автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка, исследование и внедрение ресурсосберегающей технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

ОД

: 2 МАЙ 1983

На правах рукописи

Чумаков Анатолий Адольфович

УДК 669.15*74 - 198.001.2 + 330.15

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОМАРГАНЦА

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов> •

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск 1998

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Государственной Металлургической Академии Украины.

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Гладких Владимир Андреевич кафедра электрометаллургии ГМетАУ

Официальные оппоненты: Доктор технических наук Цивирко Эдуард Иванович, профессор кафедры машин и технологии литейного производства Запорожского Государственного Технического Университета

Кандидат технических наук Шестаковский Олег Флорович заведующий отделом ферросплавов института "Гипросталь"

Ведущая организация - Запорожская Государственная Инженерная

Академия Украины

Защита состоится " 1938 г- в /¿Г час-

на заседании специализированного ученого совета К 08.084.01 Государственной Металлургической Академии Украины (320635, Днепропетровск, пр.Гагарина, 4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной Металлургической Академии Украины.

'Ж 03

Автореферат разослан - - 1998 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат технических наук, доце1^^^^^^1^^Ю.С.Паниото:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Главным направлением развития черной металлургии является улучшение качества и увеличение выпуска новых высокоэффективных видов металлопродукции, в том числе легированных сталей, производство которых невозможно без использования рафинированных марганцевых ферросплавов .

Несмотря на значительные успехи в развитии ферросплавного производства, проблема рационального использования марганца в последние годы приобрела особое значение . Главной причиной этого является постоянно ухудшающееся качество добываемых марганцевых руд, а также высокая стоимость исходных шихтовых материалов и электроэнергии . В связи с этим вопросы совершенствования технологии производства рафинированных сплавов марганца продолжают оставаться актуальными и требуют проведения дальнейших теоретических, лабораторных и промышленных исследований .

Важным направлением дальнейшего совершенствования технологии выплавки и повышения эффективности получения марганцевых ферросплавов является обоснование, разработка, исследование и внедрение рациональных технологий утилизации отходов производства . Получе" ние марганцевых ферросплавов связано с неизбежными потерями марганца на разных стадиях производства в оксидной форме - отвальные шлаки, шламы и пыль газоочисток (до 15 %) ; в виде восстановленного металла - металлотходы разливки и отсев фракционирования (некондиционная мелочь) - 5-20 % от исходной массы сплава . Связь работы с научными программами, планами, темами. Решению проблемы разработки ресурсосберегающей технологии среднеуглеро-дистого ферромарганца посвящена настоящая работа, выполненная в соответствии с программами Государственного комитета по науке и новым технологиям Украины (шифр 05.42.05/123-93) и Министерства образования Украины (N21 раздел 3.2 на 1992-1994 гг.) . Цель и задачи исследования. Целью работы является физико-химическое обоснование возможности производства среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в составе шихтовых материалов отходов марганцевых ферросплавов в качестве ее металлической части, поиск перспективных технологических схем получения сплава с применением в качестве оксидной части шихты марганецсодержащего сырья различной степени окисленности, освоение и внедрение предложенных тех-

нологий

Научная новизна полученных результатов:

- на базе критического анализа существующих методов получения среднеуглеродистого ферромарганца, баланса марганца, фосфора и углерода обоснованы и определены главные направления совершенствования технологии производства сплава с применением металлических и оксидных марганецсодержащих материалов;

- на основании новейших данных рассчитаны термодинамические характеристики сплавов Ре-Мп-31 и равновесных с ними шлаковых расплавов системы СаО-МпО-ЗЮг , рассчитаны стандартное изменение энергии Гиббса , логарифм упругости диссоциации и определены условия термодинамической прочности и термической диссоциации оксидов марганца и кремния;

- с применением метода оценки кислородного потенциала оксидов марганца и кремния, равновесных с металлическими и оксидными расплавами различного состава , рассмотрены физико-химические особенности и установлены оптимальные термодинамические параметры восстановления оксидов марганца кремнием силикомарганца;

- установлена зависимость остаточного содержания кремния в желе-зомарганцевом сплаве от состава шлакового расплава, концентрации марганца в нем, степени окисленности марганца и основности шлака;

- определен и теоретически обоснован механизм рафинирования металла от остаточного кремния на конечной стадии технологического процесса;

- экспериментальными исследованиями в промышленных условиях определена кинетика образования среднеуглеродистого ферромарганца из руднофлюсового расплава .

Практическое значение полученных результатов:

- выполнен баланс марганца, фосфора и углерода при получении среднеуглеродистого ферромарганца силикотермическим способом и на его основе определены направления интенсификации технологического процесса ;

- разработана и внедрена в производство ресурсосберегающая элект-росиликотермическая технология получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в качестве восстановителя отсева фракционирования товарного силикомарганца МнС17 (патент Украины N 20378);

- разработана, исследована и внедрена в производство технология

- з -

получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в составе рудной части шихты железорудных окатышей и' марганцевого концентрата , металлической части - отсева фракционирования высокоуглеродистого ферромарганца ;

- разработана, исследована и освоена в промышленных масштабах технология получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в качестве рудной части шихты высококачественных высоко-окисленных марганцевых руд .

