автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и разработка рациональной технологии производства силикомарганца с пониженным содержанием фосфора в мощных рудовосстановительных электропечах

V 1 и 13!

ДЕРЖАВНА МЕТАЛУРГ1ЙНА АКАДЕЩЯ УКРАШИ

На правах рукопису

ЛАШН бвген Володимирович

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТА РОЗРОБКА РАЦЮНАЛЬНОТ ТЕХНОЛОГИ ВИРОБНИЦТВА СИЛ1КОМАРГАНЦЮ 31 ЗНИЖЕНИМ BMICTOM ФОСФОРУ В ПОТУЖНИХ РУДОВ1ДНОВНИХ ЕЛЕКТРОПЕЧАХ

Спещальшсть 05.16.02 — «Металургш чорних метал1в»

Автореферат

дисертацп на здобуття наукового ступеня кандидата техн1чних наук

Днепропетровск« 199R

Двсертац1е» е рукопкс •

Робота виконана ■ Держава!* металург!йн1Я Академ!1 Укра1вк

Наукогкй 1ёр1ип:

Доктор техн1чвих вау к,професор

П.*. Мироненхо

Науковяй консультант: Доктор техв1чв*х ваук. акаден1х А1В Укра1ии

О.В. Коваль ■

' Оф1и1йн1 оповентя: Доктор техв1чвих ваук, професор

Кавдкдат технХчнкх ваук, чл.-кор. А1Н Укра1вв

Д.А. Коваяьо*

В.О. Гаврвдов.

ПровХдве пХдпраеиство - 1вствтут "Д1проставь"

3ахнет ж!двудетьс*

_1996 р.-в_

О

.год.

ва эас1данн1.спёц1ав1зоваяо1 вчево! ради К 03.11.03 при ДеркавнХй

иетаяург1йв1й. АкадеиН Укра1в*

(320635, Дв1пропетровськ, лр.Гагар!ва,4) .

3 двсертаа1ею полна оэвайомвтяся ..у б1вл1отец1 Державио1 иета-яург1йяо! АхаденИ Укра1вв.

Автореферат роз!сланий

_1996 р.

Вчеввй секретар Спец1ал1зовано1 ради, кандидат техв1чвмх ваук, ^ ^ ^' р~

П.С. Пан1отов

ЗЛГАЛЬНЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть роботи. Буд1вництво та зростання електроп1чних потужностей на Н1кополъському завод1 Феросплав1в (НЗФ) вивели Укра1ну на перше м1сце з овсягу виробництва марганцевих феросплав1в. Особливе н1сие серед них иалежить сил1комарганшо» обсяг выплавки якого в 1992 роц1 склав 70% св!тового виробництва. Задовольняючи власн1 потреби 1 кра1н СНД Укра1па експортуе 61ля 30* сплаву в хра-1ни далекого эаруб1жжя. Однак,ннзька ях1стъ в1тчизпяно1 марганцево1 сировини стримуе зростаиия виробництва та ехспорту сил1комарганшо з 0,35% Р, так яг його виплавка для експорту потребув додатково1 пе-реробхи - одержання малофосфористого шлаку (МФШ) 1 пов'язаиа э великими технолог1чними трудиошами та п1двиоеннми затратами.

В умовах лост1йного зниження якост1 нарганцеворудно1 сировини, та залучення харбонатних руд п1двншуеться ахтуальн1сть науково-об-грунтованних розробок, спрямованих на п1двиоення ефек*ивност1 вироб-пицтва сил1комаргаицю з1 зниженним вм1стом фосфору та його конкурент-носпроможност! на св1товоиу рингу.

0сновн1 наухов1 розробки та практичн1.результат« писертац1йно1 роботи одержан1 п1д час виконания наугово-досл1дних роб1т за тема-, тичним планом Державио1 металург1Яно1 АкадемИ Укра1ни та реал1зова-н1 в межах комплексних програм науково-техи1чного прогресу на ВАТ НЗФ, а також у в1дпов1дност1 наказом Державного ком1тету Укра1яи з питань науки 1, технологи »15 в!д 01.03.93 р. та програмою »21, затверджено» М1н1стерством осв1ти Укра1ии, наказ »68 в1д 31.08.92 р.

Ц1ль роботи. Досл1дження, розробка та впровадження технологи виробництва сил1комарганшо 1з 61дпо1 марганцеворудно1 сировини в по-тужн1х рудов1дновних електропечах, эабезпечуючий конкурентно-спро-можну як1сть та економ1чну ефективи1сть.

Наукова новизна:

- методом ренгенофотоелектронно1 спекгроскоп11 одержан1 додат-хов1 уявлення про Ф1зико-х1м1чну природу фосфору в охсидних 1 карбонатних марганцевих концентратах Н1копольського родовища;

- з використаиням сучасних термодинам1чних даних досл1дженна посл1довн1сть сум1сного в1дновлення марганцга та кремн1ю, визначено к1льк1сний вплив технолог1чних фактор1в на вм1ст марганцю в шлаках при виплавц! сил1комаргадцю з регламентованним вм1стом фосфору;

- обробкою методами математично1 статистики промислових даних одержанн1 р1вняння для оц1нки показник1в виплавки МФШ та сил1комар-ганцю в потужних електропечах э урахуванням якост1 шихтових матер1-ал1в 1 технолог1чних особливостей виробництва;

- обгрунтоаан! 1 експернмеитально внзначен! потреби до техно-лог1чних параметр1а для виробництва марганцевого агломерату з вико-ристанням гранульованого МФШ)

- на п1дстав1 теоретичного узагальнення та особистих експери-ментальних досл1джеиь обгрунтован1 оптимальн1 електричн1 .1 геомет-ркчн1 ларанетри потужних рудов1дновних електропечей для виплавки МФШ 1 сил1комарганцю.

