2.3 Існуючі способи виробництва середньовуглецевого феромарганцю

У світовій і вітчизняній практиці розроблені й застосовуються різні способи одержання середньовуглецевого феромарганцю, засновані на процесах окисного рафінування всоковуглецевого феромарганцю від вуглецю й кремній – вуглецевомістячих марганцевих сплавів від кремнію та вуглецю, методи силикотермічного відновлення оксидів марганцю кремнієм феросилікомарганцю. [4]

За кордоном варто виділити розробки по окисному рафінуванню високовуглецевого феромарганцю від вуглецю шляхом продувки киснем у конверторі. Спосіб МОР, запропонований фірмою “Union Corbide” (США), дозволяє одержувати стандартний середньовуглецевий феромарганець із вмістом C=1,5% й Si=1,5% при порівняно гарних техніко-кономічних показниках. Спосіб забезпечує витрату електроенергії 3000 квтּч/т сплаву. За способом МОР середньовуглецевий феромарганець виробляється в США, Норвегії, Мексиці. Одержання за даною технологією сплаву із вмістом менш 1,5% вуглецю приведе до інтенсивного окислювання й втрат марганцю. Імовірно, виплавка середньовуглецевого феромарганцю із вмістом 1,5% вуглецю також пов'язана з істотним вигаром марганцю. До недоліків технології варто віднести високу температуру розливання, тому що процес закінчується при температурі 2023К, низьку стійкість вогнетривів, поганий поділ металу й шлаку при розливанні. [7]

Відомий спосіб одержання середньовуглецевого феромарганцю із вмістом 0,2-2,0% вуглецю методом видалення вуглецю та кремнію рідкого всоковуглецевого феромарганцю в посудині типу ковертора. Кисень вдувається через фурму зверху з одночасною подачею шлакоутворюючих (вапно, доломіт, шлаки феромарганцю), а через днище подається газ для перемішування. Температура процесу становить 1873-2100К. [6]

У Японії одержують низько- та средньовуглецевий феромарганець методом змішання розплавів у струшуваному ковші. У реакційний ковш спочатку завантажується термічно підготовлена марганцева руда (50% Mn) і вапно в кількості відповідно 90% і 50% від загальної потреби для процесу, а потім заливається рідкий феросилікомарганець. Після цього ковш піддають струшуванню й задають у нього іншу кількість руди та вапна. Тривалість струшування 15-20 хв, температура процесу 1573К, тривалість плавки до 50 хв, вилучення марганцю 79,8%

Існує вітчизняна технологія одержання середньовуглецевого феромарганцю (1,5%C; 1,5% Si; 0,3% P) методом газокисневого рафінування рідкого високовуглецевого феромарганцю (0,35% Р) у конверторі (ємність 1,0 т). Процес містить у собі окисний і відновлювальнй періоди. Окислений в окисний період (2023-2073К) марганець довідновлюється із шлаків кремнієм феросилікомарганцю при продувці аргоном у відновлювальному періоді (1723-1773К). Витрата кисню – 100 нм³/т, азоту – 4 нм³/т, аргону – 3,6 нм³/т. Витяг марганцю в сплав – 87%, кратність шлаку 0,2-0,25, основність – 1,2-1,4. Відзначається підвищення вмісту фосфору в процесі плавки на 20-25% через практично 100% переходу його в сплав і вигару металу в процесі плавки. [4]

В умовах Запорізького заводу феросплавів проводилися плавки по видаленню вуглецю високовуглецевого феромарганцю (78,2% Mn, 6,1% C, 2,9% Si, 0,05% P) у ковші при продувці сплаву киснем через фурму зверху. Отриманий середньовуглецевый феромарганець складу, %: Mn=81,0; C=1,6; Si=0,5; P=0,08; зміст марганцю в шлаку 45%, кратність шлаку - 0,3. Вилучення марганцю в сплав - 71%, втрати марганцю у виліт - 10%. Швидкість видалення вуглецю 0,06-0,07% С/хв.

Запропоновано технологію одержання середньовуглецевого феромарганцю із вмістом 1,2% С шляхом видалення вуглецю з розплаву високовуглецевого феромарганцю у вакуумі в процесі продувки киснем до вмісту менш 3,5% С и 0,2% Si. Кінцеве рафінування сплаву проводять шлаками які містять марганець (45% MnО) при 1773-1823К з активним перемішуванням.