Разработанная ресурсосберегающая технология получения среднеуглеродистого ферромарганца внедрена в производство в условиях ОАО "НЗФ" .

Личный вклад автора диссертации в разработку научных положений и достижение практических результатов заключается в том, что все исследования и практические эксперименты проведены при непосредственном участии автора или под его руководством . Обобщение результатов работы проведено автором самостоятельно . Апробация результатов диссертации.Основные научные положения и практические результаты работы доложены на Международной научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов, ферросплавов и других неорганических материалов" (Днепропетровск, 1994 г.) ; Международной научно-практической конференции "Теория и практика электротермии ферросплавов" (Никополь, 1996 г.) ; Научно-технической конференции "Совершенствование производства ферросилиция" (Новокузнецк, 1997 г.) ; заседаниях научно-технического совета ОАО "НЗФ" и научных семинарах кафедры электрометаллургии ГМетАУ .

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 13 печатных трудах, в том числе: 3 статьи в научных журналах, 6 статей в материалах и трудах международных конференций, 3 тезиса докладов, получен 1 патент Украины .

Структура и объем работы.Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 138 наименований, приложения и содержит 130 страниц машинописного текста, 24 рисунка, 35 таблиц . Автор искренне благодарит академика HAH Украины, докт.техн.наук, проф. М. И. Гасика , докт.техн.наук,проф.В.А.Гладких , канд.техн. наук,доц.В.Ф.Лысенко, сотрудников ГМетАУ и ОАО "НЗФ" за неоценимую помощь в проведении исследований, обобщенных в диссертации .

- 4 -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Анализ современного состояния технологии производства сред-неуглеродистого ферромарганца .

В работе систематизированы и обобщены данные о различных способах получения средне- и низкоуглеродистых сплавов марганца, качественных и количественных характеристиках процесса .

В странах СНГ получение среднеуглеродистого ферромарганца осуществляется электросиликотермическим способом, который основан на восстановлении оксидов марганца кремнием силикомарганца .

В связи с дефицитом высококачественных марганцевых руд действующие технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца включают стадию предварительной электрометаллургической дефосфо-рации исходного марганцевого сырья или восстановителя, что обусловливает низкие технико-экономические показатели производства сплава (суммарное извлечение марганца на ОАО "ЗЗФ" не превышает 53,8 Z, на ОАО "ЗФЗ"- 61,1 %).

Для получения стандартного по содержанию марганца и фосфора сплава используется низкофосфористый передельный силикомарганец (73-75 % МП; 18-20 % Si; 0,10-0,12 Z Р) (ОАО "ЗЗФ") И малофосфористый марганцевый шлак (МШ) (40-45 Z Мп; 0,012-0,017 Z Р) (ОАО "ЗФЗ") . Анализ баланса марганца показывает, что восстановление марганца в сплав из марганцевого концентрата 1 сорта (ОАО "ЗЗФ") составляет 16-17 Z, а из МИН (ОАО "ЗФЗ") - 41-43 Z . Доля марганца в среднеуглеродистом ферромарганце, вносимого силикомарганцем, равна 83-85 Z (ОАО "ЗЗФ") и 50-59 % (ОАО "3<Xö") . Основное количество углерода в сплав переходит из восстановителя - силикомарганца - 82-84 Z (ОАО "ЗЗФ") и 69-72,5 X (ОАО "ЗФЗ") . Электроды вносят в сплав углерода 12,5-14,5 % - (ОАО "ЗЗФ") и 13,5-15,5 X -(ОАО "ЗФЗ") . В балансе фосфора по технологии ОАО "ЗЗФ" доля марганцевого концентрата 1 сорта составляет 58-60 %; по технологии ОАО "ЗФЗ" : МФШ - 2,5-3,5 Z, товарного силикомарганца - 87-89 Z и передельного силикомарганца 8-9 X . Полезное использование кремния на восстановление оксидов марганца и железа составляет 25-36 X (ОАО "ЗЗФ") И 54-63 X (ОАО "ЗФЗ") .

Повышение технико-экономических показателей производства среднеуглеродистого ферромарганца , может быть достигнуто использованием некондиционных фракций марганцевых ферросплавов в качестве

металлической части шихты (взамен товарного силикомарганца) и вы-сокоокисленных руд и концентратов в качестве рудной части (взамен ШШ) .

2.Физико-химические особенности сшшкотермического восстановления оксидов марганца при получении среднеуглеродистого ферромарганца.

Процесс образования среднеуглеродистого ферромарганца можно

описать следующими реакциями :

2(МП3О4) + CSUsiMn " 6(MnO) + (S102); (1)

(МП3О4) + 2CSi]SiMn - ЗСМп] + 2(Si02); (2)

2(MnO) + [Si]SiMn ~ 2[Mn] + (Si02). (3)

Величина стандартного изменения свободной энергии взаимодействия кремния с гаусманитом заметно выше, чем с манганозитом . Восстановление МП3О4 кремнием, в свою очередь, протекает преимущественно по реакции (1) .

