RU2047664C1

RU2047664C1 - Silicomanganese smelting burden

Info

Publication number: RU2047664C1
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Гасик; Борис Федорович Величко; Александр Владимирович Коваль; Григорий Дмитриевич Ткач; Павел Федорович Мироненко; Игорь Иванович Люборец; Иван Гурьевич Кучер; Эдвин Степанович Карманов; Александр Никандрович Алешин; Анатолий Пантелеевич Еремеев; Валентин Николаевич Надзоров; Александр Юрьевич Зильберман; Евгений Владимирович Лапин
Original assignee: Никопольский государственный завод ферросплавов
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: silicomanganese smelting burden contains, by weight: carbonaceous reducer 12-18; quartzite 11-14; industrial wastes 0.1-5.0; manganese agglomerate 63.0-76.9, with phosphor-manganese ratio within the range of 0.0035-0.005. EFFECT: increased efficiency and improved quality of silica manganese. 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве марганцевых сплавов, а именно при производстве силикомарганца в электропечах. The invention relates to ferrous metallurgy and can be used in the production of manganese alloys, namely in the production of silicomanganese in electric furnaces.

Известна шихта для выплавки силикомарганца, состоящая из марганцевого агломерата, кварцита и коксика [1] Недостатком этой шихты является низкое извлечение марганца и особенно кремния и высокий удельный расход электроэнергии. Known charge for the smelting of silicomanganese, consisting of manganese sinter, quartzite and coke [1] The disadvantage of this charge is the low extraction of manganese and especially silicon and high specific energy consumption.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является шихты [2] включающая марганецсодержащее сырье, кварцит, углеродистый восстановитель, при следующем соотношении компонентов, мас. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a mixture [2] including manganese-containing raw materials, quartzite, carbon reducing agent, in the following ratio of components, wt.

Марганецсодержащее сырье 70 Кварцит 13
Углеродистый восстановитель 17
Недостатком известной шихты, как и предыдущей, является низкое извлечение марганца 73-77% кремния 40-43% высокое содержание фосфата в сплаве (более 0,40%) и повышенный удельный расход электроэнергии 4030-4250 кВт.ч/б.т.Manganese-containing raw materials 70 Quartzite 13
Carbon Reducer 17
A disadvantage of the known charge, as well as the previous one, is the low extraction of manganese 73-77% silicon 40-43% high phosphate content in the alloy (more than 0.40%) and increased specific energy consumption of 4030-4250 kWh / b.t.

Целью изобретения является получение силикомарганца с пониженным содержанием фосфора (менее 0,35% ), повышение извлечения марганца и кремния в сплав и снижение удельного расхода электроэнергии. The aim of the invention is to obtain silicomanganese with a low phosphorus content (less than 0.35%), increasing the extraction of manganese and silicon in the alloy and reducing the specific energy consumption.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая шихта содержит в качестве марганецсодержащего сырья марганцевый агломерат с отношением фосфора к марганцу, равным 0,0035-0,005, при следующем соотношении компонентов, мас. This goal is achieved by the fact that the proposed mixture contains manganese-containing raw materials manganese agglomerate with a ratio of phosphorus to manganese equal to 0.0035-0.005, in the following ratio of components, wt.

Углеродистый восстановитель 12-18 Кварцит 11-14 Отходы производства 0,1-5,0
Марганцевый агломерат
с отношением фосфора
к марганцу равным 0,0035-0,005 63-76,9
Поскольку заявляемая совокупность существенных признаков позволяет достигнуть цель, обусловленную соответственными отличительными признаками, заявленное техническое решение соответствует требованию "положительный эффект" по наличию разницы в результатах (повышение извлечения марганца и кремния, снижение содержания фосфора в сплаве, уменьшение расхода электроэнергии).Carbon reducing agent 12-18 Quartzite 11-14 Production waste 0.1-5.0
Manganese sinter
with phosphorus ratio
to manganese equal to 0.0035-0.005 63-76.9
Since the claimed combination of essential features allows us to achieve the goal, due to the corresponding distinctive features, the claimed technical solution meets the requirement of "positive effect" in the presence of differences in the results (increased extraction of manganese and silicon, reduced phosphorus content in the alloy, reduced energy consumption).

