SU1157110A1 - Экзотермический брикет дл пр мого легировани стали марганцем - Google Patents

Abstract

ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ ДЛЯ ПРЯМОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ МАРГАНЦЕМ, содержащий комплексный сплав алюмини , кремни , марганца и железа и св зующее, отличающийс  тем, что, с целью повышени  использовани  марганца и ликвидации выбросов в атмосферу цеха, он дополнительно содержит продукт .термической об- . работки карбонатной марганцевой руды при следукицем соотношении компонентов , мае. %: Комплексный сплав алк 1ини , кремни , марганца и железа .43-56,5 Продукт термической обработки карбонатной (Л марганцевой руды 39,5-51,5 Св зующее4,0-5,5

Description

ел Изобретение относитс  к черной металлургии, в частности/к производ ству ферросплавов. Известны экзотермические брикеты дл  пр мого легировани  стали марга цем, в которых в качестве окислител примен ют марганцевую руду 1J. Однако расход марганцевой руды п этом ограничен тем. количеством, кот рое необходимо дл  получени  тепла дл  нагрева и расплавлени  легирующего ферросплава. Это св зано с тем что в качестве окислител  примен ют лишь весьма дефицитную пероксидную руду с очень высоким содержанием марганца (Мп 89%; Р$0,2%). Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  экзотермический брикет 2 дл  пр мого легировани  стали марганцем, содержащий мас.%: Комплексный сплав алюмини , марганца, кремни  и железа 42,5-48 Map ганце ва  руда 31-38 Известн к7-12 Плавиковый шпат 3-5 Св зующее5-9 Однако при введении в ковш известного экзотермического брикета дл  пр мого легировани  стали -марганцем в атмосферу цеха вьздел етс  много летучих, в том числе  довитых фтористых соединений. Содержание закиси марганца в шлаке, образующем с  из этих брикетов, довольно высок и составл ет 12-15%. Последнее св зано с тем, что скорость растворени оксида кальци  в шлаке из карбоната сильно отстает от скорости химического взаимодействи  алюмини  и крем ни  с оксидами марганца руды. Целью изобретени   вл етс  повышение использовани  марганца и ликв даци  выбросов в атмосферу цеха. Поставленна  цель достигаетс  тем, что экзотермический брикет дл  .пр мого легировани  стали марганцем содержащий комплексный сплав алюмини , кремни , марганца и железа, и св зующее, дополнительно содержит продукт термической обработки карбонатной марганцевой руды при следующем соотношении компонентов, мас.%: . Комплексный сплав алюмини , кремни , марганца и железа 43-56,5 Продукт термической обработки карбонатной марганцевой руды 39,5-51,5 Св зующее4,0-5,5 Продукт термической обработки карбонатной руды свободных оснований не содержит и представлен следующими соединени ми, мас.%: ( Са, Mg) (Мп, e)0j 55-75 .,9з Кремнезем и другие оксиды10-30 Исследовани  показывают, что продукт термической обработки карбонатной руды в окислительной среде не гигроскопичен. Содержание влаги в нем при хранении на воздухе в течение 3-4 недель не повьш1аетс . Это объ сн етс  тем, что, как показало рентгеновское исследование, вс  известь и магнези  в продуктах св зана в изоморфной смеси ферритов и манганитов кальци  и магни . При спекании экзотермических брикетов дл  пр мого легировани  стали марганцем предложенного состава обеспечиваетс  не только высока  скорость восстановлени  оксидов железа и марганца по реакци м Mnj.0j + АС .j Fa Oj + Аи - 2 Fe + Mnj 0 + ЗУ2 SiraMn + г/2 SiO (i HO и высока  скорость ошлаковани  образукнцихс  по реакци м (1) - (3) глинозема и кремнезема. Основные флюсы СаО и MgO, раствор  сь в шлаке, повьппают в нем активность закиси марганца и тем самым способствуют его более полному восстановлению . Однако восстановление МпО из шлака - медленный процесс, так как его скорость зависит от скорости подвода исходных веществ к месту реакции и отвода из него ее продуктов. В экзотермических брикетах те же основные флюсы-на ход процесса восстановлени  марганца в основном вли ют через физические свойства шлака. Известь и магнези , раствор  сь в шлаке, повышают его жидкоподвижность вследствие чего повышаетс  и скорость распространени  метаплотермического процесса и полнота разделени  продуктов реакции. Тесное смешение извести и магнезии с оксидами марганца поэтому спо собствует более полному восстановле нию марганца. В ошлаковании глинозе ма нар ду с известью участвует такж и кремнезем продуктов термической обработки карбонатной руды. В резул тате этого заметно снижаетс  кратность шлака. Она составл ет только 0,5-0,52, тогда как при использовании окисленной руды в смеси с флюса ми при подобном соотношении она не снижаетс  ниже 0,7-0,8. При спекании экзотермических бри кетов дл  пр мого легировани  стали марганцем предложенного состава обр зуютс  весьма легкоплавкие шлаки с содержанием, %: SiO 40-45; 18-22; СаО 18-;22; МйО 5-7, и МпО лишь 4-7, Вследствие воздействи  изложенных факторов - тесного смешени  извести и оксидов марганца, большой скорости реакций (1) - (3) (реакции продолжаютс  не более 30,с), большо скорости ошлаковани  глинозема и кремнезема продуктами термической обработки руды и невысокой кратност шлака - высокое извлечение марганца имеет место под кислыми шлаками. Главна  причина этого заключаетс  в том, что реакции (1) - (3) протекают бь}стро (как указано выше, 4 30 В результате марганец практически полностью восстанавливаетс  из чистых оксидов до перехода их в шлак. С другой стороны, продукты реакций А1( и SiOj быстро ошлаковываютс , образуют шлак с- низкой температурой плавлени  ( ) , который лег ко отдел етс  от металла. Поэтому содержание МпО в шлаке заметно ниже равновесного с металлом. Вследствие того, что на первой стадии процесса,, когда окисл етс  алюминий, кремнезем руды  вл етс  активным фтрсом в брикетах успешно могут использоватьс  как продукты термической обработки богатой карбо натной марганцевой руды (Мп 30-35%; SiC 8-10%$ СаО 8-11% МйО 1-3%), так и сравнительно бедной руды (Мп 25-27Z; SiO 13-17%; СаО 6-10%; MgO 1-3%; .j 3-7%). Карбонатные марганцевые руды обы но отличаютс  повышенным содержание фосфора (чаще всего 0,008-0,010% Р на 1% марганца). Однако повышенное содержание фосфора не преп тствует использованию продуктов термической обработки карбонатной марганцевой руды в качестве окислител  в экзотермических брикетах, так как металл из этих брикетов содержит лгапь 0,2% фосфора, а содержание фосфора в рассыпавшемс  сплаве АМС обычно составл ет 0,05-0,06%. В качестве восстановител  в экзотермических брикетах используетс  саморассыпающийс  сплав АМС с содержанием А1 5-9%, Si 20-30%. Примеры исполнени . Изготовлены экзотермические брикеты дл  пр мого легировани  стали марганцем следующего состава (см. табл. 1) . Экзотермические брикеты готов т на лабораторном прессе с усилием 10 т в виде таблетки диаметром 4,5 см и высотою 2-3 см. После, сушки на воздухе брикеты прокаливают при 200250С . Дл  опытов брикеты загружают в печь Таммана, нагретую до , и вьщерживают 5 мин. После выдержки полученный сплав и шлак; сливают и направл ют на анализ. Каждый опыт повтор ют 3-4 раза. В ходе опытов получены следующие результаты (см. табл. 2). При содержании в экзотермических брикетах продуктов термической обработки карбонатной марганцевой руды t менее 39,5% в шлаке повышаетс  содержание ALO . В результате этого повышаетс  его температура плавлени  и возникают затруднени  с отделением шлака от металла. Кроме этого, термичность брикета снижаетс  ниже допустимой. Это снижает извлечение марганца. Больше чем 51,5% продуктов термической обработки карбонатной марганцевой руды вводить в брикет нерационально, так как при этом заметно ухудшаетс  использование марганца из брикета, что вызываетс  повьш1ением кратности шлака и повышением его в зкости вследствие излишне высокого содержани  в нем кремнезема. Кроме того, термичность брикета становитс  излишне высокой. Дл  раскислени  стали марганцем в ковше изготовлены экзотермические брикеты дл  пр мого легировани  стали марганцем со следующим соотношением компонентов, мас.