Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные методы и оборудование металлургии и материаловедения производство марганцевых ферросплавов. Методика расчета компонентов шихты при выплавк
.pdf
2. СТАНДАРТЫ НА МАРГАНЦЕВЫЕ ФЕРРОСПЛАВЫ
Наиболее распространенными марганцевыми ферросплавами являются:
– ферромарганец, включающий высоко-, средне- и низкоуглеродистый с различными допустимыми пределами содержания углерода, фосфора и других примесей;
– ферросиликомарганец (товарный и передельный) с широким интервалом содержаний кремния, примесями углерода, фосфора и др.;
– металлический марганец электротермического и электролитического способов производства.
Ниже приведены
сплавы [6].
требования стандартов на марганцевые ферро-
Ферромарганец
Марка
(ГОСТ 4755–91)
ФМн90(РА) 85,0...95,0 0,5 1,8 0,05 0,02
ФМн90(РБ) 85,0...95,0 0,5 1,8 0,30 0,02
ФМн88(РА) 85,0...95,0 2,0 3,0 0,10 0,02
ФМн88(РБ) 85,0...95,0 2,0 3,0 0,40 0,02
ФМн78(РА) 75,0...82,0 7,0 6,0 0,05 0,02
ФМн78(РБ) 75,0...82,0 7,0 6,0 0,70 0,02
ФМн70(РА) 65,0...75,0 7,0 6,0 0,30 0,02
ФМн70(РБ) 65,0...75,0 7,0 6,0 0,70 0,02
Mn
Ферромарганец низкоуглеродистый
Ферромарганец среднеуглеродистый
Ферромарганец высокоуглеродистый
Массовая доля, %
C Si P S
не более
Марка
(ISO 5446–80)
FeMn80C05 75,0...85,0 0,1...0,5 2,0 0,30 0,03
FeMn80C10LP 75,0...85,0 0,1...0,5 2,0 0,15 0,03
FeMn90C01 75,0...85,0 До 0,1 2,0 0,30 0,03
FeMn90C01LP 75,0...85,0 До 0,1 2,0 0,15 0,03
FeMn90C05 85,0...95,0 0,1...0,5 2,0 0,30 0,03
FeMn90C05LP 85,0...95,0 0,1...0,5 2,0 0,15 0,03
FeMn90C01 85,0...95,0 До 0,1 2,0 0,30 0,03
FeMn90C01LP 85,0...95,0 До 0,1 2,0 0,15 0,03
Mn C
Ферромарганец низкоуглеродистый
Массовая доля, %
Si P S
не более
11
Ферромарганец среднеуглеродистый
FeMn80C20 75,0...85,0 1,5...2,0 2,0 0,35 0,03
FeMn80C20LP 75,0...85,0 1,5...2,0 2,0 0,20 0,03
FeMn80C15 75,0...85,0 1,0...1,5 2,0 0,35 0,03
FeMn80C15LP 75,0...85,0 1,0...1,5 2,0 0,20 0,03
FeMn80C10 75,0...85,0 0,5...1,0 2,0 0,35 0,03
FeMn80C10LP 75,0...85,0 0,5...1,0 2,0 0,20 0,03
FeMn90C20 85,0...95,0 1,5...2,0 2,0 0,35 0,03
FeMn90C20LP 85,0...95,0 1,5...2,0 2,0 0,20 0,03
FeMn90C15 85,0...95,0 1,0...1,5 2,0 0,35 0,03
FeMn90C15LP 85,0...95,0 1,0...1,5 2,0 0,20 0,03
FeMn90C10 85,0...95,0 0,5...1,0 2,0 0,35 0,03
FeMn90C10LP 85,0...95,0 0,5...1,0 2,0 0,20 0,03
Ферромарганец высокоуглеродистый
FeMn75C80VHP 70,0...82,0 8,0 2,0 0,50 0,03
FeMn75C8VHP 70,0...82,0 8,0 2,0 0,35 0,03
FeMn75C80MP 70,0...82,0 8,0 2,0 0,25 0,03
FeMn75C80LP 70,0...82,0 8,0 2,0 0,15 0,03
FeMn75C80VLP 70,0...82,0 8,0 2,0 0,10 0,03
Ферросиликомарганец
Марка
(ГОСТ 4756–91)
МнС25(РА)
МнС25(РБ)
МнС22(РА)
МнС22(РБ)
МнС17(РА)
МнС17(РБ)
МнС12(РА)
МнС12(РБ)
Si
Более 25 60,0 0,5
20,0...25,0 65,0 1,0
15,0...20,0 65,0 2,5
10,0...15,0 65,0 3,5
Массовая доля, %
Mn C P S
не менее не более
0,05
0,25
0,10
0,35
0,10
0,60
0,10
0,60
0,02
0,02
0,02
0,02
Ферросиликомарганец
Марка
(ISO 5447–80)
FeMnSi12 60,0...75,0 10,0...15,0 3,5 0,35 0,03
FeMnSi18
FeMnSi18LP
FeMnSi22HP
FeMnSi22MP
FeMnSi22LP
FeMnSi23HP
FeMnSi23MР
12
Mn Si
60,0...75,0 15,0...20,0 2,5
60,0...75,0 20,0...25,0 1,6
65,0...75,0 20,0...25,0 1,0
Массовая доля, %
C P S
не более
0,35
0,15
0,30
0,15
