на укп в какой момент времени можно добавлять ферромарганец и феррохром
Гл а в а7. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
ФЕРРОМАРГАНЦА И ФЕРРОХРОМА
С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА
Для производства стали необходимы не только углеродистые раскислители и легирующие, но и сплавы с низким содержанием углерода. Различают средне- и низкоуглеродистые ферромарганец и феррохром, соответственно среднеуглеродистые сплавы содержат- 0,9—2,0 и 0,6-4,0% С, а низкоуглеродистые — 0,1—0,5 и 0,01—0,5 % С; выплавляют также металлический марганец (0,06—0,2% С). Эти сплавы производят несколькими способами.
Средне- и низкоуглеродистый ферромарганец получают силикотермическим методом, восстанавливая марганец из руд и марганцевых шлаков кремнием силикомарганца. При выплавке среднеуглеродистого ферромарганца шихта состоит из концентрата марганцевых руд, силикомарганца, содержащего более 19% Si и извести; при выплавке низкоуглеродистого ферромарганца— из смеси марганцевого концентрата и марганцевого низкофосфористого шлака, содержащего > 50 % МпО и 26 % Si и извести. Плавку ведут в рафинировочных ферросплавных печах мощностью 2,5—5 MB • А с магнезитовой футеровкой периодическим процессом, выпуская сплав и шлак после про-плавления загруженной шихты.
Металлический марганец содержит > 96,5—99,95 % Мп. Существуют три способа производства металлического марганца — алюг^инотермический, электротермический и электролитический. Первый способ в нашей стране не применяют, и основное количество металлического марганца производят электротермическим способом. Этот способ называют трех-стадийным. Первая стадия заключается в выплавке низкофосфористого маложелезистого марганцевого шлака (50—60% МпО, 26 % Si и
Оба эти способа выплавки, феррохрома осуществляют в рафинировочных ферросплавных печах с магнезитовой футеровкой периодическим процессом. В одном из способов (бесфлюсовом) шихта состоит из хромовой руды и силикохрома, при флюсовом — из хромовой руды, силикохрома, извести и небольшого количества передельного феррохрома. Применяют
силикохром, содержащий 30—50 % Si И менее 1—3 % С. В результате реагирования руды и кремния силикохрома: 2Сг2Оэ + 3Si = 4Cr + 3Si02 получают сплав с содержанием кремния менее 2%, извлечение хрома из руды составляет при флюсовом» методе около 87 %, при бесфлюсовом 60 %.
Третий метод получения среднеуглеродистого феррохрома заключается в обезуглероживании жидкого углеродистого феррохрома, проводимом кислородом в конвертере с боковой подачей дутья или с верхней подачей через водоохлаждаемую фурму.
Низкоуглеродистый феррохром производят несколькими способами. Основное его количество получают си л изотермическим методом. Выплавку ведут периодическим процессом в печах с магнезитовой футеровкой. Шихтой служат хромовая руда, низкоуглеродистый силикохром с содержанием
50 % Si и известь. В процессе проплавления шихты также, как и при выплавке среднеуглеродистого феррохрома силикотермическим методом, происходит восстановление Сг2Оэ руды кремнием силикохрома (окисление кремния). Известь в образующемся шлаке связывает поступающий из руды оксид SiOj в прочный силикат 2СаО • Si02, благодаря чему из шлака более полно восстанавливается Сг2Оэ.
