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
5. РАФИНИРОВАННЫЕ МАРГАНЦЕВЫЕ
ФЕРРОСПЛАВЫ
Рафинированные марганцевые ферросплавы – средне- и низкоуглеродистый ферромарганец и металлический марганец выплавляют
силикотермическим методом в дуговых электрических печах, восстанавливая марганец из его оксидов кремнием ферросиликомарганца [7]. Основные компоненты шихты – марганцевая руда или концентраты с высоким содержанием марганца и низким содержанием
вредных примесей, передельный ферросиликомарганец и известь.
Химический состав получаемых
которым должен отвечать химический состав компонентов шихты. В
качестве флюса применяют известь.
Процесс восстановления МnО кремнием может быть представлен
реакцией
сплавов определяют требования,
(nMnO·mSiO
) + х[Si] = 2x[Mn] + (n – 2x)MnO·(m + x)SiO2.
2
Введение оксида кальция улучшает термодинамические условия
протекания процесса, сдвигая его в сторону более полного извлечения марганца и выхода металла:
2МnО
+ [Si]+ 2СаО
(ж)
= 2Мn + 2СаО SiO
(т)
2(т)
.
Если в качестве марганецсодержащего сырья использовать концентраты, получаемые при обогащении Усинских марганцевых руд,
то стандартный среднеуглеродистый ферромарганец можно выплавить из карбонатного концентрата I сорта и передельного ферросиликомарганца марок МнС17 или МнС22, низкоуглеродистый ферромарганец – из карбонатного концентрата I сорта и ферросиликомарганца марки МнС25, металлический марганец – из передельного
шлака
бесфлюсовой плавки высокоуглеродистого ферромарганца и
ферросиликомарганца марки МнС25.
5.1. Среднеуглеродистый ферромарганец
Расчет шихты проведен для выплавки среднеуглеродистого ферромарганца марки ФМн88(РБ). Состав среднеуглеродистого ферромарганца, шихтовых материалов и распределение элементов между
продуктами плавки приведены ниже.
61
Химический состав среднеуглеродистого
ферромарганца, %
Mn C Si P S Fe
85,0 2,0 3,0 0,4 0,02 Остальное
Химический состав шихтовых материалов, %
Материал Mn Fe P SiO2 CaO Al2O3 MgO S CO
Карбонатный
концентрата I
сорта
Ферросиликомарганец
МнС17(РБ)
Известь – – – – 96,0 – – – 4,0
36,0 3,20 0,16 9,49 7,44 1,18 1,76 0,80 26,58
69,42 11,25 0,46
Si
16,86
– – – 0,03
2
С
1,98
Распределение элементов между продуктами плавки, %
Шихтовой компонент Элемент В металл В шлак Улет
Карбонатный концентрат
I сорта
Ферросиликомарганец Mn 100 – –
Карбонатный концентрат
I сорта
Ферросиликомарганец Fe 100 – –
Шихта P 60 30 10
Шихта S 1 50 49
Mn 50 40 10
Fe 95 5
Расчет ведется на 100 кг карбонатного концентрата I сорта. При-
нятая в этом процессе основность шлака CaO/SiO
= 1,4.
2
1. Перейдет марганца в металл из карбонатного концентрата
I сорта
36,0·0,5 = 18 кг,
где 36,0 – содержание марганца в 100 кг карбонатного концентрата
I сорта;
0,5 – степень перехода марганца в металл.
2. Перейдет марганца в газы из карбонатного концентрата I сорта
36,0·0,10 = 3,6 кг,
где 0,10 – степень перехода марганца в газовую фазу.
3. Всего восстановится марганца из карбонатного концентрата I сорта
62
18 + 3,6 = 21,6 кг.
4. Требуется кремния для восстановления марганца по реакции
2MnO + Si = 2Mn + SiO
2
21,6·28/110 = 5,498 кг,
где 28 – атомная масса кремния;
110 – молекулярная масса марганца.
5. Восстановится железа из карбонатного концентрата I сорта
3,20·0,95 = 3,04 кг,
где 3,20 – количество железа в 100 кг карбонатного концентрата
I сорта;
0,95 – степень перехода железа в металл.
6. Требуется кремния для восстановления железа по реакции 2FeO +
+ Si = 2Fe + SiO
2
3,04·28/112 = 0,76 кг,
где 28 – атомная масса кремния;
112 – молекулярная масса железа.