Практична ц1нн1сть 1 реал!зац1я результат!» роботи.

Удосконаяен1 геометричн1 та електричн1 параметр» печей РКЗ-16,5 1 РКГ-23. Виэначеи1 оптимальн1 електротехнолог1чн1 параметри виплавки пол1пшено1 якост1 НФШ ($0,012% Р X >40,0« Мп). Роэроблена та впроваджена технолог1я виплавки шлаку з п1двищеною ваважкою в1дновника, дозволяюча зб1льшити в 1,5-1,7 рази вих1д шлаку э фосфором менше 0,012% (Патент РФ г 2031134).Доел1джепа,роэроблена та освоена в промнелових умовах технолог1я одержання марганцевого агломерату з використанням гранульованого МФШ (Патент РФ ► 2031178). Роэроблена, досл1яжеиа 1 впроваджена техиолог1я одержання сил1комар-ганшо з bmIctom фосфору менш н1ж 0,35% 1з 61дно1 марганцево1 сирови-нн (Патент РФ » 20447664) з !використанням МФШ п!двишенно1 якост1 (^0,012% Р 1>40,0% Мп) , оо дозволило знизити на 10-15% витрати МФШ та п1двиаити вилучення марганцм на 0,4-0,5%.

Практична.реал1зац1я розробок дисертацИ та впровадження результат^ досл1джень в умовах ВАТ НЗФ дозволили за пер1оди 1993-1994 p.p. 1 1994-1995 p.p. одоржати реальний економ1чний ефскт в розм1р1 1 млрд.114 млн.467 тис.хрб. та 15 млрд.380 млн.286 тис.крб. в ц1нах 1994 и 1995 рок1в в1опов1дно.

Апробац1я роботи. Основн! науков1 положения та практичн1 ре-зультати роботи допов1далися на Всесоюзн1й нарад1 по мсталургЦ марганцм (Н1кополь 1991 p.)i М1жиародн1й иауково-практичн1й кон4>еренц11 э сучасного стану та перспектив розвитку елехтротерм1чного" виробництва кольорових метал1в, форосплав1ф та 1нших неоргав1чних матер1ал1в (Дн1пропетровськ,1994 р.); зас1даннях иауково-техн1чно1 ради ВАТ НЗФ та научних сем1нарах кафедри электрометалург 11 дИе-гАУ.

Публ1кац11. Основний зм1с!т роботи onyCjflitODaHO в 10 печатни* трудах, новизна розробок захищена 4 патентами на вииаходи. ;

Структура та обсяг роботи.'Робота складаеться 1э вступу, п'яти глав 1 bhchobkIb, списка л1тератури з 102 найменувань, додатку 1 м1стить 145 CToplHOK машинописного тексту, 22 малинка 1 32 таблии1.

До захисту виносяться сл1дуюч1 ochobhI положения!

- результати досл1джень форм проявления фосфору в марганцевкх концентратах Н1копольського родовита)

- теоретичн1 1 ехсперимеитальн1 досл1дженяя Ф1энхо-х1м1чянх процес1в, то мають м!сце п1д час отримання сил1комарганцю, та pospoe-лен! на 1х основ! оптимальн1 умови ведения електроплавки)

- експериментальн! досл1дження та впроваджеяня удосконалеяо1 технологи виплавки МФШ п1двищеио1 якост1|

- розробка та промислове освоения технологи одержання марганцевого агломерату з використанням в шихту гранульованого М*Ш|

- розробка та впровадження технологи вировництва сил1комарган-цю в електропечах велико1 одинично1 потужност1, забезпечуючий висо-ку як1сть та економ1чну ефективн1сть.

Особистий вклад автора дисертаиН в роэробху наукових положен!» та досягнення практичных результат1в висловлюетьсяв тому, во ycl досл1дження 1 промислов! експерименти проведеи1 при везпосереднШ участ1 автора або п1д його кер1вннцтвом. Узагальнення результат1в -роб1т проведено автором самост1йно.

Автор широ дякуе док.техн.наук, проф.П.Ф.Мироненко, академ1ку А1Н Укра1ни, докт.техн.наук О.В. Ковалю, сп1вроб1тникаи ДМетАУ та Н1копольського заводу феросплав1в за допомогу в проведенн1 досл1д-жень, узаг.альнених в дисертацИ.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

1. Анал1з сучасного стану марганцеворудяо1 вази феросплав-но1 промисловост1 та технологи виробництва сил1комарган-цю в потужних електропечах.

Систематизован! 1 узагальнен1 дан1 по марганцеворудн1я 8аз1 Феросплавного виробництва Укра1ни, як1сних 1 к1льк1сних характеристик нин1шнього 1 перспективного випуску марганцевих концентрат1в 1 потреби в них для виробництва. феросплавно1 продукцИ. Показано, то в пор1внянн1 з заруб1жнога марганцевом сировиною, як1сть яко1 е знач-но високою, вм1ст марганцю в добут1й руд1 Н1копольсьхого родовита за пер1од з 1975 по 1992 p.p. знизився з 25» до 22,2t, В ТОЧ же час

6 . вХдбулось пад1ния марганцю в загалъному концентрат1 э 41,0% до 35.31, з ви1ст фосфору в цепких видах марганцево1 сировини п1дви-щився на 0,01-0,04%. По прогноэним даним до 2000 року вм1ст марганцю в РУД1 знизиться до 21,5%, а в концентрат1 - до 34,1%. В цих уио-вах, з урахуванням п1двищення потреб до марганцевих Феросплав1в по ях1ет1, при нео&х1дн1ст1 використання все б1льшо1 дол1 низькосортних карбонатних руд, ставить перед феросплавною промислов1стк> Укра1ий р1шення проблемн зниження фосфору в сил 1комаргани1.