Низкоуглеродистый феррохром производят также силикотермическим методом вне печи путем смешения в ковше рудо-известкового расплава с жидким силикохромом. В электропечи из хромовой руды и извести получают расплав, содержащий
30% Сг203 и 40-45% СаО, его выпускают в ковш, куда сливают жидкий силикохром. При смешивании расплавов протекает восстановление Сг2Оэ кремнием с повышением температуры и окисление углерода. Получаемый феррохром содержит
Дата добавления: 2015-06-22 ; просмотров: 1156 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
На укп в какой момент времени можно добавлять ферромарганец и феррохром
ГОСТ 24991-81*
(CT СЭВ 1967-79)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ФЕРРОХРОМ, ФЕРРОСИЛИКОХРОМ, ФЕРРОСИЛИЦИЙ, ФЕРРОСИЛИКОМАРГАНЕЦ, ФЕРРОМАРГАНЕЦ
Методы отбора и подготовки проб для химического и физико-химического анализов
Feffochromium, ferrosilicochromium, ferrosilicon, ferrosilicomanganese, ferromanganese. Methods of sampling and sample preparation for chemical and physical-chemical analyses
Дата введения 1982-01-01
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 5 ноября 1981 г. N 4835 срок введения установлен с 01.01.82
ПРОВЕРЕН в 1985 г. Постановлением Госстандарта от 20.12.85 N 4648 срок действия продлен до 01.01.92**
*ПЕРЕИЗДАНИЕ (май 1987 г.) с Изменением N 1, утвержденным в декабре 1985 г. (ИУС 4-86).
Настоящий стандарт устанавливает методы отбора и подготовки проб для химического и физико-химического анализов феррохрома*, ферросиликохрома, ферросилиция, ферросиликомарганца и феррохрома азотированного брикетированного и ферромарганца. Общие требования к отбору и подготовке проб по ГОСТ 17260-80**.
Настоящий стандарт соответствует CT СЭВ 1967-79.
1. ПАРАМЕТРЫ ОПРОБОВАНИЯ
1.1. В зависимости от размера частиц (кусков) в ферросплаве масса точечной пробы должна соответствовать указанной в табл.1.
Наибольший размер
максимальной частицы (куска),мм
Минимальная масса точечной пробы, кг
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.2. Количество точечных проб в зависимости от массы опробуемого ферросплава должно соответствовать указанному в табл.2 и 2а.
Масса опробуемого ферросплава, т
Мини-
мальное коли-
чество точечных проб
Погрешность отбора проб 
, %
Масса опробуемого феррохрома азотированного, т
Минимальное количество точечных проб
Погрешность отбора проб 
, %
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1.3. Для труднодробимого феррохрома количество отбираемых кусков должно соответствовать указанному в табл.3.
Масса опробуемого феррохрома, т
Минимальное количество кусков
Погрешность отбора проб, 
, % хрома
1.4. Для труднодробимого феррохрома масса точечной пробы, взятая от отобранного для контроля куска в виде стружки толщиной 0,1-0,2 мм, должна быть не менее 20 г.
2. ОТБОР ТОЧЕЧНЫХ ПРОБ
2.2. Для труднодробимого феррохрома отбор кусков соответствует отбору точечных проб.
Точечные пробы от кусков труднодробимого феррохрома должны быть отобраны одним из следующих методов.
Метод 1. Если верхнюю и нижнюю поверхности куска определить легко, то точечную пробу в виде стружки берут путем фрезерования, строгания или сверления по всей высоте куска от верхней поверхности до нижней, как показано на черт.1.
Метод 2. Если верхнюю и нижнюю поверхности куска определить легко, но толщина куска так велика, что точечную пробу трудно отобрать вышеуказанным способом, то сверление можно проводить перепендикулярно поверхности излома в четырех симметрично расположенных местах. При этом наружная кромка крайних отверстий должна находиться на расстоянии не более 5 мм от верхней и нижней поверхности куска, как показано на черт.2. Глубина отверстий должна быть одинакова.
Метод 3. Если верхнюю и нижнюю поверхности куска определить трудно, то точечную пробу отбирают на произвольно выбранном сечении куска, в произвольно выбранном месте.
2.3. Отобранные точечные пробы соединяют в объединенную пробу согласно требованиям ГОСТ 17260-80.
3. ПОДГОТОВКА ПРОБ К ИСПЫТАНИЮ
3.1. Для получения средней лабораторной пробы объединенную пробу измельчают до размера кусков, полностью проходящих через сетку N 10 по ГОСТ 3306-70, и сокращают в соответствии с требованиями табл.4.
3.2. Масса лабораторной пробы должна быть не менее 50 г. Количество лабораторных проб должно соответствовать указанному в ГОСТ 17260-80. Максимальный размер частиц в лабораторной пробе должен соответствовать указанному в стандартах на методы химического анализа ферросплавов.