7. Перейдет фосфора в металл из карбонатного концентрата I сорта
0,16·0,6 = 0,096 кг,
где 0,16 – количество фосфора в 100 кг карбонатного концентрата
I сорта;
0,6 – степень перехода фосфора в металл.
8. Перейдет фосфора в газовую фазу из карбонатного концентрата
I сорта
0,16·0,1 = 0,016 кг,
где 0,1 – степень перехода фосфора в газовую
фазу.
9. Всего восстановится фосфора из карбонатного концентрата
I сорта
0,096 + 0,016 = 0,112 кг.
10. Требуется кремния для восстановления фосфора по реакции
+ 5Si = 4P + 5SiO2
2P
2O5
0,112·140/124 = 0,1265 кг,
63
где 140 – молекулярная масса кремния;
124 – молекулярная масса фосфора.
11. Всего требуется кремния на восстановление марганца, железа
и фосфора
5,498 + 0,76 + 0,1265 = 6,3845 кг.
12. Необходимо ферросиликомарганца
6,3845·100/(16,86·0,7) = 54,0968 кг,
где 16,86 – содержание кремния в ферросиликомарганце;
0,7 – степень использования кремния ферросиликомарганца на
восстановление (27 % кремния ферросиликомарганца окисляется
кислородом воздуха, 3 % кремния переходит в металл).
13. Ферросиликомарганец внесет марганца
54,0968·69,42·1,0/100 = 37,554 кг,
где 69,42 – содержание марганца
в ферросиликомарганце;
1,0 – степень перехода марганца в металл.
14. Ферросиликомарганец внесет кремния
54,0968·16,86·0,03/100 = 0,2736 кг,
где 16,86 – содержание кремния в ферросиликомарганце;
0,03 – степень перехода кремния в металл.
15. Ферросиликомарганец внесет железа
54,0968·11,25·1,0/100 = 6,0859 кг,
где 11,25 – содержание железа в ферросиликомарганце;
1,0 – степень перехода железа в металл.
16. Ферросиликомарганец внесет углерода
54,0968·1,98·1,0/100 = 1,0711 кг,
где 1,98 – содержание углерода в ферросиликомарганце;
1,0 – степень
перехода углерода в металл.
17. Ферросиликомарганец внесет фосфора
54,0968·0,46·0,6/100 = 0,1493 кг,
где 0,46 – содержание фосфора в ферросиликомарганце;
64
0,6 – степень перехода фосфора в металл.
18. Перейдет фосфора в газовую фазу из ферросиликомарганца
54,0968·0,46·0,1/100 = 0,0249 кг,
где 0,1 – степень перехода фосфора в газовую фазу.
19. Перейдет в шлак оксида марганца из карбонатного концентра-
та I сорта
36,0·0,4·71/55 = 18,5891 кг,
где 36,0 – содержание марганца в 100 кг карбонатного концентрата
I сорта;
0,4 – степень перехода марганца в шлак;
71 – молекулярная масса MnO;
атомная масса марганца.
55 –
20. Образуется оксида кремния от восстановления
6,3845·60/28 = 13,6811 кг,
где 6,3845 – количество кремния, ноебходимое на восстановление;
60 – молекулярная масса SiO
;
2
28 – атомная масса кремния.
21. Исходя из химического состава количество оксида кремния,
перешедшего в шлак, будет составлять 9,49 кг из 100 кг карбонатного концентрата I сорта.
22. Образуется оксида кремния от окисления кремния ферросили-
комарганца
54,0968·16,86·0,27·60/(28·100) = 5,277 кг,
где 54,0968 – количество ферросиликомарганца;
16,86 – содержание кремния в ферросиликомарганце;
0,27 – степень окисления кремния ферросиликомарганца;
60 – молекулярная масса SiO
;
2
28 – атомная масса кремния.
23. Всего в шлаке будет оксида кремния
13,6811 + 9,49 + 5,277 = 28,4481 кг.
24. Перейдет в шлак оксида железа из карбонатного концентрата
I сорта
65
3,2·0,05·72/56 = 0,2057 кг,
где 3,2 – содержание железа в 100 кг карбонатного концентрата
I сорта;
0,05 – степень перехода железа в шлак;
72 – молекулярная масса FeO;
56 – атомная масса железа.
