Глава 7 Восстановление кремния и выплавка кремнистого чугуна

Восстановление марганца и выплавка марганцевого чугуна

Кремний присутствует в рудах в виде кремнезёма, а в агломерате в виде силиката. Сродство кремния с кислородом велико, поэтому он может восстанавливаться в печи только прямым путём:

SiO₂+C=Si+CO

SiO+C=Si+CO

SiO₂+2C=Si+2CO-Q

Для протекании реакции слева на право необходимо температуру = 1500°С. Однако кремний в печи восстанавливается при более низкой температуре, из-за присутствия Fe₃Si, FeSi₂ по реакции: SiO₂+2C+Fe=FeSi+2CО-554709Дж. При Т=1050-1150°С.

В условиях доменной печи реакция не находит широкого распространения, т.к. необходимо, чтобы железо и кремнезём не переходили в жидкие фазы: чугун и шлак. Для разных чугунов требования по содержанию кремния различно. В передельных чугунах содержание должно быть пониженным. При хорошо подготовленной шихте содержание кремния в чугуне должно составлять 0,3%, в других случаях 0,5-0,8% и выше. В литейном чугуне разных марок содержится от 1,75-3,75%. В доменных печах выплавляют и феросилец от 9-18% Si. При выплавке передельных чугунов, восстанавливается 2-8% кремния, а при выплавке литейных 8-10%, остальное остаётся в шлаке. Для повышения степени восстановления кремния, а следовательно и его содержания необходимо повышать расход кокса. На каждый % кремния расход кокса повышается на 5-15%. При выплавке феросилиция применяют дутьё обогащённым кислородом до 30%, повышается производительность печи до 40% и снижается расход кокса на 10-15%. Технико-экономические факторы не позволяют использовать доменные печи для получения ферросилициума, который лучшего качества (45-75% Si) выплавляется в электропечах.

Марганец в рудах находится в виде MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, а в агломерате в виде силиката марганца: MnO*SiO₂; (MnO)₂*SiO₂

Восстановление Mn до закиси марганца (MnO) газами осуществляется при умеренных температурах – 200-500С по реакциям:

2MnO₂+CO=Mn₂O₃+CO₂+227526 Дж

3Mn₂O₃+CO=2Mn₃O₄+CO₂+170720 Дж

Mn₃O₄+CO=3MnO+CO₂+52080 Дж

Восстановление же марганца из закиси требует значительных затрат тепла:

MnO+C=Mn+CO-288288 Дж

Восстановление марганца связано с выделением большого количества теплоты, а восстановление закиси требует значительного расхода Q:

MnO+C=Mn+CO-Q

Поскольку закись марганца восстанавливается при высоких температурах , значительная часть переходит в силикаты. Восстановление марганца из силикатов облегчается наличием извести

MnSiO₃+CaO+C=Mn+CaSiO₃+CO-Q

Не весь марганец переходит в чугун, часть остаётся в виде окислов шлаке, а часть улетучивается. Степень восстановления Mn при выплавке составляет 55-60%, а при выплавке FeMn – 90%, при этом потери от улетучивания составляют 3-15%. Для максимального извлечения марганца необходимо работать при повышенном содержании кокса, вести плавку с максимально нагретым дутьём и высоким содержанием O₂, получать шлаки повышенной основности.

Снижение содержания марганца в чугуне позволяет уменьшить расход кокса на 3-5%, повысить производительность печей и снизить себестоимость чугуна на 10%. В доменных печах выплавляют FeMn (75% Mn) и зеркальный чугун (15-25% Mn). Для выплавки используют специальную шихту, состоящую из марганцевых руд, а в последнее время из марганцевого агломерата. Выплавка на воздушном дутье этих сплавов требует большого расхода кокса, высокая температура отходящих газов приводит к быстрому износу колошников, поэтому дутье обогащено кислородом до 30-35%, что позволяет снизить расход кокса на 20-30% и повысить производительность в 1,5-2 раза.