Досл1джениями по уяоеконаленню технологи виплавки сил1комар-гаицк> в печах РПЗ-48 остановлено к1льх1сний вплив вм1сту марганцю в марганиев1й частин1 тихти, д1йсно1 потужност1 п1чно1 установки, к1лькост1 вуглецевогс в1дновника в шихт1 та 1нших фактор1в на про-дуктивн1сть печ1, питону витрату електроенергИ та вилучення марганцю в сплав.

Показано, по при зб1льшени1 вм1сту марганцю а марганцев1А сиро-вин1 на 1% продуктиви1сть печ1 п1двииуеться на 2,9 т/доб., вилучення иарганцю на 0,5% 1 знихуеться питона витрата електроенергИ на 56,9 кВт.г. Зб1льаення в1дновенкя маси.сухого коксу до маси шихти на 0,01 п1двищуе вилучення марганцю на 2,66%. встановлено, во при одер-жанн1 сил1комарганцю э понижении вм1стом фосфору, до в якост1 мар-ганцево1 сировини використовуеться МФО], знижуються показники виплавки з п1двкаенням к1лькост1 шлаку в шихт1. 1э внкона.ного анал1зу су-часно1 технологи виробництва сил1комарганцю з вм1стом 0,35% Р сл1дуе також, по подальше 11 удосконаленця ноже бути найб1льи ефективним т1лыси при 1снуванн1 розроблеиного науково-обгрунтованного ф1зик.о-х1-и1чного процесу електрометалург1Ано1 дефосфорац11 марганцево1 сиро-виии.

2. Узагальнення 1 експеримептальн1 доел 1 д*ення м1нерально1 та Ф1зико-х1и1чно1 природи фосфору в марганцевих. рудах Н1копольського родовища.

3 використанням ренгенофотоелектронно1 спектроскопП (РФЕС) 1 ядерного магн1тного резонансу (ЯМР) проведен1 досл1дження природи фосфору в основних м1неральних р1зновидностях икстрагоианих 1з ок-сидних марганцевих руя Н1копольсьхого родовища -п1ролюэит (^-МпО^), псиломелан (Мп-МпОа ■ пН30) , мангаи1;г (МпОа-Мп (ОН),), а також оксидний марганцевий концентрат, що м1стить: 42,40% Мп; 2,71» СаО( И , 604БЮа; 2,34% МдО; 0,53% РаС>5 1 карбонатный концентрат: 28,90% Мп;12,10% СаО; 11,90% Б10а! 2,0% А1а03( 0,48% Ра05; 29,6% ПИП.

Встаноплено, ао фосфор ^находиться в чотнрьох енергстичних станах, визначених енерг1ями зв'язку внутр1тн1х електроннкх 2 р-р!вн1в фосфору, котр1 схладають 132,4» 133,3» 134,5 та 135,8 еВ, шо обумов-лено пол1структурн1стю фосфорхисневих комплекс1в.

Чотири енергетичн1 стани фосфору визначаються присутн1стю х1-

м1чного зв'язку м1ж фосфоркисневими мотивами 1 кат1онами

модиФ1каторами - основними схладаючими марганиоворудних натер1ал1в,

як1знаходяться у р1зяому валентному стан1: Иа+Дк+),Са2+, Мп^+,Ре3+,Мл, 4 +

Мп формуванням 61льш складних орто- та л1ортофосфатних мотив1в безпосереяньо пов'язаних з кат1онами - моднф1каторами Мп^+,Мп3+,Мп*+, переносом елехтроняо1 густини до атому фосфору - елементу-струхтуро-утворювачу, пов'язаному через к1нцевий кисень з атомом елемента-мо-дйф1катора, який мае меншу електронегативн1сть пор1вняпо з фосфором. Показано, ио фосфор як сильний елемент - структуроутворювач коже формувати з оксидом-модиф1катором, наприклад з оксидом марганига- -манганоэитом, складн1 д1Фос$атн1 ^ 1 ортофосфатн1 к1льиев1

[Р,09]3 та ланцмгов1 ^ мотиви. 3 п1двищенням ступеня нега-

тивност1 мотива зростае енерг1я х1м1чного зв'язку основних електрон-инх р1вн1в фосфору з 130,2 еВ для елементарного фосфору до 135,9 ев для Р30^. Утворення в1лыа схладних мотив1в 1де на ваз! д1мера РдО^д з посл1яовним в1тчуджеиням мотива [Р04]3~ по р1внянняк:

Р4°10 + 6е~= | [Р04]3' ♦ [Р^д]3^ (1)

Р4°10 + 8е~= | [Р04] + [р,о10]5", (21

Р4°10 + 8е" - 2 [Р307]4". ■ (3)

Утворення комплехсних фосфат1в марганцю, оксндн яхого склаяа-ють основу марганцевих концентрат1в, м1неральних р1зновидностей 1 малофосфористого плаку, описуються в1дпов1дннми реаки1ями: Р4О10 + ЗМпО - 1/2 (Мп1[Р04]2) + 1/2 (Мп5 [р,09],) , (4) Р4О10 + 4ИпО - 1/2 (Мп,[Р04]2) + 1/2 (Мп5[Р,О10]а) , (5) Р4О10 + 4МпО » 2(Мпа[ра07]) . (6)