0,10
0,30
0,15
0,03
0,03
0,03
FeMnSi23LP 0,10
FeMnSi28
FeMnSi28LP
FeMnSi30HP
FeMnSi30MP
FeMnSi30LP
65,0...75,0 25,0...30,0 0,5
57,0...67,0 28,0...35,0 0,1
0,20
0,10
0,20
0,10
0.05
0,03
0,03
Марганец металлический
Марка
(ГОСТ 6008–90)
Мн998 99,8 0,04 – 0,003 0,03
Мн997
Мн965 96,5 0,10 0,8 0,05 0,05
Мн95
Способ производства
Электролитический
Электротермический
Массовая доля, %
Mn C Si P S
не менее не более
99,7 0,06 – 0,005 0,1
95,0 0,20 1,8 0,07 0,05
Одной из обязательных стадий, предшествующих выплавке любого стандартного ферросплава, является стадия расчета шихты. Ниже
приведены расчеты шихты для получения марганцевых ферросплавов в случае, когда в качестве марганецсодержащей составляющей
шихты используют концентраты, которые будут получать из марганцевых руд Усинского месторождения.
13
3. ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫЙ
ФЕРРОМАРГАНЕЦ
Высокоуглеродистый ферромарганец получают углеродотермическим методом в доменных и электрических (рудно-термических) печах [7]. В основе процесса выплавки высокоуглеродистого ферромарганца лежат реакции восстановления высших оксидов марганца
MnO
, Mn2O3, Mn3O4 в верхних горизонтах печи с участием СО, то-
2
гда как оксид МnО восстанавливается только твердым углеродом.
Теоретическая температура начала восстановления оксида марганца
до карбида MnC
МnО
+ (1+ х)С = МnСх, + СО,
(т)
равна 1597 К. Поскольку в ферромарганце содержится ~7 % С, то в
первом приближении можно принять, что сплав представлен в основном карбидами Мn
щиеся в марганцевых концентратах, оказывают положительное влияние на термодинамику и кинетику процесса совместного восстановления марганца и железа. В присутствии оксидов железа восстановление МnО протекает при более низких температурах. Температуры
начала восстановления и плавления ферромарганца близки, поэтому
жидкие капли насыщенного углеродом металла, осаждаясь на
печи, взаимодействуют с коксом и со шлаковым расплавом, что приводит к восстановлению кремния по схеме
по реакции
x
7C3
GΔ = 196 293 – 123Т, Дж/моль,
T
и (Мn, Fе)7С3. Оксиды железа, содержа-
подину
(Мn, Fе)
+ (SiО2) → [Si]
7C3
Mn, Fe
+ СО.
Восстановление фосфора углеродом протекает по реакции
+ 5C = 2[P]
P
2O5
Mn, Fe
+ 5CO.
Растворение фосфора в первых порциях металлической фазы существенно снижает его активность, вследствие чего практически
весь фосфор (до 85 %), содержащийся в шихте, переходит в сплав.
В связи с дефицитностью и высокой стоимостью доменного кокса
выплавку высокоуглеродистого ферромарганца ведут преимущественно в рудно-термических печах. Высокоуглеродистый ферромарганец выплавляют флюсовым или бесфлюсовым
способами [7].
Флюсовый способ используют в тех случаях, когда марганцевая руда
или концентраты, которые используют для выплавки ферромарганца,
характеризуются сравнительно низким содержанием марганца
14
(< 40...42 %). В целях повышения извлечения марганца в сплав в
шихту добавляют известняк. Шлак флюсовой плавки основной –
(CaO/SiO
) = 1,2...1,4. В этом случае получают стандартный сплав и
2
отвальный шлак, с которым теряется порядка 10 % марганца, содержащегося в шихте. В металл переходит ~80 % марганца, ~10 % теряется с отходящими газами.