По каждому отличительному признаку проведен поиск по научно-технологической литературе и патентной документации. Известных технических решений со сходными признаками, выполняющими заявляемую функцию, не обнаружено. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует требованию "существенные отличия". For each distinguishing feature, a search was carried out in scientific and technological literature and patent documentation. Known technical solutions with similar features that perform the claimed function is not found. Thus, the claimed technical solution meets the requirement of "significant differences".

Теоретические предпосылки и технологическая сущность предлагаемого состава шихты заключается в следующем. Как известно, силикомарганец представляет собой многокомпонентный сплав, химический состав которого регламентируется ГОСТ 4756-77. Поскольку применяемое марганцевое сырье (концентраты, агломерат) имеют высокое удельное содержание фосфора (Р/Мn >0,005) в настоящее время основное количество силикомарганца на НЗФ выплавляется с содержанием фосфора более 0,4% Для выплавки сплава с содержанием фосфора до 0,35 в шихту дополнительно вводят малофосфористый шлак. The theoretical background and technological essence of the proposed composition of the mixture is as follows. As is known, silicomanganese is a multicomponent alloy, the chemical composition of which is regulated by GOST 4756-77. Since the manganese raw materials used (concentrates, agglomerate) have a high specific phosphorus content (P / Mn> 0.005), the majority of silicomanganese in the NCF is currently smelted with a phosphorus content of more than 0.4%. For smelting an alloy with a phosphorus content of up to 0.35 per charge malophosphorous slag is additionally introduced.

Процесс образования силикомарганца в электропечи носит сложный характер и состоит из нескольких стадий. Вначале развиваются процессы восстановления высших оксидов марганца с участием СО, а затем MnO и FeO восстанавливаются до карбидов. В зоне высоких температур получает развитие реакция восстановления кремнезема. Наличие металлического расплава термодинамически облегчает процесс восстановления кремния и образования силикомарганца. The process of formation of silicomanganese in an electric furnace is complex and consists of several stages. First, the processes of reduction of higher manganese oxides with the participation of CO develop, and then MnO and FeO are reduced to carbides. In the high-temperature zone, a silica reduction reaction develops. The presence of a metal melt thermodynamically facilitates the process of silicon reduction and the formation of silicomanganese.

(SiO₂)+2C+[Mn, Fe, Cx][Mn, Fe, Si, Cx]+2CO
При выплавке силикомарганца, наряду с необходимостью иметь высокое извлечение марганца, требуется также и достижение максимального извлечения кремния при минимальном содержании в сплаве фосфора. Вместе с тем в настоящее время данная цель не достигается как при выплавке сплава с применением обычного высокофосфористого (Р/Mn>0,0050) марганцевого сырья, так и с дополнительным введением в шихту передельного малофосфористого шлака. Кроме того, введение в шихту малофосфористого шлака значительно ухудшает кинематические и термодинамические условия восстановления марганца и кремния, а также снижает производительность процесса.(SiO ₂ ) + 2C + [Mn, Fe, Cx] [Mn, Fe, Si, Cx] + 2CO
In the smelting of silicomanganese, along with the need to have a high extraction of manganese, it is also necessary to achieve maximum silicon extraction with a minimum phosphorus content in the alloy. However, at present, this goal is not achieved both in the smelting of the alloy using conventional high-phosphorous (P / Mn> 0.0050) manganese raw materials, and with the additional introduction of fine low-phosphorous slag into the charge. In addition, the introduction of low-phosphorous slag into the charge significantly worsens the kinematic and thermodynamic conditions for the reduction of manganese and silicon, and also reduces the productivity of the process.

Исследованиями кинетики восстановления силикомарганцевых шихт установлено, что при увеличении в шихте малофосфористого шлака снижается извлечение марганца (η_Mn) и кремния (η_Si). Статистическая обработка результатов исследований позволила описать эту закономерность следующими уравнениями регрессии:
η_Mn=77,6-0,0031˙Q_шл;
η_Si=48,6-0,0039˙Q_шл.Investigations of the kinetics of reduction of silicomanganese blends have shown that with an increase in the phosphoric slag charge, the extraction of manganese (η _Mn ) and silicon (η _Si ) decreases. Statistical processing of the research results allowed us to describe this regularity with the following regression equations:
η _Mn = 77,6-0,0031˙Q _SHL;
η _Si = 48,6-0,0039˙Q _SHL.

Следует отметить, что приведенные зависимости относятся к лабораторным опытам и очевидно, что в реальных условиях могут быть отклонения. It should be noted that the above dependences relate to laboratory experiments and it is obvious that in real conditions there may be deviations.