Встановленно, що для вцводу атому фосфору з анЮнного скелету п1двищенно1 негативност1, тобто для його в1дновлення, необх1дно зб1льшити введения атом1в акцептор1в - в1дновник1в.1 паралельно в1д-новити 1нш1 охсиди марганцю, к1льк1сть яхих п1двищуеться з зростан-ням складност1 (негативностЦ фосфор - кисневого мотива.Причому складн1сть' комплекс1в зростае 1з зменшенням концентрацИ фосфору у розчин!. Розкрнта.природа переважного зв'язку фосфору з марганцем в

марганиевих рудах св1дчить про обмежен1 можливост1 механ1чного збагачення нарганцево1 сировини по фосфору 1 потребуе розробки висо-коефективних технолог1чних схем 1 проиес1в дефосфорацИ, яац1лених яа виведеняя фосфору.

3. Досл1джеиня Ф1эихо-х1м1чних процес1в отримания сил1хомарг-.нцю

Теоретично пояснен1 особлнвост1 в1дновлення ИпО вуглецем, шо до одержання товарного сил1хомаргаицю в потужних рудов1дновних електропечах 1з б!пно1 нарганцеворудно! сировини. Показано,во одн1ега з головиих причин значних витрат нев1дновленого марганию,е ранне шлахоутвореиия, викликане утворенням сил1кат1в марганцю 1 кальц.1ю по ехэотерм1ч»им реакц1ям я вид1ленням злачно! к1лысост1 тепла. Встановлено, по екзотерм1чн1 реакц11 утвореяня сил1кат1в НпО-вЮ, 1 Са0-Б10а, 1итенсивно в1дбуваються у твердих фазах при 900-1000°С 1 самоприскоркються,

Для вибору оптимального складу шлаку, 1э використанням теорИ регулярних роэчмн1в, розглянут1 умови в1дновлення кремнезему 1 оксиду марганцю п1д шлаками ооновн1стю 0,1-0,8. Остановлено, до при виллавц1 снл1комарганцю утворюються сприятлив1 умови для в1дновлен-яя не т1льки в1льного кремнезему 1а кварциту 1 золи коксу, а'й 1з шлак1в як1 не м1стять сильних основ, так 1 з осноан1стю 0,40-0,60. При п1двишенн1 ос но в ноет 1 шлаку умови в1дновлення БЮ, нав1ть на . К1нцев1й стад11 процесу пог1ршуються наст1льки незначно, то в реаль-яих умовах потужуиих рувов1диовиих электропечей вони не завжди мо-жуть вути виэначеними. В1дновлення МпО при виплавц1 сил1комарганцю 1до важче н1ж в1дяовлення 510,. Показано, що р1вноважний тиск РС0 ( йХо^,) 1ототио вище н1ж рс0(Ип0) нав^ть ПРИ концентрацИ 35-45% МпО. Под1бне положения збер1гаеться 1 в тому випадку, коли в1днов-лення приводе не до одержання чистого кремн1ю, а до утворення сплаву я концеятрац1ею 17-20% (0^^0,02), а активн1сть марганцю в спла-в1 знижуеться до 0,3. Але 1 в даному виг<адку п1сля эииження концент-рац11 марганцю в шлац1 умови для в1пновлення БЮ, 1з шлаку стають кращими, н1ж умови в1дновлення МпО. Все це е ознакою, що метою рс-гулювання складу плаху при виплавц1 сил1хомарганцю с не створення умов для в1дновлення хремн1ю, а невпахи, створення умов для максимального в1дновлення марганцю та зменшення'його витрат 1з шлаком.

Встансвлено, шо концентрац1я кре»н1к> в сил1конарганц1 в ваговях в1дсотках може бути описана р!внянням:

Si

44"22,ХМпО+ ХСаО+ ХМ90+

Ala0j1

XSi01)'

(7)

, ^^мпо^сао'^до.^цо,1 XSiO,- "°"ярн1 дол1 в1дпов1диих оксид1в у пяац1.Концснтрац1ю наргавцю у шлац! можливо виэначити 1з р1вня»вя:

(SiO,), (8)

(Мп)шл= (1,83 - 0,416 Si

n QR7 СаО+М О 4- 0,73 Al,О, U'30 •• SiO,

яге е виэначним при внвор1 складу шлаку для виплавки сил1комарганцк1. П1дтверджено позитивний вплнв росту ochobhoctI шлаку (втД)на питому витрату електроенергИ (<?уД), концентрац!ю марганца в олац! (Мп)та вилучення його в метал (ЭМп), (мал.1). - .

Показано, то для п1двииення вилучення марганцю осиовн1сть шлаку при виро6ництв1 сил1комарганцю нео6х1дно п1дбирати з урахуванням особли-востей пусто1 породи марганцево! сировинн, 11 якост1, та електрично-го режиму плавки.

Викоиано термодинам1чний анал1з в1дновлення фосфору 1 дослужена його повед1нка при виплавц1 сил'1комарганцк> в погужнмх рудовХднов-них електропечах. Встановлено, ио для оц1нк'и, кониентрацИ фосфору в сил1хомарганц! можливо використовувати р1вняння: [р] « 84,5<р>.[мп] • 93<Мп>. 80<si0j> . (Мл) . (9)

Показано,що практично майже 97» фосфору ЯуЭ. сировини при виплав- КВТ-Ч ц1 сил1комарганцю 4600 переходить в метал 1 на зментення його кониентрацИ в спла-в1,при р1вних умовах чинить в1дношення С„„ ,„_ в пшхт1, а

ТВ/Мп також вилучення марганцю 1 кремн1к>.