Если марганцевая руда или концентраты, которые используют для
выплавки ферромарганца, характеризуются сравнительно высоким содержанием марганца (> 42...45 %), плавку ведут бесфлюсовым способом. Эта технологическая
схема характеризуется существенно более
высокими технико-экономическими показателями по сравнению с флюсовым способом. При плавке ферромарганца бесфлюсовым способом
получают стандартный сплав и передельный низкофосфористый шлак
(38...40 % Мn). В этом случае 60 % марганца, содержащегося в шихте,
переходит в металл, ~10 % теряется с отходящими газами, а ~30 % марганца остается в шлаке, который в дальнейшем
используют как низкофосфористый марганецсодержащий компонент в шихте при выплавке
ферросиликомарганца, средне- и низкоуглеродистого ферромарганца и
металлического марганца. Степень извлечения марганца в металл определяется количеством восстановителя (углерода) в шихте. Шлак бесфлюсовой плавки кислый – (CaO/SiO
) = 0,3...0,6.
2
Если в качестве марганецсодержащего сырья использовать концентраты, получаемые при обогащении Усинских марганцевых руд,
то стандартный высокоуглеродистый ферромарганец можно выплавить только из карбонатного концентрата I сорта. В процессе нагрева
в рудно-термической печи карбонатного концентрата I сорта произойдет удаление влаги и разложение карбонатов. Содержание марганца в обожженном продукте составит
более 49 %. Следовательно,
химический состав карбонатного концентрата I сорта позволяет выплавлять из него высокоуглеродистый ферромарганец как флюсовым, так и бесфлюсовым способами. Ниже приведены расчеты шихты для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца указанными
способами.
3.1. Флюсовый способ
Расчет шихты проведен для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца марки ФМн78(РБ). Здесь и далее распределение элементов между продуктами плавки приведены по данным выплавки марганцевых ферросплавов на Никопольском и Запорожском заводах
ферросплавов (Украина).
15
Состав углеродистого ферромарганца, шихтовых материалов и рас-
пределение элементов между продуктами плавки приведены ниже.
Химический состав высокоуглеродистого
ферромарганца, %
Mn Fe C Si P S
80,0 12,5 6,5 1,0 0,5 0,02
Химический состав шихтовых материалов, %
Материал Mn Fe2O3P SiO2 CaO Al2O3 MgO S CO
Карбонатный
концентрат I сорта
Известняк – – – – 56,0 – – – 44,0
Зола коксика 0,17 10,04 0,347 51,4 4,0 27,9 2,5 – –
36,0 4,57 0,16 9,49 7,44 1,18 1,76 0,80 26,58
2
Состав коксика, %
Материал C S Влага Летучие Зола
Коксик 83,77 0,52 1,0 1,27 13,44
Распределение элементов между продуктами плавки, %
Элемент В металл В шлак Улет и потери
Mn 80 10 10
Fe 95 5 –
P 85 5 10
Si 10 90 –
S 1 50 49
Расчет ведется на 100 кг карбонатного концентрата I сорта.
Основность шлака (CaO/SiO
) = 1,2.
2
1. Количество получаемого сплава
36,0·0,8/0,8 = 36,0 кг,
где 36,0 – количество марганца в 100 кг концентрата I сорта;
0,8 – степень перехода марганца в металл;
0,8 – содержание марганца в металле.
2. В сплаве должно быть углерода
36,0·0,065 = 2,34 кг,
где 36,0 – количество получаемого сплава;
0,065 – содержание углерода в сплаве.
16
3. Перейдет марганца в металл
36,0·0,8 = 28,8 кг,
где 36,0 – количество марганца в 100 кг концентрата I сорта;
0,8 – степень перехода марганца в металл.
4. Перейдет марганца в газы
36,0·0,10 = 3,6 кг,
где 0,10 – степень перехода марганца в газовую фазу.
5. Всего восстановится марганца из оксида MnO
28,8 + 3,6 = 32,4 кг.
6. С марганцем связано кислорода
32,4·16/55 = 9,425 кг,
где 16 – атомная масса кислорода;
55 – атомная масса
марганца.
7. Восстановится железа из оксида Fe
2O3
4,57·112·0,95/160 = 3,039 кг,
где 4,57 – количество Fe
112 – молекулярная масса железа в Fe
160 – молекулярная масса Fe
в 100 кг концентрата I сорта;
2O3
2O3
.
2O3
8. С железом связано кислорода
3,039·48/112 = 1,302 кг,
где 48 – молекулярная масса кислорода в Fe
9. Восстановится кремния из оксида SiO
9,49·0,1·28/60 = 0,4429 кг,
где 9,49 – количество SiO
в 100 кг концентрата I сорта;
2
0,1 – степень перехода кремния в металл;
28 – атомная масса кремния;
60 – молекулярная масса SiO
.
2
10. С кремнием связано кислорода
0,443·32/28 = 0,506 кг,
2O3
2
;
.
17
где 32 – молекулярная масса кислорода в SiO2.
11. Перейдет фосфора в металл
0,16·0,85 = 0,136 кг,
где 0,16 – количество фосфора в 100 кг концентрата I сорта;
0,85 – степень перехода фосфора в металл.