%: сплдв АМС (Mn 30,13%{ Si 30%; Al 7%) - 48; про дукты обжига Никопольской карбонатной магниевой руды f(Ca, Mg)(Mn, Fe) . FeX 0 69,0%, Mn 0 -fFe, O.s-4,00%; SiCT и др. оксиды 2i26%) - 48; жидкое стекло - 4. Брикеты после прокаливани  при 200-250°С имеют вес 50-55 f, Сталь выплавл ют в индукционной печи с тиглем 30 кг. Брикеты загружают на дно ковша перед выпуском в него стали из печи.Температура металла . перед ее сливом из печи составл ет 1903 К. Через 2 мин после заполнени  ковша сталь разливают в слитки весом А/15 кг. За врем  выпуска экзотермическа  реакци  спекани  брлкетов полностью заканчиваетс . Пробы метал ла отбирают из печи перед выпуском и из слитков (от донной и головной части слитка). Получены следующие результаты (см. табл. 3). Содержание марганца в донной и верхней части слитка одинаково (отличаетс  не более чем на 0,01%). Оди наково содержание марганца и в двух последовательно отлитых слитках. Дл  получени  продукта термической обработки ка рбонатной марганцевой руды, пригодного дл  изготовлеНИН экзотермических брикетов дл  пр  мого легировани  стали марганцем предложенного состава, может быть использована карбонатна  руда с соде жанием 25 - 35% марганца и 2-7% Содержание кремнезема не преп тствуе получению ферритов и манганитов при обжиге руды в окислительной атмосфере . Поэтому содержание кремнезема в карбонатной марганцевой руде может быть любым - от 8 до. 17%. При высоком содержании кремнезема часть оснований может вступить в реакцию с кремнеземом с образованием преимущественно легкоплавких метасиликатов Этот процесс начинаетс  в твердых фазах и протекает с большой скорость Развитию этого процесса способствует то, что реакции образовани  силикатов кальци  и магни  сильно экзотермичны . Однако дл  того, чтобы успешно протекало восстановление оксидов марганца алюминием и особенно кремнием, необходимо, чтобы основна  часть извести была св зана с полуторными окислами марганца иже леза. Поэтому дл  приготовлени  продукта термической обработки карбонатной марганцевой руды необходимо примен ть карбонатную марганцевую ру (Мп)/. +(Fe)p ду, в которой отношение саО+1 4 МеО 1,964. Наилучшие результаты получаютс  при прокаливании в окислительной атмосфере карбонатной марганцевой руды с содержанием 26-31% марганца, 8-11% окиси кальци  и 1-3% MgO. Обжиг карбонатной марганцевой . руды дл  получени  продукта термической обработки карбонатной марганцевой руды, пригодного дл  получени  влагостойких экзотермических брикетов дл  пр мого легировани  стали марганцем, необходимо производить в окислительной атмосфере примерно 1 ч при 850-950°С. Охлаждение до 500600°С также необходимо производить в окислительной атмосфере. При этом, в руде образуютс  легкоплавкие оксиды марганца, что ускор ет образование ферритов и манганитов кальци . Примеры исполнени . Никопольскую карбонатную марганцевую руду (Мп 27%, FeO 2,1%, SiO 17%, CaO 8%, MgO 3%) и две пробы Усинской родохрозитовой карбонатной марганцевой руды (Мп 26%, 7,6%, SiOj, 13,0%, СаО9,6%, MgO 3,5%; 1,0%, Мп 30%, Fe,0 6,7%, SiO 8,0%, CaO 10,5%, . 1,0%) обжигают в окислительной атмосфере при 1 ч. После обжига руду охлаждают до вместе с печью. Результаты обжига и химсостав продукта термической обработки карбонатной марганцевой руда приведены в табл. 4. Продукты термической обработки карбонатных марганцевых руд подвергнуты рентгеновскому анализу. Свободных оксидов кальци  и магнезии не обнаружено . Окси№ кальци  и магни  представлены только соединени ми (Са, Mg) и (Са Mg)Fe.O . На основании рентгеновского анализа произведен расчет фазового состава продуктов термической обработки, который представлен в табл. 5. Предложенньй экзотермический брикет дл  пр мого легирова| 1Й  стали марганцем в сравнении с известным имеет следующие преимущества: предложенньй экзотермический брикет значительно дешевле. Так, себестоимость материала дл  изготовлени  экзотермических брикетов известного состава (рассчитано дл  среднего расхода

