4MnО2(т) → Mn2o3 → Mn3o4(т) → MnО → MnСх
2МnОт
+ 2С = 2Мn + 2СО, ∆G
= 545490 – 320,7 Т, Дж/моль Тн.в.=1701К
( ∆G
=0)
2МnОт + 20/7С = 2/7Мn7С3 + 2СО, ∆G = 531110 – 336,0 Т, Дж/моль Тн.в.=1581К (∆G =0)
На ряду з відновленням активно йдуть процеси силікатоутворення, які знижують ступінь відновлення марганцю:
2MnО +
SiО2
= 2МnО · SiО2
∆Н
= –59440
Дж/моль
МnО + SiО2 = МnО · SiО2 ∆Н = –29220 Дж/моль.
Тому феромарганець виплавляють флюсовим процесом, тобто застосовується флюс СаO, з метою руйнування силікатів марганцю й утворення силікатів кальцію, підвищення активності МnO й наступного його відновлення:
МnО · SiО2 + СаO + 10/7С = 1/7Мn7С3 + СаO · SiО2+ СО
Необхідна кількість заліза в сплаві забезпечується, застосуванням залізовмісних матеріалів. Залізо відновлюється спочатку й полегшує відновлення марганцю за рахунок утворення розчинів. При одержанні сплаву з низьким вмістом фосфору вікористують малофосфористий марганцевий шлак (Мn =41 - 44%, Р = 0,012 - 0,017%).
Показники плавки значно поліпшуються при використанні в шихті офлюсованого марганцевого агломерату.
Хімічний склад шихтових матеріалів наведений у табл.2.3.
Таблиця 2.3 – Хімічний склад і фракція шихтових матеріалів
Матеріали |
Фракція, мм |
Вміст компонентів, % масові |
||||||
Mn |
P |
Fe2O3 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
||
Окисна марганцева руда 1сорт |
+8 |
43,0 |
0,20 |
2,0 |
12,5 |
1,2 |
1,7 |
1,2 |
Агломерат АМн-1 |
5-80 |
48,8 |
0,23 |
3,4 |
18,2 |
2.2 |
2,6 |
1,5 |
Карбонатна марганцева руда |
+8 |
25,3 29,0 |
0,16 0,24 |
2,4 2,8 |
4,6 17,8 |
1,9 3,5 |
12,0 12,8 |
1,5 3,1 |
Агломерат залізорудний |
5-50 |
|
0,04 |
55,4 |
2,3 |
1,8 |
6,03 |
1,3 |
Вапняк |
10-70 |
|
-0,006 |
0,10 |
1,3 |
0,5 |
54,3 |
0,6 |
Доломит |
10-70 |
|
-0,008 |
0,15 |
1,2 |
0,8 |
35,7 |
16,0 |
Зола коксика |
|
2,1 |
0,12 |
35,9 |
33,5 |
21,4 |
2,1 |
1,0 |
Коксик |
5-20 |
Зола-13,4%, летучі-1,9%, вуглець С-84,7% |
||||||
На практиці застосовуються два способи виплавки високовуглецевого феромарганцю: флюсовий (флюс у шихті застосовується) і бесфлюсовий (флюс не застосовується).
Процес виплавки феромарганцю є шлаковим. Кратність шлаків 1,2-1,5.
Виплавка феромарганцю шлаковим процесом (табл. 2.4)
Таблиця 2.4 – Хімічний склад шлаків феромарганцю
Способ виплавки сплаву |
Вміст компонентів, % масові |
CaO+MgO SiO2 |
Примітки |
|||||
Mn |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
P2O5 |
|||
Флюсовий |
11,2 17,4 |
29,6 34,0 |
8,9 15,1 |
35,7 40,5 |
1,2 4,0 |
0,008 0,01 |
0,2-0,3 |
Шлак відвальний |
Бесфлюсовий |
38,7 40,3 |
29,0 31,2 |
6,3 8,0 |
5,8 6,6 |
1,4 1,6 |
0,01 0,02 |
1,1-1,4 |
Шлак переробний |
Показники виплавки феромарганцю наведені в табл. 2.5.
Таблиця 2.5 – Техніко-економічні показники виплавки високовуглецевого феромарганцю
Показники |
Спосіб виплавки |
||
флюсовий |
безфлюсовый |
||
Неофлюсований агломерат |
Офлюсований агломерат |
||
Питомі витрати, кг/б.т.: |
|
|
|
Марганцевий концентрат (48% Mn) |
|
|
2500-3000 |
Марганцевий агломерат АМНВ-1(48% Mn) |
2100-2300 |
|
|
Марганцевий агломерат АМО (48% Mn) |
|
2000-2100 |
|
Коксик |
430-460 |
340-360 |
490-540 |
Сталева стружка (залізорудний агломерат, окатиші) |
100-120 |
|
95-115 |
Вапняк |
800-960 |
- |
- |
Електродна маса |
23-25 |
19-20 |
26-28 |
Питома витрата електроенергії, кВт∙г/б.т |
4100-4300 |
3500-3700 |
2700-3100 |
Вихід ШМП (48% Mn), кг/б.т |
– |
– |
1300-1400 |
Mn в шлаку, % |
14-17,4 |
11,2-16 |
38,7 - 40,3 |
Вилучення Mn, % |
74-78 |
78-80 |
98,8 |
Випуск сплаву та шлаку – проводять 3-4 рази за зміну у каскадно встановлені ківш та шлакові чаші. Сплав розливається на розливочних машинах у злитки масою 55-60 кг., а шлак гранулюється на дільниці шлакопереробки.