7.7. Продувка високо.Марганцевистих чавунів

При переділі високомарганцевистого чавуну ставляться наступні задачі: виплавити природнолеговану марганцевисту сталь і отримати високомарганцевистий шлак, який у подальшому можна використовувати як сировину для виробництва феромарганцю і силікомарганцю.

Першу задачу неважко виконати, тому що окислення і видалення зі шлаком зайвого марганцю здійснюється при відносно низькій температурі в початковий період.

Щоб виробництво феросплавів із марганцевистого шлаку було економічно вигідним, не­обхідно, щоб вміст МnО в ньому був не менше 45%, відношення вмісту марганцю до вмісту заліза не менше 6,5, відношення вмісту фосфору до вмісту марганцю не більше 0,0035.

В цьому випадку повинна бути застосована технологічна схема, що забезпечує якнай­повніший перехід марганцю з металу у шлак в початковий період продувки і після відділен­ня шлаку від металу доведення отриманого напівпродукту до готової сталі.

Процес окислення марганцю в конвертері вивчений достатньо. Марганець зберігаєть­ся у ванні в значних концентраціях протягом всієї продувки. У початковому періоді плавки марганець окислюється у вторинній реакційній зоні. Після видалення основної його частини і початку інтенсивного вигоряння вуглецю він окислюється конвертерним шлаком. Згідно з розрахунками, після початкового періоду рівноважний вміст Мn в металі в 1,6-2 рази для верхньої і в 1,2 раза - для донної продувки менший за фактичну концентрацію. Чим вища інтенсивність перемішування металу зі шлаком, тим ближчий до рівноваги процес перероз­поділу марганцю між металом і шлаком. Вміст марганцю у продутому металі в значній мірі залежить від складу шлаку.

Підвищення окисленості шлаку приводить до зниження залишкової концентрації Мn у ме­талі. Оскільки реакція окислення Мn екзотермічна, то підвищення температури металу в проце­сі і в кінці продувки супроводжується зростанням залишкових концентрацій марганцю.

При переробці чавуну з високою концентрацією Мn або внесенні у шлак матеріалів, що містять марганець, збільшуються вміст МnО у шлаку і залишкова концентрація Мn в металі.

При донній продувці для одержання рідкотекучого шлаку необхідно передувати метал і збільшувати тим самим вміст у ньому FеО. З урахуванням цього, переваги донної продув­ки (низька окисленість шлаку і можливість отримання високої залишкової концентрації Мn в металі) не реалізуються.

Розподіл марганцю між металом і шлаком можна розглянути, виходячи з умов рівнова­ги реакції

Таким чином, переходу марганцю з металу у шлак сприяє ведення продувки при від­носно низькій температурі ванни (значення КMn збільшується з пониженням температури) і високому вмісті оксиду заліза у шлаку, низькому коефіцієнті активності оксиду марганцю (УMno) і (МnО ) і високому (УFe0 ) У зв'язку з тим, що вміст оксиду заліза у шлаку повинен обмежуватись для забезпечення високого відношення вмісту марганцю і заліза у шлаку, вжиття технологічних заходів по підвищенню вмісту оксидів заліза у шлаку виключається, і головним способом досягнення найповнішого переходу марганцю з металу у шлак є обме­ження температури металу в початковий період продувки.

Оксиди марганцю утворюються в продуктах вторинної реакційної зони, які потім пере­ходять у шлак. Продукти окислення Мn після переходу у шлак взаємодіють з кремнеземом за реакцією:

Ця реакція посилює процес окислення домішок.

Для отримання як можна нижчого вмісту Р205 в марганцевистому шлаку, що необ­хідно для забезпечення необхідного відношення (Р)/(Мn), вміст (СаО) повинен бути міні­мальним. Тому вапно в першій половині продувки присаджувати не слід. Це вигідно з точки зору зменшення загальної кількості шлаку і одержання завдяки цьому як можна вищого вмісту (МnО).

Були проведені дослідження по переділу високомарганцевистих чавунів у 10-тонному конвертері, футерованому магнезитовою цеглою, з подачею кисню зверху. Продували ча­вуни, які містили 3,8-4,4% С, 3,8-7,3% Мn, 0,36-1,00% Sі, 0,06-0,17% Р, 0,023-0,045% S. Кількість скрапу, залежно від складу чавуну, коливалася в межах 22-36% до маси чавуну. Присадка скрапу забезпечувала необхідне обмеження температури металу в першій поло­вині плавки. В момент скачування марганцевистого шлаку температура металу складала 1500-1520°С. Вапно в першому періоді плавки не присаджували.

Продувку вели з витратами кисню 30-40 м3/хв. Висота фурми від рівня спокійної ванни складала 1200-1300 мм. Перший період продувки в середньому тривав 8 хв. Після продув­ки обробляли сталевипускну льотку і зливали метал у ківш, а шлак видавали у шлаковню. Одержуваний напівпродукт містив 2,0-2,3% С. Потім сталевипускний отвір закривали, зли­вали напівпродукт у конвертер, додавали вапно і вели продувку до одержання сталі необ­хідного складу. Тривалість другого періоду продувки в середньому складала 9 хв.

Були отримані наступні результати при середньому вмісті марганцю в чавуні 5,7%: зали­шок марганцю в напівпродукті - 1,13%; вміст МnО в марганцевистому шлаку - 60,5%; кіль­кість марганцевистого шлаку - 7,25% від маси чавуну, ступінь окислення марганцю з чавуну у шлак - 80%; відношення вмісту марганцю і заліза в марганцевистому шлаку 4,6; відно­шення вмісту фосфору і марганцю 0,0018; вміст сірки і фосфору в напівпродукті відповідно 0,020% і 0,076%; склад марганцевистого шлаку: 60,5% МnО; 9,5% FеО; 4,05% Fе203; 17,0% SiO2; 5,2% СаО; 0,19% Р205.

Питомі витрати кисню на плавку склали в середньому 62,3 м3/т чавуну, а скрапу і вапна - відповідно 26,4 і 5,3% від маси чавуну.

Для найбільш повної видачі високомарганцевистого шлаку у шлаковню після закінчен­ня першого періоду плавки необхідно забезпечити оптимальну рухливість шлаку. Встанов­лено, що на рухливість високомарганцевистого шлаку вирішально впливає вміст у ньому кремнезему. При вмісті SiO2 менше 16% шлак надто густий, а при вмісті його більше 20% -шлак рідкий. Оптимальний вміст Sі02 у шлаку - 18-20%.

В технологічній схемі одержання марганцевих феросплавів із конвертерних високо-марганцевистих шлаків при недостатньо високому значенні відношення (Мn)/(Fе) у цих шлаках повинно бути передбачено отримання в окремому агрегаті деякої кількості беззалі-зистого низькофосфористого шлаку, який додається при складанні шихти феросплавної печі.

Кінцеві конвертерні шлаки, що мають відносно високий вміст МnО, доцільно викорис­товувати в доменних печах замість марганцевої руди.

Киснево-конвертерний переділ високомарганцевих чавунів застосовується на металур­гійних комбінатах Болгарії (Кремиковський металургійний комбінат), у В'єтнамі та Алжирі. В Росії така технологія розглядалася для переділу чавуну з залізомарганцевих руд Атасуй-ського родовища.