4400 '4200 4000 заоо

(Мл), %

43

и

9

Чип;к

90 ¿0 70 60

0,3 Q35 0,4 0А5. 0,5

Вихл

Мал.1. Вплив ochobhoctI шлаку на показники виплавки сил1ко-марганцю.

4. Ёксперимеитальн1 досл1дження та удосконалеиня технологи виробництва малофосфористого шлаку Анап1з багатор1чно1 практики 1 теоретичн1 посл1джеиня процесу виробництва МФШ св1дчать, що ступень дефосфорацИ марганцево1 сиро-вини визначаеться, в основному концентрацию фосфору в початков1й си-ровин! та в супутному продукт1 - фосфорк~т1м метал 1. 3 метою п1дви-шення якост1 та ефективност1 виробництва МФШ в ро6от1, з використан-ням статистичних метод1в досл1джень, проанал1зован1 ociiobmI управляю' ч1 зм1нн1 роботи печ1 РКЗ-16,5 МВА. Одержало вэаемозв'яэок м1ж техиолог1чнимн параметрами та як1стю МФШ по *1лькост1 фосфору 1 марганцю (мал.2).Одержан1 сл1дую-ч1 р1вняння perpecll: Ц

JP) =0,0174-0,83 X 10"3<Мп>, (10) (Р)»0,025 - 0,06 Ств,

2.0

40 41 42 4f М>

щл

и

ko i9

0,ю w С,?0 Cri/Hn

Мал.2. Залежн1сть концентра-ц11 фосфору 1 марганцю в МФШ в1д х1лькостн марганцю в агломерат! 1 Ств/Мп в шихт1.

(11)

(Ип)- -959,9+46,68<Мп)-0,55<Мп>2, (12)^ ТшМ38,35-2033Вд+25926 В2, (13)

808 + 3593 Ств, (14) ^

до:(Р) -х1льк1сть фосфору в шлац1,%| - к1льк1сть марганцю в шихт1,%( Вд- основн1сть агломерату! ЧуД~ питона внтрата електроенерг11,|сВт.г/т. 1 То - внх1д шлаку э фосфором 0,012 -0,014»; Ств - в1дношенно Ств/Мп в вихт1. Виэначен1 олтимальн1 парамет-

ри виплавки шлаку!' к1льк1сть марганцю в агломерат1 41-43») основ-н1сть агломерату »СаО/% ЗЮ1« 0,28» в1дношення в шихт1 Ств/Мп ^0,15.' Кр1м визначених фактор1в на похазники одержання МФШ эначний вплив виявляе тепловий стаи ваннклеч1, залежннй в1д 11 геометричних параметр^ 1 електричного режиму. На основ1 виконаних досл1джень удоско-нален1 параметри печей РКЗ-16,5 1 електричн1 характеристики 1х траи-сформатор1в. В результат1 використовувана потужн1сть доведена до 19 МВт проти 12,9 МВт, при цьому продуктивн1сть печ1 г<1 двишилась на 10-12». '

Розроблена 1 впроваджена в виробництво технолог1я виплавки МФШ з використанням п1двищенно1 наважки а1дноаника (Ств/Мп=0,15-0,175!, що дозволило зб1льшити вих1д шлаку марки П1 ^0,012%Р( > 40%Мп) у два. рази, при незначиому зб1льшенн1 виходу супутнього металу (Табл.1).

и

3 метою п1двищення виробництва низькофосфористих марок аил1кс-марганцю в умовах ВЛТ ИЗФ,запропонована 1 впроваджена технология виплавки МФШ в потужних герметичних електропечах РКГ-75 1 Р113-48М2 ■ з одержанням гранульоваиого МФШ фрахц11 0-5 мм та подйлывого Гюго використання для отримання низькофосфористого марганцгього аглсмйрч-

ту.

Показники виплавки МФШ

П о к а з и и к и

Таблиц!) 1.

|д1юча |Впроваджена

) технолог!яI технолог!л

Потужи1сть, МВт Продуктнвн1сть, т/д Витрати електроенерг11, кВт.г/'г В1дношення Ств/Мп Вих1д марок,%:

-П1 -П2

Вих1д супутнього металу,кг/т Вилучення марганцю в шлак,4 Наскр1зне вилучення марганцю,%

18,8 469 962 0,135

23,7

45,2

131

81,5

92,1

18,7 444 ,1 1011 0,155

54.6

18.7 156 77,2 92,6

5. Роэробка та впровадження технологи виробництва сил1комарганцю в електропечах велнко1 потужиост1,забезпечуючо1 високу як1сть та економ1чну ефективн1сть

На основ 1 експернментальних досл1джень обгрунтована доц1льн1сть використання для виробництва низькофосфористого агломерату гранульоваиого' МФШ. В лабораториях умовах досл1джена 1 роэроблена нова технолог^ одержання марганцевого агломерату з викорнстанням МФШ.

Освоения технологИ одержання агломерату проведено в умовах ВАТ НЗФ на агломашннах АКМ-3-100 з викорнстанням д1ючо1 п1дготоьки шнхти та обробки аглоспеку. Застосування у шихт1 гранульоваиого МФШ ФракцИ 5-0 мм при висот1 зп1каемого шару 350-400 мм, вологост1 ших-ти 12-14% та вм1сту палива у шихт1 7,0-7,6% дозволяя отримати низько-фосфористий марганцевий агломерат (Р/Мп=0,0031-0,0045),механ1чна м1цн1сть якого складае 77,6-78,3%.