3.3. Для подготовки средней лабораторной пробы из объединенной достаточно три-четыре стадии сокращения. Пример подготовки средней лабораторной пробы дан в справочном приложении 1.
Размер максимальной частицы в пробе, мм
Минимальная масса сокращенной пробы, кг
Доменное производство ферромарганца, ферросилиция и феррохрома
В первом отечественном учебнике по ферросплавному производству «Теория и практика выплавки ферросплавов в электропечах» (Григорович и др., 1934 г.) отмечалось:
«По своему значению для производства стали ферромарганец занимает первое место в ряду ферросплавов.
В качестве раскислителя стали марганец практически незаменим. Специальные стали, содержащие марганец, иногда уступают по качеству другим легированным сталям с содержанием хрома, никеля и т.д. Но, учитывая дешевизну марганца и его относительно большое распространение по сравнению с другими легирующими элементами, надо подчеркнуть его значение в производстве специальной стали в качестве специальной добавки, придающей особо ценные свойства. Ферромарганец выплавляется до сих пор в большинстве стран в доменных печах. Объясняется это отсутствием дешёвой электрической энергии вблизи месторождений марганцовой руды. Только в некоторых странах условия достаточно благоприятны для развития электроплавки ферромарганца».
Из приведённой цитаты хорошо видно, что доменная плавка оставалась основным способом получения ферромарганца практически до середины XX в. Сама же технология производства ферромарганца в доменных печах была отработана уже к 1880 г. Рассмотрим технологию производства ферромарганца в доменных печах в конце XIX в.
Первым необходимым условием для обеспечения приемлемого уровня содержания марганца в сплаве был подогрев воздушного дутья, подаваемого в печь. По мнению профессора Окермана, одного из основоположников «доменной науки», доменная печь, работающая на древесном угле, используя слабо нагретое дутьё, не может постоянно давать сплав, содержащий даже 50 % марганца. Для получения же сплава, содержащего до 80 % марганца, необходимо использовать в качестве топлива каменноугольный кокс, при этом температура дутья должна составлять 700-800 °С (достигается при помощи воздухонагревателей Каупера или Витвеля).
Наиболее удобным сырьём для выплавки ферромарганца были железисто-марганцевые руды с известковистой пустой породой, встречающаяся на восточном побережье Испании, в Италии и в некоторых других странах, с содержанием от 10 до 15 % железа и 25-30 % марганца. Там, где подобные руды отсутствовали, проплавляли смесь железных руд с настоящими марганцовыми рудами или соединениями марганца, полученными искусственно. Для получения сплавов с высоким содержанием марганца использовали богатые марганцевые руды, содержащие ограниченное количество железа.
Шихта составлялась таким образом, чтобы получающиеся шлаки были основными (доля основных оксидов больше доли кислых), причём с ростом содержания марганца увеличивали и содержание основных оксидов в шлаке. Содержание марганца в сплаве влияло и на производственные показатели – помимо увеличения расхода топлива, сокращалась (довольно существенно) производительность печи. При этом вне зависимости от условий плавки и технологических ухищрений, не более 75-80 % марганца, поступающего с шихтой, переходило в сплав; остальная часть его переходила в шлак и частично улетучивалась с колошниковыми газами. Однако чем выше было содержание в исходной шихте марганца, тем меньшее относительное количество этого металла уходило в шлак. Улёт марганца с колошниковыми газами был тем значительнее, чем выше температура в печи и чем богаче марганцем шихта.
Из-за тяжёлых условий работы для выплавки ферросплавов зачастую использовали доменные печи наиболее простой конструкции – огнеупорная кладка скреплялась железными обручами. Это позволяло с минимальными затратами проводить капитальные ремонты
Содержание в сплаве марганца, кремния и железа сильно зависело от свойств шихтовых материалов и технологических параметров процесса, что хорошо видно на примере работы двух европейских заводов.
На заводе в Тернуаре (Terre-noire, Франция) выплавка ферромарганца велась в обыкновенной доменной печи высотою 16 м и ёмкостью (полезным объёмом) около 100 м3 при температуре дутья 600-750 °С с использованием богатых марганцем руд, привозимых из Испании, с о-ва Сардиния, а также из департамента Соны и Луары. При этом получаемый сплав фактически представлял собой ферросиликомарганец и имел следующий состав (образцы были выставлены в 1878 г. на выставке в Париже):
Технология доменного ферромарганца
По химическому составу доменный ферромарганец должен удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 11.1.
