energy consumption for the variants of the melts are presented in table 1. Next, ferrosilicon in the amount of 2 5 of the spent for melting was additionally introduced onto the surface of the melt, and after the completion of the melting, the melt was released into the lined ladle, after which the slag was poured into slag, and the metal was poured into molds. After cooling, the metal was removed, weighed by float, and samples taken from it were analyzed for the contents of Mn, Si, and P. The results of the analysis of the samples are presented in Table 2.

Для сравнения провели мазки по варианту 4. Все компоненты шихты по этому варианту смешивались полностью и загружались также в два периода (с пропорциональным распределением шихты в каждом из периодом, аналогично вариантам 1-3) с полным проплавлением шихты на каждом варианте, выпуском из печи шлака после окончания первого периода и всего расплава после окончания второго периода плавки без дополнительного ввода в расплав ферросилиция после проплавления шихты второго периода плавки. Металл этих плавок взвешивали и анализировали аналогично вариантам 1-3. For comparison, smears were carried out according to option 4. All the components of the charge according to this option were fully mixed and loaded also in two periods (with a proportional distribution of the charge in each period, similar to options 1-3) with a complete melting of the charge in each option, the discharge of slag from the furnace after the end of the first period and the entire melt after the end of the second melting period without additional introduction of ferrosilicon into the melt after melting the charge of the second melting period. The metal of these heats was weighed and analyzed similarly to options 1-3.

Пятый вариант соответствует способу-прототипу, где плавки проводились в рудовосстановительной печи на шихте, состоящей из марганцевого концентрата или руды, восстановителя кокса, кварцита и флюса доломита. The fifth option corresponds to the prototype method, where the melting was carried out in an ore reduction furnace on a charge consisting of manganese concentrate or ore, a coke reducing agent, quartzite and dolomite flux.

Показатели получения ферросплава, содержащего марганец и кремний, представлены в таблице 2, из которой следует, что использование предложенного способа позволит получать ферросплавы с содержанием фосфора, по сравнению с прототипом в 1,42 1,64 раза меньшим на единицу марганца и при этом используя марганцсодержащие отходы с содержанием фосфора на единицу марганца в 10 раз большим, чем по способу-прототипу. ТТТ1 ТТТ2 The indicators for producing a ferroalloy containing manganese and silicon are presented in table 2, from which it follows that the use of the proposed method will allow to obtain ferroalloys with a phosphorus content, compared with the prototype 1.42 1.64 times less per unit of manganese and at the same time using manganese-containing waste with a phosphorus content per unit of manganese is 10 times greater than by the prototype method. TTT1 TTT2

Claims

A method of producing a ferroalloy containing manganese and silicon, including loading and melting a mixture of manganese-containing materials, a reducing agent and flux in an electric arc furnace, releasing the melt from the furnace and separating the metal from slag, characterized in that ferrosilicon is used in the mixture as a reducing agent and flux and lime, as manganese-containing material, oxide manganese materials and ferromanganese production wastes are used; at the beginning of smelting, a part of the mixture containing production wastes is set in the furnace and ferromanganese, and it is melted at 70-80% charged and the remainder of the charge is melted completely, then the surface of the molten ferrosilicon is additionally introduced in an amount of 2-5% of the consumed for melting.