В робот1 досл1джен1 електротехнолог1чн1 параметри виплавки си-л1комарганцю в потужних електропечах. Встановлено, що при в1днотепн1

д1аметра ванни до д1аметра розпаду електрод1в ^2,0, забезпечуеться ы1н1мальне вид1лення тепла в краевих областях ванни 1 п1двипуеться в 1,2-1,5 рази м1жремонтний строк роботи рудов1дновних електропечей.

Показано,що використання в шихту для виплавки сил1хомарганцю (4 0,35%р) малофосфористого шлаку зр'язано з кап1тальними, сировин-ними та енергетичними втратами. Внзначено к1льк1стний вплив вм1сту . марганцю в сировин1 <'Мп>, затрат МФШ СЗИфщ) та вилучення марганцю (3Мп) на концентрац1ю фосфору в метал1.

[р]= 0,594-0,0047 х <Мп>, (15)

fP]= 0,468-0,00015 х О^щ, (16)

[Р]» 1,541-0,0137 х tfMt]. . (17)

Встановлено^ по зииження концентрацИ фосфору в cnnasl на 0,1% потребуе витрат близько 640 кг/б.» шлаку марки П2 (>38%Мл>^0,017%Р). При цьому питона витрата електроеиергИ зб1пьшуеться на 190 кВт.г/ баз.т, а вилучення марганцю знижуеться на 2-2,4%. Виходячи э резуль-TaTl в проведенних в робот1 досл1джень, запропонована технолог1я одержання сил1комаргаицю (Р^0,35%) з використанням в1тч1зняно1 мар-ганцево1 сировини 1 МФШ п1двишенно1 якост1. Освоения технологи проводили в печах РПЗ-48М2. В якост1 марганцево1 сировини використову-вали агломерат АМЯВ-2 (Мп-39,0»| Р-0,21-0,23%) 1 МФШ п1Двииенно1 якост1. OchobhI показники виплавхи прнведен1 в табл.2.

Таблица 2.

Показники виплавки сил1хомаргаицк> (Р 0,35%) за 1снувавшою (1) 1 розробленою (П) технологии

Сил1комарганеиь

Показники . "J 1 1 п

Використана потужн1сть, МВт 50 ,2 46,7

Питома продуктивн1сть,т/МВт 5, 82 5,94

Питома ьитрата електрОенерг11,кВт.г/б.т. 4039 3980

Вилучення марганцю,% 80 ,1 81,5

Концентрац1я Мп в шлац1,% 11 ,2 10,8

Кратн1сть шлаку ,. 1, 33 1,27

Розроблева технолог1я дозволяв одержувати сил1комарганець з bmIctom фосфору меньше н1ж 0,35% без використання низькофосфористих марганцевих концентрат1в 1з зниженням розходу МФШ. Так, за пер1оди

1993-1994 p.p. 1 1994-1995 p.p. питона витрата МФШ на одну базову тону сил1комарганцга була зменьшена на 194 кг 1 171 кг в1япов1дно. При цьому вилучення марганцю в сплав зросло на 0,4%, а витрата елект-роенергИ зненьшилась приблизно на 1,5%. Економ1чний сфект в1д впро-вадження розроблено1 технологи в умовах ВАТ НЗФ склав 1114467 тис. крб. 1 15380286 тис.крб. в ц1нах 1994 1 1995 p.p. в1дпов1дно.

ч

висновки

1. Систоматизован1 1 узагальнен1 дан1 що до марганиеворудно1 ti^.H Феросплавного виробництва Укра1ни, як1сн1 1 к1льк1си1 характеристики поточного 1 перспективного випуску марганцевих концентра-т1в 1 потреби в них для виробництва феросплавно1 продукцИ. Критично проанал1зован1 1 п1дсумкован1 результати експериментальних 1 промис-лових досл1джень виплавки сил1комарганцю в електропечах велико1 одн-нично1 потужност1, як1 дозволили обгрунтувати ochobhI напрямки експериментальних розроблень по п1двищенню ефективност1 виробництва сил1комарганцга э1 зниженним bmIctom фосфору.

2. 3 використанням ренгенофотоелектронно1 спек-",роскоп11 та ядер ного магн1тного резонансу проведен1 досл1дження ф1зико-х1м1чно1 при-роди фосфору в оксидних та карбонатних рудах Н1копольського родовияа, а також 1х м1неральних р1зновид1в - п1ролюзиту, манган1ту 1 псило-мелану, екстрагованих 1з оксидних руд. П1дтверджеио переважний эв'язок фосфору з марганцем 1 вперше установлен1 чотири форми прн-сутност1 фосфору, пов'язаних з1 зм1нами ступеня пол1меризац11 фосфо-рокисневого ан1ону в1д [Р*^]3"- Д° стУпемя окисления його найближчих сус1д1в в1д Na+(K+), Са^ до Mn3+,Fe3+, Мп4+ 1 хоординацИ Р-0 в1д тетраедрично1 до октаедрично1 1 зм1шано1 э п1двишенням ступеня пол1м1ризац11 [PjO^g]^ .та [PjOg]3 • Експериментально п1дтг,ерд-женний безпосереян1й зр'язок марганцю 1 фосфору в марганиеворудних природных матер1ал?х, дозволив розробити висок.оефективний процес

■ I

одержання переробного малофосфористого шлаку.. (■

3.Проведено термодинам1чний анал1з спТльного в1дновлення марганцю та кремн1ю з ниэькоосновних марганцевих шлак1в. .Эиявлена посл1-довн1сть зм1ни активност1 оксиду марганцю в шлац1. Показано, що при виплавц1 сил1комарганцк> створюються.сп^иятлив! умови для в1д-новлення не т1лькн в1льного кремнезему.1з кварциту та золи коксу,а також 1з шлак1в основн1стю 0.40-0.СО. Встановлено, що головною метою регулювання складу шлака с створення- умов не для в1дновлення кремнезему, -а для максимального в1дновлення марганцю 1 скорочення його втрат. з1 шлаком.