25. Исходя из химического состава количество оксида кальция,
перешедшего в шлак, будет составлять 7,44 кг из 100 кг концентрата
I сорта.
26. При основности шлака CaO/SiO
= 1,4 в шлаке должно быть
2
оксида кальция
28,4481·1,4 = 39,8273 кг.
27. Необходимо внести оксида кальция
39,8273 – 7,44 = 32,3873 кг.
28. Потребуется извести
32,3873·100/96,0 = 33,7368 кг,
где 96,0 – содержание оксида кальция в извести.
29. Перейдет в шлак оксида фосфора из карбонатного концентрата
I сорта и ферросиликомарганца
0,16·0,3·142/62 + 54,0968·0,46·0,3·142/62·100 = 0,2809 кг,
где 0,16 – содержание фосфора в 100 кг карбонатного концентрата
I сорта;
2O5
шлак;
;
0,3 – степень перехода фосфора в
142 – молекулярная масса P
62 – молекулярная масса фосфора;
54,0968 – количество ферросиликомарганца;
0,46 – содержание фосфора в ферросиликомарганце;
0,3 – степень перехода фосфора в шлак.
30. Исходя из химического состава количество оксида алюминия,
перешедшего в шлак, будет составлять 1,18 кг из 100 кг карбонатного концентрата I сорта.
31. Исходя из химического состава количество оксида магния, перешедшего в шлак, будет составлять 1,76 кг
из 100 кг карбонатного
концентрата I сорта.
66
32. Перейдет серы в металл из карбонатного концентрата I сорта и
ферросиликомарганца
0,8·0,01 + 54,0968·0,03·0,01/100 = 0,0082 кг,
где 0,8 – содержание серы в 100 кг из карбонатного концентрата
I сорта;
0,01 – степень перехода серы в металл;
54,0968 – количество ферросиликомарганца;
0,03 – содержание серы в ферросиликомарганце.
33. Перейдет серы в шлак из карбонатного концентрата I сорта и
ферросиликомарганца
0,8·0,5 + 54,0968·0,03·0,5/100 = 0,4081 кг,
где 0,8 – содержание серы в 100 кг
карбонатного концентрата I сорта;
0,5 – степень перехода серы в шлак;
54,068 – количество ферросиликомарганца;
0,03 – содержание серы в ферросиликомарганце.
34. Перейдет серы в газовую фазу из карбонатного концентрата
I сорта и ферросиликомарганца
0,8·0,49 + 54,0968·0,03·0,49/100 = 0,3999 кг,
где 0,8 – содержание серы в 100 кг карбонатного концентрата I сорта;
0,49 – степень перехода серы в газовую фазу;
54,0968 – количество ферросиликомарганца;
0,03 – содержание серы в ферросиликомарганце
.
35. Содержится углерода в 100 кг концентрата I сорта и перейдет
в виде СО
в газовую фазу при разложении карбонатов концентрата I
2
сорта
26,58·12/44 = 7,2491 кг,
где 26,58 – содержание СО
в 100 кг концентрата I сорта;
2
12 – атомная масса углерода;
44 – молекулярная масса СО
36. Содержится углерода в извести и перейдет в виде СО
.
2
в газо-
2
вую фазу при разложении карбоната кальция
33,7368·4,0·12/44·100 = 0,368 кг,
где 33,73580 – количество извести;
4,0 – содержание СО
в извести;
2
67
12 – атомная масса углерода;
44 – молекулярная масса СО
.
2
Количество и состав металла, а также шлака приведены ниже.
Количество и состав металла
Элемент
Mn
Fe
Si
C
P
S
Итого 66,2781 100,00
Из концентрата I
сорта, кг
18,00
3,04
–
–
0,096
0,008
Из ферросилико-
марганца, кг
37,554
6,0859
0,2736
1,0711
0,1493
0,0002
Всего
кг %
55,554
9,1259
0,2736
1,0711
0,2453
0,0082
83,82
13,77
0,41
1,62
0,37
0,01
Количество и состав шлака
Компонент
MnO
FeO
SiO2
CaO
Al2O3
MgO
P2O5
S
Итого 90,7082 100,00
Из концентрата
I сорта, кг
18,5981
0,2057
9,490
7,44
1,180
1,760
0,1099
0,400
Из ферросиликомарганца, кг
–
18,9581
–
–
–
0,1710
1
Из извес-
ти, кг
–
–
32,3873
–
–
–
–
Всего
кг %
18,5981
0,2057
28,4481
39,8273
1,180
1,760
0,2809
0,4081
20,54
0,23
31,43
43,99
1,30
1,94
0,12
0,45
Кратность шлака – 90,7082/66,2781= 1,37.
