1.4 Аз көміртекті ферромарганец және феррохром және жоғары көміртекті ферромарганец өндіру технологиясы.

Оттекпен және күкіртпен белсенді әрекеттесіп, марганец сұйық болаттың қышқылдандырғышы және десульфураторы болып табылады. Легирлеуші қоспа ретінде марганец болат құрылымына және ұсақтағыш әсер етеді және прокалкілеу тереңдігін үлкейтеді. Марганец мөлшерін арттыру арқылы болаттың жарылысқы қарсы тұру қабілетін және тұрақтаушылығын арттыруға болады. Атмосфералық коррозияға қарсы тұрушылығы >10% Mn мөлшерінің жоғарлауымен артады. Аспаптық болаттар құрамында 0,4 % -ға дейін Mn, конструкциондық болаттарды 0,6 % Mn, ал марганецпен легирленген болаттарда - 0,8-дан 28 %-ға дейін марганец болады.

Марганец сонымен қатар алюминий және мыс негізіндегі кейбір түсті құймалар құрамына да кіреді. Ол электротехникада және т.б.қолданылады.

Марганец жер қыртысында таралуы жөнінен он екінші орын алатын элемент.Ол көптеген минералдар құрамына кіреді және оның маңызды минералдары браунит (Mn₂O₃,60-69% Mn), гаусманит (Mn₃O₄,72,1% Mn), пиролюзит (MnO₂,60-63 % Mn), манганит (MnO▪OH,62,4% Mn) және родохрозит (MnCO₃, 47,8 % Mn) болып табылады.

Болатты қышқылдандыру және өндіру үшін тек көміртекті ферромарганец және феррохром ғана қажет емес, сондай-ақ аз көміртекті ферроқұймалар да қажет. Ферромарганец және феррохром құймалары жоғары, орта және аз көміртекті ферроқұймаларға бөлінеді, сәйкесінше құрамында 1-4 және 0,2-0,5% С, сонымен қатар көміртексіз феррохром (0,02-0,1% С) және металдық марганец (≤0,1-0,2% С).[9]

Жоғары көміртекті ферромарганец өндіру технологиясы. Ол үшін ашық және жабық, қуаттылығы 85 В болатын электропештерді қолданады. Пеш ашық, жабық және герметикалық болып жасалады. Пештер есептегіш құрылғылармен жабдықталған, яғни массаны, құрамды және бункерден келетін шихта мөлшерін қадағалайды. Сонымен қатар шихтаның дайындалуы автоматты түрде реттеліп отырады.Тығындалған, өздігінен жанатын электродтар қолданылады. Ферромарганецтің құю процесін электродтарда 110-220 В кернеуде жүргізеді.[10]

Жоғары көміртекті ферромарганецты екі әдіспен өндіреді: флюсті және флюссіз. Соңғысы флюсті әдіспен салыстырғанда көптеген артықшылықтарға ие: кеннен марганецтің жоғарғы шығымы, пештің жоғары өнімділігі. Бірақ кедей кендерден көміртекті ферромарганецті тек флюсті әдіспен ғана алады, себебі олардың құрамында кремнезем мөлшері жоғары болып келеді. Шихтада марганецкенді концентратты, марганецті және темірлі агломератты, коксты және флюсті қолдану пеш ваннасында өтетін күрделі химиялық процестермен түсіндіріледі.

Ферроқұймалы пештің жоғарғы бөлігінде келесі химиялық реакциялар жүреді:

1)2MnO₂+ CO=Mn₂O₃+CO₂(+1178);

2)3 Mn₂O₃+ CO=2Mn₃O₄+CO₂(+378);

3) Mn₃O₄+CO=3MnO+CO₂(+237);

4) 3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂(+117);

5)CaCO₃=CaO+CO₂(-1797);

6)MgCO₃=MgO+ CO₂(-1195);

7)MnCO₃=MnO+CO₂(-1015);

8) Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂(-79,4);

9) FeO+C=Fe+CO(-2207);

10) H₂O_сұй.=H₂O(-2253).