Выбор граничных значений предложенных компонентов шихты обусловлен требованиями к составу силикомарганца по ГОСТ 4756-77, а также обнаруженной зависимостью между соотношением компонентов, извлечением марганца, кремния, расходом электроэнергии и содержанием фосфора в сплаве. The choice of the boundary values of the proposed components of the charge is due to the requirements for the composition of silicomanganese according to GOST 4756-77, as well as the detected relationship between the ratio of components, extraction of manganese, silicon, energy consumption and phosphorus content in the alloy.

Проведенными исследованиями установлено, что при содержании в шихте менее 63% марганцевого сырья содержание марганца в сплаве падает ниже допустимых пределов, а необходимое пропорциональное увеличение в шихте доли восстановителя и кварцита нарушает нормальный ход выплавки (растраивается электрический режим, наблюдается аварийный режим работы узлов и оборудования печи). Если повысить долю марганцевого сырья свыше 76,9, то в результате недостатка восстановителя и кварцита падает извлечение элементов, снижается производительность, растет содержание марганца в шлаке и удельный расход электроэнергии. Studies have shown that when the content in the charge is less than 63% of manganese raw materials, the manganese content in the alloy falls below acceptable limits, and the necessary proportional increase in the proportion of reducing agent and quartzite in the mixture disrupts the normal course of smelting (the electrical mode is disrupted, an emergency operation of the units and equipment of the furnace is observed ) If you increase the share of manganese raw materials over 76.9, then as a result of the lack of a reducing agent and quartzite, the extraction of elements decreases, productivity decreases, the manganese content in slag and the specific energy consumption increase.

Пределы отношения фосфора к марганцу в марганцевом агломерате обусловлены установленной зависимостью между качеством сплава по содержанию фосфора и показателями производства. Применение в шихту агломерата с отношением Р/Мn более 0,005 не позволяет получить силикомарганец с содержанием фосфора менее 0,35% и не отвечает требованиям ГОСТ 4756-77. Использование в шихту агломерата с отношением Р/Мn менее 0,0035 приводит к снижению извлечения марганца и кремния и понижает производительность электропечи. The limits of the ratio of phosphorus to manganese in the manganese sinter are due to the established relationship between the quality of the alloy in terms of phosphorus content and production rates. The use of an agglomerate with a P / Mn ratio of more than 0.005 does not allow to obtain silicomanganese with a phosphorus content of less than 0.35% and does not meet the requirements of GOST 4756-77. The use of an agglomerate with a P / Mn ratio of less than 0.0035 reduces the extraction of manganese and silicon and reduces the productivity of the electric furnace.

При содержании углеродистого восстановителя в шихте менее 12% снижается извлечение марганца и кремния в сплав, увеличивается содержание фосфора и понижается производительность печи, а при содержании его в шихте более 18% резко возрастает содержание кремния в сплаве, превышая допустимое ГОСТом (ГОСТ 4756-77). Кроме того, в результате увеличения электропроводности шихты нарушается электрический режим и растет расход электроэнергии. When the content of the carbon reducing agent in the charge is less than 12%, the extraction of manganese and silicon in the alloy decreases, the phosphorus content increases and the furnace productivity decreases, and when it is contained in the charge more than 18%, the silicon content in the alloy sharply increases, exceeding the permissible state standard specification (GOST 4756-77) . In addition, as a result of an increase in the electrical conductivity of the charge, the electric mode is violated and the energy consumption increases.

Введение в шихту менее 11% кварцита не позволяет получить стандартный по кремнию сплав, а при содержании кварцита более 14% растет удельный расход электроэнергии за счет ухудшения шлакового режима и падает производительность. The introduction of less than 11% quartzite into the charge does not make it possible to obtain a silicon standard alloy, and when the quartzite content is more than 14%, the specific energy consumption increases due to the deterioration of the slag regime and the productivity decreases.