Основность шлака – (CaO/SiO
) = 39,8273/28,4481 = 1,40.
2
Получен стандартный по составу среднеуглеродистый ферромар-
ганец марки ФМн88(РБ).
Состав шихты:
карбонатный концентрат I сорта – 100 кг;
ферросиликомарганец – 54,0968 кг;
известь – 33,7368 кг.
Расход материалов на 1 т среднеуглеродистого ферромарганца:
карбонатный концентрат I сорта – 1508,8 кг;
ферросиликомарганец – 816,2 кг;
известь – 509,3 кг.
Материальный баланс по основным рассчитанным элементам
приведен ниже.
68
Материальный баланс по марганцу
Приход Расход
Поступило кг % Получено кг %
Карбонатный концентрат I сорта
Ферросиликомарганец
Итого 73,554 100,00 Итого 73,554 100,00
36,00
37,554
48,94
51,06
Металл
Шлак
Улет и потери
55,554
14,400
3,600
75,53
19,58
4,89
Материальный баланс по железу
Приход Расход
Поступило кг % Получено кг %
Карбонатный концентрат I сорта
Ферросиликомарганец
Итого 9,2859 100,00 Итого 9,2859 100,00
3,200
6,0859
34,46
65,65
Металл
Шлак
9,1259
0,160
98,28
1,72
Материальный баланс по углероду
Приход Расход
Поступило кг % Получено кг %
Карбонатный концентрат I сорта
Ферросиликомарганец
Известь
Итого 8,6882 100,00 Итого 8,6882 100,00
7,2491
1,0711
0,3680
83,44
Металл
СО
от разложения
12,33
4,23
2
карбонатов концентрата
I сорта
от разложения извести
СО
2
1,0713
7,2491
0,3680
12,33
83,44
4,23
Материальный баланс по кремнию
Приход Расход
Поступило кг % Получено кг %
Карбонатный концентрат I сорта
Ферросиликомарганец
Итого 13,5494 100,00 Итого 13,5494 100,00
4,4287
9,1207
32,68
67,32
Металл
Шлак
0,2736
13,2758
2,02
97,98
Материальный баланс по фосфору
Приход Расход
Поступило кг % Получено кг %
Карбонатный концентрат I сорта
Ферросиликомарганец
Итого 0,4088 100,00 Итого 0,4088 100,00
0,160
0,2488
39,14
60,86
Металл
Шлак
Улет
0,2453
0,1226
0,0409
60,00
30,00
10,00
69
Материальный баланс по сере
Приход Расход
Поступило кг % Получено кг %
Карбонатный концентрат I сорта
Ферросиликомарганец
Итого 0,8162 100,00 Итого 0,8162 100,00
0,80
0,0162
98,02
1,98
Металл
Шлак
Улет
0,0082
0,4081
0,3999
1,00
50,00
49,00
5.2. Низкоуглеродистый ферромарганец
Расчет шихты проведен для выплавки низкоуглеродистого ферромарганца марки ФМн90(РБ). Состав низкоуглеродистого ферромарганца, шихтовых материалов и распределение элементов между
продуктами плавки приведены ниже.
Химический состав низкоуглеродистого
ферромарганца, %
Mn C Si P S Fe
90,0 0,5 3,0 0,3 0,02 Остальное
Химический состав шихтовых материалов, %
Материал Mn Fe P SiO2 CaO Al2O3 MgO S CO
Карбонатный
концентрата
I сорта
Передельный
силикомарганец
МнС25(РБ)
Известь – – – – 96,0 – – – 4,0
36,0 3,20 0,16 9,49 7,44 1,18 1,76 0,80 26,58
69,99 1,71 0,07
Si
27,99
– – – 0,04
2
С
0,2
Распределение элементов между продуктами плавки, %
Шихтовой компонент Элемент В металл В шлак Улет
Карбонатный концентрат
I сорта
Передельный силикомарганец Mn 100 – –
Карбонатный концентрат
I сорта
Передельный силикомарганец Fe 100 – –
Шихта P 60 30 10
Шихта S 1 50 49
Mn 50 40 10
Fe 95 5
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]