В мировой практике высокоуглеродистый ферромарганец выплавляют в основном в электропечах бесфлюсовым методом. В СССР в 60-х годах с целью изменения структуры производимых ферросплавов предусматривалось к 1980 г. прекратить производство ферромарганца в доменных печах как экономически менее выгодное по сравнению с электропечным. Однако в 80-е годы производство ферромарганца в доменных печах было сохранено примерно в таком же объеме, как и в 70-е годы (табл. 11.2).
В связи с распадом СССР и переходом промышленности к рыночной экономике объем и структура производимых марганцевых ферросплавов существенно изменились, что следует из данных табл. 11.3.
Производительность одной доменной печи объемом
1000 м 3 равна производительности трех электропечей мощностью 27 МВ • А каждая. На трех металлургических заводах Украины (Коммунарском (А), Константиновском (Б) и Новокраматорском (В), на Косогорском металлургическом заводе (Россия)) в доменных печах выплавляли
350 тыс. т ферромарганца (табл. 11.4).
Введенный в эксплуатацию на НЗФ цех получения высокоуглеродистого ферромарганца флюсовым методом в основном специализируется на выплавке силикомарганца, а производство ферромарганца в нем составляет 220 тыс. т. Около 100 тыс. т ферромарганца может производиться бесфлюсовым способом на Зестафонском заводе ферросплавов.
В качестве основных исходных материалов в доменных цехах на всех заводах до 80-х годов применяли никопольские оксидные марганцевые концентраты, содержащие в среднем 44,3 % Mn, кокс, флюс и смесь известняка обычного и доломитизированного, С целью придания шлаку необходимых свойств в шихту присаживали плавиковый шпат в количестве 20—35 кг на 1 т сплава. Основные технико-экономические показатели выплавки ферромарганца в доменной печи объемом 1033 м 3 и качество сплава по содержанию фосфора приведены в табл. 11.5.
Более полное извлечение марганца в сплав достигается благодаря повышению основности шлака и, следовательно, температуры процесса, хотя при этом создаются условия и для роста содержания кремния. С увеличением содержания кремния в сплаве ближе к верхнему пределу улучшаются все показатели выплавки ферромарганца. Чем выше температура, тем благоприятнее условия для восстановления марганца и кремния из шлака. Конечное содержание MnO в шлаке определяется реакцией
2 (MnO) + [Si] = 2 [Mn] + ( SiO2),
но равновесие ее не достигается. Рекомендовалось дальнейшее повышение основности (CaO) + (MgO)/(SiO2) до 1,95—2,05 при содержании 10—12 % MgO, обязательном увеличении концентрации фтора до 0,7—1 % и температуры дутья до 1200 °С.
Однако в литературе ограничены сведения о влиянии серы на свойства шлаков ферромарганца. В связи с высоким удельным расходом кокса, содержание серы в котором составляет 1,5—1,8 %, и низкой растворимостью серы в высокоуглеродистом ферромарганце и других марганцевых ферросплавах концентрация ее в шлаках достигает 2,5-3 %. Вследствие меньшего расхода кокса в электропечах (420—450 кг/т ферромарганца) содержание серы в шлаках электротермического ферромарганца не превышает 0,4—0,6 %, что затрудняет ведение процесса в электропечах на шлаках высокой основности. Учитывая разжижающее действие серы при оптимальном ее содержании в шлаке, нами предложен выбор оптимального состава шлака ферромарганца при выплавке его как в доменных, так и в электрических печах с учетом содержания в нем серы и сульфатов.