материалов), составл ет 114 руб/т брикетов. Себестоимость материалов на 1 t предложенных экзотермических брикетов составл ет 111,3 руб/т брикетов . Если учесть, что выход металла из предложенных экзотермических брикетов в среднем составл ет 597 кг/т брикетов, а из известных брикетов 5АЗ кг/т, то при равном выходе металла экономи  за счет снижени  себестоимости экзотермических брикетов составл ет 114 - 111, 12, руб/т брике597 тов.

Применение предложенных экзотермических брикетов повьшает примерно на 5% извлечение марганца. Это при

Компоненты Сплав алюмини , марганца, 56,5 47,5 кремни  и железа Продукт термической обработки карбонатной марган39 ,5 47,5 цевой руды Жидкое стекло

расходе экзотермических брикетов 20 кг на 1 т стали, с учетом снижени  себестоимости предложенных экзотермических брикетов, позволит снизить себестоимость раскислени  стали ориентировачно на 0,35 руб/т стали.

Применение предложенных экзотермических брикетов позвол ет ликвидировать выделение дыма и газов в атмосферу цеха, в том числе вьщеление  довитых фтористых соединений.

Упрощаетс  изготовление и хранение брикетой. Последнее св зано с тем, что количество компонентов, вход щих в предложенные экзотермические брикеты, уменьшаетс  вдвое, а брикеты станов тс  практически не гигроскопичными .

Та блица 1

Составы, мас.%

:iiniinn:: 4,0 5,0 60,0 40,0 43 5t,5 36,0 45,5 5,5 4,0 5,5

49,52

19,11

0,22

%

4,36 43,0 24,16

52,37

17,11

0,24

6,68 43,78 20,28

дел лс 

ХлрАКтеристики

СаО19,7.17,7

Кратность шлака0,48 0,52

Извлечение марганца в сплав, %В7,2.82,92

Сталь до легировани , %

Мп0,19 0,23 0,10

Si

Сталь после легировани , %

Мп0,78 0,65

Si

Извлечение марганца в сталь, % 90 84,73 85,42 Выход Карбонатна  марганцева  после обжига руда Никополь71 ,88 ска  Усинска , №1 26% 72,5 Усинска  70,27 Ь61 30%

Продолжение табл.2 0,6

0,7

75

70

ТаблицаЗ

0,27 0,35 0,32

0,43 0,50 0,47

Таблица4 Химсостав продукта термической обработки карбонатной марганцевой руды Ilj i&Ij i i°2b° 3ib3 37,5629,7111,134,1724,354,11 0,75 2,1 35,86 28,36 13,24 4,83 17,93 1,38 0,51 7,6 42,6933,77 14,94 1,42 11,38 1,42 0,53 6,7

56,3 75,0 64,2

ТйблицаЗ

29,2

14,5

19,5

5,5

12,8

23,0

Claims (1)

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ ДЛЯ ПРЯМОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ МАРГАНЦЕМ, содержащий комплексный сплав алюминия, кремния, марганца и железа и связующее.отличающийся тем, что, с целью повышения использования марганца и ликвидации выбросов в атмосферу цеха, он дополнительно содержит продукт термической об- . работки карбонатной марганцевой ру ды при следующем соотношении компонентов, мае. %:

   Комплексный сплав алюминия, кремния, марганца и железа 43-56,5

   Продукт термической обработки карбонатной марганцевой руда: 39,5-51,5

   Связующее 4,0-5,5

   SU... 1157110