При содержании в шихте менее 0,1% отходов производства (шлаковые корки, отсевы шлакопереработки и т.д.) снижается и извлечение марганца, удельная производительность печи и растет расход электроэнергии. Это же наблюдается и при превышении содержания отходов производства в шихте более 5,0%
Для подтверждения выбранных граничных значений компонентов шихты и граничных значений соотношений Р/Мn в марганцевом агломерате в идентичных условиях проведены исследования по выплавке силикомарганца на известной и предложенной шихте. Опытные плавки проводили в промышленной электропечи РПЗ-63 МВА.When the charge contains less than 0.1% of production waste (slag crusts, screenings of slag processing, etc.), manganese extraction decreases as well, the specific productivity of the furnace, and the energy consumption increases. The same is observed when the content of production wastes in the charge exceeds 5.0%
To confirm the selected boundary values of the components of the charge and the boundary values of the ratios P / Mn in the manganese sinter under identical conditions, studies were conducted on the smelting of silicomanganese on the known and proposed mixture. Experimental swimming trunks were carried out in an industrial electric furnace RPZ-63 MVA.

В качестве шихтовых материалов применялись агломерат марганцевый (СТП 146-50-91), шлак марганцевый малофосфористый (ТУ 14-9-181-89), кокс сортированный (ГОСТ 9188-74), кварцит Овручского месторождения (ТУ 14-5-140-82). Химический состав использованных шихтовых материалов приведен в табл. 1. Manganese agglomerate (STP 146-50-91), low-phosphorus manganese slag (TU 14-9-181-89), sorted coke (GOST 9188-74), quartzite of the Ovruch deposit (TU 14-5-140- 82). The chemical composition of the used charge materials are given in table. 1.

Для сравнительного анализа результатов выплавки силикомарганца в известной шихте использовали три вида марганцевого сырья (N 1-3):1 агломерат с отношением Р/Мn выше верхнего предела; 2 агломерат с отношением Р/Мn выше верхнего предела и малофосфористый шлак с отношением ниже нижнего; 3 в шихту дополнительно вводили марганецсодержащие отходы производства. For a comparative analysis of the results of smelting of silicomanganese in a known charge, three types of manganese raw materials (N 1-3) were used: 1 sinter with a P / Mn ratio above the upper limit; 2 agglomerate with a ratio of P / Mn above the upper limit and malophosphorous slag with a ratio below the lower; 3, manganese-containing production waste was additionally introduced into the charge.

В предлагаемый состав шихты вводили три вида агломерата: с промежуточным соотношением Р/Мn= 0,0042; с указанным соотношением на нижнем пределе Р/Мn= 0,0035 и верхнем предложенном пределе Р/Мn=0,005. Three types of agglomerate were introduced into the proposed mixture composition: with an intermediate ratio P / Mn = 0.0042; with the indicated ratio at the lower limit P / Mn = 0.0035 and the upper proposed limit P / Mn = 0.005.

В табл. 2 приведены составы известной и предложенной шихты и показатели выплавки силикомарганца на этих шихтах по вариантам. Учитывая необходимость обоснования, наряду с заявляемыми пределами шихты, пределов соотношения Р/Мn в агломерате, в табл. 2 вариантом с известной шихтой противопоставлены результаты трех испытаний по каждому варианту предложенного состава шихты. In the table. 2 shows the compositions of the known and proposed mixture and indicators of smelting of silicomanganese on these mixtures according to the options. Given the need for justification, along with the claimed limits of the mixture, the limits of the ratio P / Mn in the sinter, in table. Option 2 with a known charge contrasted the results of three tests for each option of the proposed composition of the charge.

Проведенные исследования показали (табл. 2), что выплавка силикомарганца с применением в предложенный состав шихты марганцевого агломерата с отношением Р/Мn= 0,0035-0,005 позволяет получить силикомарганец с пониженным содержанием фосфора (Р<0,35%) при одновременном повышении извлечения в сплав марганца, кремния и снижения удельного расхода электроэнергии, что в условиях НЗФ позволит получить значительный экономический эффект. The studies showed (Table 2) that smelting of silicomanganese using the proposed composition of the charge manganese sinter with a ratio P / Mn = 0.0035-0.005 allows to obtain silicomanganese with a low phosphorus content (P <0.35%) while increasing the extraction in an alloy of manganese, silicon and reduction of specific energy consumption, which in the conditions of refineries will provide a significant economic effect.

Claims

MIXTURE FOR SILICOMARGANESE Smelting, containing carbonaceous reducing agent, quartzite, industrial wastes and manganese-containing raw materials, characterized in that as the manganese-containing raw material, it contains manganese agglomerate with a phosphorus to manganese ratio of 0.0035 to 0.005 in the following ratio of components, wt.

Carbon Reducer 12 18
Quartzite 11 14
Production Waste 0.1 5.0
Manganese agglomerate with a ratio of phosphorus to manganese 0.0035 0.005 63.0 76.9