Статистической обработкой данных установлено, что нагрев дутья на каждые 100 °С экономит 95—125 кг кокса и 10 кг марганца. Обогащение дутья кислородом на 1 % повышает температуру в горне и снижает расход марганца на 1,3 %. Повышение технико-экономических показателей выплавки ферромарганца обусловлено тем, что в сравнении с периодом до 1978 г. в анализируемый пятилетний период технологический кислород подавали частично вместе с воздухом через воздуходувку, а частично его вдували через установленные в зоне заплечиков фурмы-интенсификаторы. Повышению извлечения марганца из шихты в товарный ферромарганец способствует изменение следующих факторов:
Из данных материального баланса выплавки ферромарганца (табл. 11.6) видно, что полезное использование марганца составляет 71,53 %, а потери марганца со шлаком в виде оксидов 7,43 % и в виде сплава с нижним шлаком 1,59 %. Угар марганца оценен в 8,3 %.
Мартынов В. И. и другие провели на Косогорском металлургическом заводе (КосМЗ) в доменной печи объемом 408 м 3 сравнительные опыты по выплавке ферромарганца с использованием в рудной части шихты, состоящей из оксидных концентратов доли карбонатного концентрата. Концентраты имели химический состав, приведенный в табл. 11.7.
Анализ данных, обобщенных в табл. 11.8, позволил заключить, что при использовании карбонатного концентрата допустимое его количество составляет 20 %, что обеспечило повышение производительности печи (на 4 т/сут), хотя увеличились содержание фосфора и удельный расход кокса. Повышенный расход кокса связывают с более высокой реакционной способностью донецкого кокса по сравнению, например, с череповецким. Для обеспечения снижения удельного расхода кокса при использовании карбонатного концентрата проведены сравнительные опытные кампании выплавки в доменной печи с использованием в смеси концентратов 20 % карбонатного концентрата, а в смеси восстановителей — 55,58 % череповецкого кокса. Анализ данных табл. 11.9 показывает, что при использовании 494 кг карбонатного концентрата на 1 т сплава производительность доменной печи повысилась на 30 т/сут (или на 6,43 %), снизились удельные расходы на 1 т ферромарганца, кокса на 25 кг, флюса па 204 кг. Извлечение марганца повысилось от 74,3 % (при базовом варианте шихты) до 80,12 % (при опытной шихте).
Следует обратить внимание на несколько более высокое извлечение марганца при выплавке ферромарганца в доменной печи в сравнении с действующей технологией получения этого сплава в электропечах. Общеизвестно, что для более полного восстановления марганца из шихты как в доменных печах, так и ферросплавных электропечах необходимы высокая температура, повышенная основность шлака и его технологичность, возможно меньшая кратность шлака, зависящая от количества кремнезема в концентратах, и др. Отмеченные причины (параметры технологии выплавки ферромарганца) взаимосвязаны. Для достижения высокой температуры необходим больший расход кокса, повышенные температура дутья и основность шлака, которая в доменном процессе выплавки ферромарганца составляет (CaO)/(SiO2) = 1,24 и (CaO + MgO)/(SiO2) = 1,84. С повышением основности шлака растет аMnO, снижается аSiO2, создающая условия для более полного восстановления и перехода марганца в ферромарганец. Высокая шахта доменной печи способствует конденсации испаряющегося в зонах высоких температур восстановленного марганца, что уменьшает потери его в улет в сравнении с низкошахтными ферросплавными электропечами. Наши опыты по организации выплавки ферромарганца в электропечах РПЗ-63 на шлаках высокой основности не имели успеха, так как при повышенной основности (CaO + MgO)/(SiO2) = 1,4—1,6 и пониженном содержании (MnO) шлаки были нетехнологичны из-за высокой вязкости. Анализ данных позволил заключить, что одной из причин плохой технологичности электропечного шлака является низкое содержание в нем серы, которое составляло 0,5 % против 3,0—3,5 % в шлаке доменной плавки ферромарганца. Большой удельный расход кокса 1750—1850 кг/т ферромарганца в доменной печи при содержании серы в коксе 1,0—1,8 % способствует более высокой концентрации серы в шлаке при увеличении его жидкотекучести.
Как показано нашими опытами, при выплавке ферромарганца в электропечах введение в шихту серосодержащих добавок (пирита, углепирита) для достижения содержания серы в шлаке 2—3 % обеспечивает высокое извлечение марганца (80—82 %).