4. Провсден1 термолинам1чн1 1 експериментальн1 досл1дження упов повед1вки фосфору при виплавц1 сил1комарганию. Остановлена за-ксном1рн1сть розпод1лу фосфору м1ж металевою та шлаковом фазами. Бизначено к1льк1сннй вплив головних зм1нних на як1сть сплаву 1

- опержан1 р1вняння для оц1нки кониентрацИ в ньому фосфору. Показано, ао основниП вплнв на концентрац1ю фосфору чинить в1дношення Ств/Мп у !"ихт1 та вм1ст кремн1ю в сплав1.

5. Па осиов1 великих комплексних досл1джеиь 1 оптим1зованих параметр1в, рехонструйован1 геометричн1 роэм1ри печей РКЗ-16,5 та електрпчи1 характеристики 1х трансформатор1в. Обробкою метопами мэтематично1 статистики ваних роботи промислових печей РКЗ-16,5 та РКГ-22,5 внзначен1 оптимальн1 електротехнолог1чн1 параметри виплавки як1сного малофосфористого шлаку (40,012% Р 1>40,0% Мп).Розробле-па 1 впроваджена в умовах НЗФ технолог1я виплавки шлаку на п1двише-н1й наважц1 в1дновника (С_„/Мп в шихт1 0,15-0,175), дозволяюча

1 о

эб1льшити в 1,5-1,7 рази вих1д шлаку з фосфором меньше 0,012%.

6. Досл1джена, розроблена та впроваджена в промислових умовах технолог1я отримання марганцевого агломерату, задовольняюча потребам елегтроплавки з викорнстанням гранульоваиого малофосфористого шлаку. Досл1дним шляхом визначен1 параметри процесу сп1кання агломерату 1 показано, шо застосування в шихту до 50% гранульоваиого МФШ доэволяе отримувати агломерат з високою механ1чиом м1ин1стю (77-80%, по кла-су -*-5мм) при знижени1 витрати коксово1 др1бииц1 на 10-15%.*'

7. Досл1джен1 електротехнолог1чн1 параметри виплавки с1ликомар-ганцю в потужних електропечах. Показано,шо використання споживчо1

1з мере«1 потужност1,як 1 продуктивн1сть при 1нших р1вннх умовах, значно залежить в1д к1лькост1 вуглецю в шихт1. На основ1 обробки експернментальних даних що до ст1йкост1 вуглецево1 футеровки печей, виплавляючих сил1комарганець та молофосфористий шлак, встановлено, . що при п1дношенн1 д1аметру ванни до д1аметру розпаду електродХв ^2.0, забеспечуеться м1н1мальне вид1лення тепла в краевих областях ванни 1 зб1льшуеться у 1,2^1,5 рази м1жремонтний строк роботи рудно-в1дновних елехтропечей.

8. Розроблена 1 впроваджена и умовах НЗФ технолог1я отримання сил1комарганцю з вм1стом фосфору меньше н1ж 0,35% з б1дио1 марган-цево1 сировини Н1копольського родовища з викорнстанням МФШ пол1пше-но1 якост1. Встановлен1 оптимальн1 шихтовки,що забезпечук!ть ста-б1льний електротехнолог1чний режим роботи потужних електропечей,що дозволнпо при скороченн1 на 10-15% витрат малофосфористого шлаку

, п1яеищити вилучення марганию на 0,4% 1 знизити на 1,5% витрати електрогкерг11.

9. Результати проведених досл1джень впроваджен1 в умовах Н1-копольського заводу феросплав1в, ио дозволило за пер1одн 1993-1991 p.p. 1 1994-1995 p.p. одержати реальний економ1чний е<рфект в розм1^ pi 1 млрд.114 млн.467 тис.крб. 1 15 млрд.380 млн.286 тис.крб. в ц1нах 1994 та 1995 рок1в в1дпов1дно.

Одержан1 в робот1 результати використовуються в учбовому про-цес1 Дерлавно1 металург1йно1 АкадемИ Укра1нн при п1дготовц1 студен-т1в за спец1альи1стк> 7.090401 "Металург1я чорних метал1в".

О Основний зм1ст дисертацИ опубл1ковано

у роботах:.

1. Совершенствование технологии производства малофосфористого шлака //А.В.Коваль, П.Ф.Мироненко, Т.Д. Ткач, Е.В.Лапин, В.А.Гладких/Сталь , 1995, »6,С.34-38.

2. Формирование структуры офлюсованного марганцевого агломерата и поведение его в процессе восстановления //А.В.Коваль,11.Ф.Миро-ненко,В.А.Кладких,В.В.Кривенко, В.В.Лапин/Проблемы металлургического производства. - К.Техника:1993,С.43-49. »

3. Оценка форм проявления фосфора в марганцевых оксидных материалах методами РФЭС и ЯМР //М.И.Гасик, А.В.Коваль, В.А.Гладких, П.Ф.Мирокенко, И.П.Нагибин, Е.В.Лапин, А.М.Кордубан, В.В.Трачевский.' "Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов,ферросплавов и других неорганических материалов":-Тез.докл.междунар.науч.практ.конф.-Днепропетровск.-1994г.С70-71.