12. Перейдет фосфора в газы
0,16·0,1 = 0,016 кг,
где 0,1 – степень перехода фосфора в газовую фазу.
13. Всего восстановится фосфора
0,136 + 0,016 = 0,152 кг.
14. С фосфором связано кислорода
0,152·80/62 = 0,196 кг,
2O5
2O5
;
.
где 80 – молекулярная масса кислорода в P
62 – молекулярная масса фосфора в P
15. Всего в восстановленных оксидах содержится кислорода
9,425 + 1,302+ 0,506 + 0,196 = 11,429 кг.
16. Требуется углерода для образования СО
11,429·12/16 = 8,572,
где 12 – атомная масса углерода;
16 – атомная масса кислорода.
17. Вместе с углеродом сплава требуется углерода
8,572 + 2,34 = 10,912 кг.
18. Перейдет серы в металл из 100 кг концентрата I сорта
0,8·0,01 = 0,008 кг,
где 0,8 – количество серы в 100 кг концентрата I сорта;
0,01 – степень перехода серы
металл.
19. Перейдет в шлак из 100 кг концентрата I сорта
MnO: 36,0·0,1·71/55 = 4,6473 кг,
18
где 36,0 – количество марганца в 100 кг концентрата I сорта;
0,1 – степень перехода марганца в шлак;
71 – молекулярная масса MnO;
55 – атомная масса марганца;
FeO: 4,57·0,05·144/160 = 0,2056 кг,
где 4,57 – количество Fe
в 100 кг концентрата I сорта;
2O3
0,05 – степень перехода железа в шлак;
144 – молекулярная масса FeO в Fe
160 – молекулярная масса Fe
SiO
: 9,49·0,9 = 8,5411 кг,
2
где 9,49 – количество SiO
в 100 кг концентрата I сорта;
2
2O3
;
2O3
;
0,9 – степень перехода кремния в шлак;
P
: 0,16·0,05·142/62 = 0,0183 кг,
2O5
где 0,16 – количество фосфора в 100 кг концентрата I сорта;
0,05 – степень перехода фосфора в шлак;
142 – молекулярная масса P
62 – молекулярная масса фосфора в P
2O5
;
;
2O5
CaO: 7,44 кг,
где 7,44 – количество CaO в 100 кг концентрата I сорта;
: 1,18 кг,
Al
2O3
где 1,18 – количество Al
в 100 кг концентрата I сорта;
2O3
MgO: 1,76 кг,
где 1,76 – количество MgO в 100 кг концентрата I сорта;
S: 0,80·0,5 = 0,4 кг,
где 0,80 – количество серы в 100 кг концентрата I сорта;
0,5 – степень перехода серы в шлак.
20. Перейдет серы в газы
0,80·0,49 = 0,392 кг,
19
где 0,49 – степень перехода серы в газовую фазу.
21. Содержится углерода в 100 кг концентрата I сорта и перейдет в ви-
в газовую фазу при разложении карбонатов концентрата I сорта
де СО
2
26,58·12/44 = 7,2491 кг,
где 26,58 – количество СО
в 100 кг концентрата I сорта;
2
12 – атомная масса углерода;
44 – молекулярная масса СО
.
2
22. На восстановление оксидов Mn, Fe, Si и P золы коксика потре-
буется углерода на 100 кг коксика:
MnO: (13,44·0,17/100)·0,9·12/55 = 0,004 кг,
где 13,44 – количество золы в 100 кг коксика;
0,17 – содержание марганца в золе коксика;
0,9 – степень перехода марганца в металл и в газовую фазу;
12 – атомная масса углерода;
55 – атомная масса марганца;
: (13,44·10,04/100)·0,95·36/160 = 0,288 кг,
Fe
2O3
где 10,04 – содержание Fe
в золе коксика;
2O3
0,95 – степень перехода железа в металл;
36 – молекулярная масса углерода;
160 – молекулярная масса Fe
: (13,44·51,4/100)·0,1·24/60 = 0,276 кг,
SiO
2
где 51,4 – содержание SiO
в золе коксика;
2
2O3
;
0,1 – степень перехода кремния в металл;
24 – молекулярная масса углерода;
60 – молекулярная масса SiO
;
2
: (13,44·0,347/100)·0,95·60/62 = 0,043 кг,
P
2O5
где 0,347 – содержание фосфора в золе коксика;
0,95 – степень перехода фосфора в металл и в газовую фазу;
60 – молекулярная масса углерода;
62 – молекулярная масса фосфора в P
2O5
.
23. Всего потребуется углерода на восстановление оксидов золы в
100 кг коксика
0,004 + 0,288 + 0,276 + 0,043 = 0,611 кг.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]