При выплавке ферромарганца в доменных печах актуальной задачей является снижение поступления с шихтой оксидов Na2O и K2O. Проведенные на КосМЗ В. Г. Воскобойниковым, В. И. Варавой исследования показали, что при выплавке ферромарганца с использованием никопольских оксидных марганцевых концентратов на 1 т ферромарганца поступает с концентратом и коксом 40,35 кг оксидов Na2O + K2O (или 100 %) против 9,45 кг на 1 т при выплавке литейного чугуна. Причем при выплавке ферромарганца основными поставщиками Na2O и K2O являются марганцевые концентраты (оксидный +20 % карбонатный) — 74,2 %, кокс — 22,4 %, известняк — 3,4 %. Материальный баланс щелочей показал, что со шлаком ферромарганца уходит 9,9 %, с колошниковой уловленной пылью 15,5 %, со шламом 18,0 %, переходит в воду оборотного цикла газоочистки 53,6 %. Из представленных на рис. 11.2 данных следует, что с повышением основности шлака снижается содержание Na2O и K2O в нем, что увеличивает количество циркулирующих оксидов Na2O и K2O в шахте доменной печи (рис. 11.3). Циркулирующие в доменной печи щелочи оказывают сильное разрушающее воздействие на кокс и вызывают его перерасход.
Как известно, марганцевые руды имеют в своем составе Na2O и K2O, входящие в состав различных минералов как рудных, так и пустой породы. В процессе обогащения руды используют натрийсодержащие реагенты, что и повышает и без того высокое содержание Na2O в концентратах. В этом отношении более подходящими являются карбонатные марганцевые концентраты, которые имеют в своем составе меньшее количество Na2O и K2O. Однако из-за более высокого содержания в них фосфора доля их в шихте доменной плавки ферромарганца не должна превышать 20 %.
Одним из главных направлений совершенствования технологии выплавки ферромарганца в доменных печах является замена сырых мелких концентратов на высокоофлюсованный марганцевый агломерат, технология которого разработана ДМетИ, УкрНИИспецсталью и НЗФ, освоена на НЗФ и рекомендована для внедрения в доменном производстве ферромарганца.
В случае использования кускового марганцезого карбонатного концентрата его следует обжигать при температурах, устраняющих быстрое растрескивание и измельчение при транспортировке и в шахте печи. По данным ВНИИМТ, в процессе обжига карбонатного марганцевого концентрата месторождения Оброчище (НРБ) большая часть карбонатов диссоциирует в интервале 430—700 °С, убыль массы в диапазоне 700—800 °С составляет всего 0,5—1,4 %, а при 800—900 °С 1,2—0,8 %. Обжиг этого концентрата в печи кипящего слоя с площадью газораспределительной решетки 0,30×0,74 м в окислительной (5,5 % O2) и слабовосстановительной (6,4 % СО) атмосферах подтвердил высокую степень (92,4 и 93,1 % соответственно) его разложения.
При сравнении эффективности выплавки ферромарганца в шахтной печи принимали во внимание следующие данные: для выплавки 1 т ферромарганца в электропечи расходуется 2400 кВт • ч электроэнергии и 360 кг кокса, а в шахтной печи 200 кВт • ч и 1500 кг сооветственно. Положительное влияние влажности марганцевого агломерата на температуру колошниковых газов в электропечах и необходимость оптимизации ее в шихте были убедительно показаны.
Научные поиски в разработке новых технологических процессов получения ферромарганца продолжаются во всем мире. Японские исследователи в лабораторной индукционной печи (загрузка 70 кг) и конвертере с верхним и нижним дутьем (загрузка 600 кг) отрабатывают технологии восстановительной плавки агломерированной марганцевой руды в ванне с перемешиванием. Показано, что изменение содержания марганца в шлаке описывается уравнением первого порядка. Степень извлечения марганца зависит от состава шлака, температуры, количества кокса и содержания марганца в металле. Нижнее дутье ускоряет пылеобразование. Верхнее кислородное дутье должно осуществляться с невысокой скоростью над слоем шлака, чтобы предотвратить взаимодействие восстановленного металла с кислородом.
Имеется ряд других публикаций, авторы которых ведут поиски снижения материальных и энергетических затрат при выплавке ферромарганца.