4. Исследование и внедрение технологии выплавки малофосфористого шлака повышенного качества//А.В.Коваль, П.Ф.Мироненко,Е.В.Лапйн, Т.Д.Ткач, В.А,Гладких,И.И.Люборец/"Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов,ферросплавов и других неорганических материалов".-Тез.докл.междунар. науч.практ.конф.-Днепропетровск.-1994г.С.36-37.i*

5. Повышение эффективности производства силикомарганца с пониженным содержанием фосфора//А. В .Коваль, П.Ф.Мироненко,Т. Д .Ткач,

В.А.Гладких,Е.В.Лапин /"Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов,ферросплавов и других неорганических материалов".-Тез.докл.междунар.науч.практ.конф Днепропетровск.-1994^.С.124-125.

6. Освоение технологии выплавки малофосфористого шлака в герметичной электропечи РКГ-2 2,5МВА.//А.В.Коваль,П.Ф.Мироненко,Е,В,Лапин . /"Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов,ферросплавов и других неорганических материалов":-Тез.докл.межяунар.науч.практ.конф.-Днепропетровск. -1994г.С.121-122.

7. Промышленное освоение технологии производства силикомарганца с пониженной концентрацией фосфора.//И.Г.Кучер,А.В.Коваль,Т.Д.Ткач, Б,Ф.Величко,И.И.Люборец,Е.В.Лапин,П.Ф.Мироненко. /Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов, ферросплавов и других Неорганических материалоВ!-Тез.докл. междунар.науч.практ.конф.-Днепропетровск.-1994г.С.145-146.

8. Экспериментальные исследования физико-химической природы фосфора в марганцевом сырье/М.И.Гасик,А.В.Коваль,П.Ф.Мироненко,

Е.В.Лапин,В.А.Гладких//ГМетАУ!-Днепропетровск.-1995г.-18с.Рус.деп.в ПНТБ Украины,0660- УК 95.

9. Исследование поведения фосфора при выплавке марганцевых сплавов /А.В.Коваль, П.Ф.Мироненко.И.И.Люборец, Е.В.Лапин //ГМетАУ,-Днепропетровск,-1995.-16с.Рус.деп. в ДНТБ Украины,»658 -УК 95.

10. Регулирование восстановления кремния при получении высокоуглеродистого ферромарганца и силикомарганца, в мощных рудовосстанови-тельных печах/ П.Ф.Мироненко,А.В.Коваль,Т.Д.Ткач,Е.В.Лапнн//ГМетАУ.-Днепропетровск.-1995.-17с. Рус.деп.в ДНТБ Украины,» 659- УК 95.

По дисертацИ одержан1 патенти Рос1йсько1 ФедерацИ: »2031134, 2031178, 2047664, 2048581.

АННОТАЦИЯ

Лапин Е.В. Исследование и разработка рациональной технологии производства силикомарганца с пониженным содержанием фосфора в мощных рудовосстановительных электропечах.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02.-"Метал- 4 лургия черных металлов", Государственная металлургическая Академия Украины,Днепропетровск,1996 г.

Работа посвящена решению актуальной проблемы повышения качества и эффективности производства силикомарганца из бедного марганцево-рудного сырья. Исследована природа фосфора в марганцевых рудах

Никопольского месторождения,экспериментально и теоретически обоснованы особенности восстановления марганца и кремния при выплавке си-ликомарганца в мощных рудовосстановительных электропечах, исследована и усовершенствована технология выплавки малофосфористого шлака, разработана и освоена технология получения марганцевого агломерата с гранулированным малофосфористым шлаком, освоена и внедрена а промышленность технология выплавки силикомарганца с пониженным содержанием фосфора, обеспечивающая его конкурентноспособность на миробом рынке.

t Фосфор, кремн1й, маргаиець, термод1нам1ка, агломерац1я, дефос-форац1я, виплавка сил1комарганцю.

ANNOTATION

Lapin Yevgeni Vladimirovich. Research and development of rational technology of SiMn production with reduced phosphorus content into high-powered reduction electric furnaces.

Thesis for competition of technical candidate's degree on the speciality 05.16.02 - "Metallurgy of ferrous metals", State Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1996,

This work is intended for solution of actual problem of quality and efficiency increase while making SiMn of low-grade manganese ore and reflects the following technical and production phenomena: phosphorus nature in the manganese ores in Nikopol manganese ore deposit has been analysed and studied; peculiarities of manganese and silicon reduction whil-e smelting silicomanganese into high-powered reduction electric furnaces have been theoretically and experimentally researched and substantiated; technology Of low-phosphorus content slag smelting has been studied and updated; technology of ¡nanganese sinter production with granulated low-phosphorus content slag has been -developed and put into practice; technology of SiMn smelting with reduced phosphorus content has been developed and put into production that provided its competitivness at the world market.

Phosphorus, silicon, manganese, thermodynamics, sintering, dephosphorization, silicomanganese smelting.

АВТОРЕФЕРАТ В1дпоа1дальннй за вилусх Ю. С. Пан1отов

Пшписано до друку 16.04.96. Формат 60x84/16. Пап1р друкарський. ОфсетниЙ друк. Умовн. друк. арк. 0,93. Умовн. фарб.-вщб. 0,93. Тираж 50. Замовлення N 318. Видавничо-пол1'граф1чне орскдне тдпркемство мДжпро* ВПОП "Дншро", 320070, м. Дншропетровськ, вул. Серова, 7.