4.2.2 Відновлення марганцю

Марганець (ρ=7210 кг/м³, температура плавлення 1244С) має необмежену розчинність в залізі і близький до нього за багатьма властивостями. Домішка марганцю в сталях є корисною. Введення Мп в сталь зміцнює метал, сприяє підвищенню його здатності протистояти зносу та ударним навантаженням. Крім того добавка марганцю на 0,1% в чавуні сприяє підвищенню температури напівпродукту при киснево-конвертерній переробці на 15–25С і вирішенню технологічних завдань в наступних переробках.

Підготовлена залізорудна і марганцева сировина (агломерат, обкотиші) містять Мп у вигляді монооксида МпО, зв’язаного з іншими компонентами. В марганцевих рудах, що використовувались при виплавці доменного феромарганцю, а іноді використовуються в якості промивочного реагенту, марганець представлений мінералами: піролюзитом МпО₂ , браунітом Мn₂О₃, гаусманітом Мп₃О₄ і родохрозитом МпСО₃.

Піролюзит і брауніт легко відновлюються у верхній частині доменної печі:

2MnO₂ + CO → Mn₂O₃ + CО₂ + 209,8 МДж (4.5)

3Mn₂O₃ + CO →2Mn₃O₄ + CO + 149,9 МДж (4.6)

Внаслідок виділення великої кількості тепла у верхніх горизонтах печі зменшується строк служби металевих конструкцій та вогнетривкої кладки. Необхідно вищі оксиди марганцю переводити в нижчі в процесі агломерації, в процесі якої піролюзит і брауніт дисоціюють з утворенням Мп₃О₄ і кисню.

Гаусманіт також безперешкодно втрачає кисень при відновленні газами

Мп₃О₄ + СО → 3МпО + СО₂ + 58,1 МДж (4.7)

Марганець із МпО відновлюється тільки прямим шляхом за температур більше ніж 1150С

МпО + С → Мп + СО – 288,29 МДж (4.8)

При температурі вище 1100С утворюється карбід марганцю Мп₃С, вуглець якого може відновлювати марганець із МпО. Крім того марганець може відновлюватись із силіката:

МпSiO₃ + C → Mn + SiO₂ + CO (4.9)

Видалення основної частини кисню із МпО відбувається в рідкій фазі. Внаслідок необмеженої розчиненості в залізі і помірної температури плавлення вже на горизонті розпару краплі металу можуть мати до 70% кінцевого вмісту марганцю.

Дослідження вмістимого замороженої на ходу доменної печі (рис.4.3), показало, що найбільш інтенсивне відновлення з’єднань марганцю в горні відбувається в шарі коксу, затопленого шлаком. Про це свідчать найбільш високі градієнти вмісту марганцю в чавуні проб, відібраних в нижній частині горна.

Рис. 4.3. Зміна вмісту марганцю в металі (а) і градієнтів його вмісту (б, в) в нижній частині доменної печі №1 заводу Хірохата:

г - середні значення по горизонталі відбору проб; д - значення, що відносяться до відмітки, видаленої на 1,95 м від вертикалі, що проходить через стінку горна; е - кінцевий вміст Mn в чавуні на випуску; позначення як і на рис. 4.1.

Степінь вилучення марганцю із шихти залежить від трьох факторів: нагріву печі, основності і відносної кількості шлаку.

Підвищення температури в горні за рахунок збільшення витрати коксу, застосування дуття збагаченого киснем, наведення високоосновного тугоплавкого шлаку сприяють покращанню умов відновлення МпО. Збільшення основності шлаку зменшує кількість оксиду марганцю, пов’язаного в силікат, за рахунок заміни и вивільнення МпО.

МпО  SiO₂ + CaO → CaO  SiO₂ + MnO (4.10)

Вивільнення МпО суттєво поліпшує процес відновлення. Скороченню втрати марганцю сприяє також зменшення відносної кількості шлаку.