На ряду із процесами окисного рафінування високовуглецевого феромарганцю розроблені й реалізуються на практиці група методів одержання середньовуглецевого феромарганцю шляхом рафінування передільного феросилікомарганцю й проміжних кремніє-марганцевих сплавів рудами, концентратами й шлакрвими розплавами від кремнію з різними варіантами застосування вихідних матеріалів у рідкому й твердому вигляді. Подальше вдосконалення технології виплавки середньовуглецевого феромарганцю на ЗЗФ здійснювалося шляхом застосування різних рудо-шлакових сумішей - низькофосфористих марганцевих шлаків безфлюсової плавки високовуглецевого феромарганцю, чіатурської сирої та обпаленої кабонатної руди, окатишів з концентрату гаусманітового способу збагачення марганцевої руди, окатишів з концентрату дітіонатного способу збагачення марганцевої руди, а також шляхом застосування інших окислювачів і використання фізичного тепла розплавів.

Розроблено технологію одержання середньовуглецевого феромарганцю у два етапи. Спочатку в електропечі одержують проміжний кремніє-марганецьмістячий сплав (10-14%Si; 75-85% Mn), шлак який при цьому утвориться (8-12% Mn) скачують з печі. Потім у піч на рідкий сплав задають марганцеву руду або малофосфористий шлак і вапно. Процес плавки ведуть із утворенням багатого марганцем шлаку (25-30% Mn), що надалі використається у власній переробці. [3]

Також на ЗЗФ середньовуглецевий феромарганець може вироблятися періодичним процесом в електропечах потужністю 3,5 МВּА з магнезитовою футеріовкою ванни. В якості шихтових матеріалів використовується передільний феросилікомарганець (18,3% Si; 75,5% Mn й 0,1% P) (фракції 0-20 мм ), марганцевий концентрат 1с. (48,5% Mn; 0,18% P; 10,5% Si₂) (фракції 0-15 мм) і вапняк (53,2% Ca) (фракції 0-20 мм). Вологість концентрату 2-3%. Низька концентрація фосфору в застосовуваному феросилікомарганцю забезпечується використанням при виплавці сплаву в рудовідновлювальній електропечі передільного шлаку бесфлюсового виробництва високовуглецевого феромарганцю й шлаку середньовуглецевого феромарганцю, агломерату, кварциту й коксика.

Технологія середньовуглецевого феромарганцю ґрунтується на рафінуванні цього передільного феросилікомарганю від кремнію оксидами марганцю шихтових матеріалів. Плавка включає: підготовку печі, заливання рідких шлаків (2000 кг), завантаження феросилікомарганю, включення печі й набір навантаження, подачу основної маси (90%) концентрату й вапняку, розплавлення й рафінування, завантаження основної частини рафініровочної суміші, відключення печі й витримка, випуск плавки. Тривалість плавки становить 3,5 години.

Співвідношення шихтових матеріалів і процес плавки визначають одержанням стандартного сплаву й богатого марганцем (30%-35% Mn) низькофосфористого (0,026% Р) передільного шлаку.

Відомий ряд технологічних процесів одержання середньовуглецевого феромарганцю методом змішування рідких розплавів як у печі, так і поза з різними варіантами рішень інтенсифікації масообмінних процесів.

Одним із таких процесів є комплексна технологія одержання низько- і середньовуглецевого феромарганцю (80-90% Mn; 0,04-1,5% C; 0,1-1,0% Si). В одній електропечі виплавляють передільні шлаки (36-52% Mn), що заливають у ковш разом із проміжним сплавом (4-14% Si). При цьому одержують готовий феромарганець і передільний шлаки (30-38% Mn). В іншій електропечі одержують феросилікомарганець із вмістом 16-36% Si, що заливають разом з раніше отриманими передільними шлаками в ковш і одержують проміжний сплав і кінцевий шлак.

Середньовуглецевий феромарганець одержують поза піччю в реакційному резервуарі, куди заливають рідкий феросилікомарганець і задають марганцеву руду та флюси. Резервуар потім розігрівають і приводять в ексцентричний горизонтальний круговий рух. Відзначено підвищення швидкості й повноти процесів рафінування, але його технічне впровадження не дає підстав для промислового втілення у виробництво. [9]