Пештің қалыпты жұмысы электрод айналасындағы шихта конусының шамасымен сипатталады. Құйманың балқу температурасы 1260⁰С шамасында болса, шихтаның балқу температурасы 1300-1400⁰С шамасында болады. Шлак ұсақталып отырады, және силикомарганец өндірісіне шикізат ретінде қолданылады. Ұсақтаудан бөлек ұнтақтау процесіне де жіберіліп отырады. Ұнтақтау шлакты жинақтау және оны құю процесіне даярлау операцияларын жеңілдетеді.[11]

Аталған құймаларды өндіру үшін көптеген әдістер қолданылады. Солардың кейбіреулеріне тоқталатын болсақ:

1.Тотықсыздандырғыш ретінде кремнийді қолдану. Ол үшін марганецті кендерден силикомарганецті кварцит және темір кендерін қосу арқылы қорыту. Тотықсыздандырғыш ретінде көміртекті кокс қолданылады, бірақ жоғарыда айтып кеткеніміздей кремнийдің көміртектің еруін төмендетуіне байланысты алынатын силикомарганец құрамында көміртек шамасы төмен болады(≤1-2,5% С), сондықтан оны орта көміртекті және аз көміртекті ферромарганец алуда қолданылады. Яғни, аз көміртекті ферромарганецті марганецті кенді немесе концентратты силилкомарганецті кремнийімен ізбес қатысында тотықсыздандыру арқылы алады.

Аз көміртекті және көміртексіз феррохромды алудың басқа бір жолы, хромды кенді силикохром кремнийімен тотықсыздандыру арқылы келесі реакция бойынша алу болып табылады:

⅔ Cr₂O₃ + Si = ¾Cr + SiO₂

2FeO + Si = 2Fe + SiO₂

2.Қатты және сұйық ферроқұймаларды ауа оттегімен немесе түрлі тотықтырғыштармен (никель тотығы,кен және т.б.) вакуум жағдайында көмірсіздендіру. Мысалы, вакуумды пеште 1100⁰С температураға дейін қатты феррохромның SiO₂,NiO сияқты тотықтырғыштарды қолданып көмірсіздендіру жүреді. Сұйық көміртекті феррохромды оттекпен үрлеу құрамындағы көміртек мөлшерін 1%-ға дейін төмендетсе, қысымды азайту көміртек мөлшерін 0,2%-ға дейін төмендетеді.

3.Хром-ізбесті балқыманы сұйық немесе қатты силикохроммен араластыру. Соңғы уақытта бұл процесстің бірсатылы тәсілі жетілдірілді. Түрлі пештерде: а) құрамында,%: 28-32 Cr₂O₃,40-45 CaO, 6-8 Al₂O₃,10MgO,3 SiO₂ және шамамен 10%-дай Fe₂O₃ болатын кенді-ізбесті балқыманы; б)құрамында 50% шамасында Si, 30% шамасында Cr және 0,02-0,03% C болатын силикохромды балқытады.

Әуелі кенді-ізбесті балқыманы, содан соң белгілі жылдамдықпен силикохромды магнезитті кірпішпен футеровкаланған ожауларға құйып алады.Балқыма және силикохром қатынасын силикохром кремнийімен барлық хромды және темірдің кенді-ізбесті балқымасын тотықсыздандыру үшін жеткілікті етіп алады. Яғни,бұндай әдіспен құрамында 0,01-дан 0,05% дейін С болатын феррохром алады.

4.Үшсатылы металдық марганец алуды жүзеге асыруда құрамында марганец мөлшері жоғары және темір мен фосфор шамасы төмен болатын шекті шлакты, сондай-ақ кремнийдің артық мөлшерімен, көмірдің, фосфордың және темірдің төмен мөлшерімен шекті силикомарганецті бөлек балқытылады.

5.Катодта марганецтің жұқа опырылғыш қабаты түзілетін сулы ерітінділердің электролизін қолдану. Электролиздің алғашқы едәуір күрделі және қымбат операциясы кендердің тотықсыздандырылып күйдірілуінен, қышқылды сілтілендіруден, ерітіндіні қоспалардан тазалаудан жинақталған кедей марганецті кендерден ерітінді дайындау болып табылады.[12]