Равновесие реакций (1)-(3) описывается следующими уравнениями: ûf(MnO) "Q.(SiO^) T6(MnO) ' V(Si02) 'X6(MnO) "X(Si02)

Кр(1) - ----,(4)_

CL2(Mn^oi^) 'dcsn ï2 (Mn30^) ' ï [Si Г X2 (Мп3Оч) ■ X C5i 3 Qj^CMn] "a2(SiO,) r3[Mn3"i2(SiO,) "X3CMn]"X2CSi02)

Kp(2) " —---- .(5)

Û-(Mn304)'Û^CSil V(Mn30^)'T2CSi] 'XcMnjO^)*X2[Si] (jf [Mn3'û(SiOo) V2CMnrï(Si0p) "X2CMn] 'X(SiOo)

Kp(3)------ .(6)

Ct2(MnO) 'desi] ï2(Mno>"rtSi3' x2(MnO)-X[Si] Анализ уравнений (4)-(6) показывает, что полнота восстановления оксидов марганца зависит от состава оксидной и металлической фаз - активности оксидов в шлаке и активности марганца и кремния в металле .

Для оценки физико-химических особенностей сшшкотермического восстановления в качестве базового был-использован метод оценки кислородного потенциала ведущих оксидов - МП3О4, МпО и ЗШг, равновесных с металлическими и оксидными расплавами различного состава :

rtoCMnjCty) - AG^Mn^) + 0,5RT LnûiMn^O^) - 1.5RT LnQ(MnO) (?) rto(MnO) - ÛG°(MnO) + 2RT LnQiMnO) ~ 2RT LnûcMn] (8)

*o(Si02) - AG0(SiO2) + RT LnÛ(Si02) - RT LnQ[Si3 (9)

, 'Рицательная величина (Ло(зю , - * ° чем больше от*

-рол« ~ 02с~

благоприятные «¿¿^ р ~

НОИ стадии технологического процесса (18 % ~ аЛ'~

Д„

жание ^^

_ деленного состава термодинамически

%

С оксидным расплавом олре-не. может восстановить марганец

-400 -450 -500 -550 -600 -650 -700

г..

\х/

—.— ——- ______

—• -'•'1 ~ * — -

1 ■ 1 ■ "

.......— — —... _ ... _

О

Рис.1.

4

б

/2 /6

Изменение кислородных потенциалов (Х(МеО)) МпоО, МпО

¿»^Л0*0^™* в зависимости от сЗд^жания

кремния в равновесном сплаве (Т=1873 К) д у

24 25

1,2,3

уравнение (9) при ч1.и;2-0.Т; 3-0,01

4,5,6,7-уравнение(8) прч[1(Ш0) .4-1,0; 5-0,5:6-0.2:7-0.1 8,9 -уравнение (7) при{2(Мп 0 )8 -0,05; 9-0,01

При заданных параметрах плавки (1873 К, СаО/БШг - 1,4 - 1,6), обеспечивающих оптимальные технологические параметры процесса, содержание кремния в сплаве не снижается менее 5-7 % при концентрации МпО в шлаке 15-20 %. (рис.1).

Для рафинирования металла от кремния на заключительной стадии технологического процесса необходимо присутствие в шлаковом расплаве оксида марганца, обладающего повышенным кислородным потенциалом по сравнению с МпО, каким является гаусманит. Сравнение кислородных потенциалов БЮг и МП3О4 показывает, что даже При малых концентрациях гаусманита в оксидном расплаве становится термодинамически возможно осуществить рафинирование металла от остаточного кремния (рис.1). Наличие в шлаке среднеуглеродистого ферромарганца соединений, в которых марганец находится в валентных состояниях более двух подтверждено петрографическими исследованиями. Равновесное содержание МП3О4 в шлаке, рассчитанное с учетом термодинамических характеристик металлического и оксидного расплавов, позволяющее получить стандартный сплав (< 3,0 % в зависимости от величины активности кремнезема составляет 2,15-4,3 %.

3.Разработка, исследование и освоение технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием металлог-ходов марганцевых ферросплавов .

Экспериментальные исследования по разработке технологии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца проводили в рафинировочной электропечи мощностью 240 кВ'А с целью определения рационального соотношения в составе шихты восстановителя - отсева фракционирования МнС17 и высококремнистого силикомарганца марок МнС22 -МнС25 , металлодобавки - отсева высокоуглеродистого ферромарганца ФМн78 и рудной части (табл.1) . Баланс элементов при выплавке среднеуглеродистого ферромарганца показал, что в общем количестве внесенного марганца на долю ШШ приходится 51-61 %, металлической части шихты - 39-49 %; 74,9-79,8 % вносимого фосфора переходит в сплав, основным источником его поступления является металлическая часть шихты, в том числе отсев высокоуглеродистого ферромарганца вносит 19,7-20,2 У, фосфора .

; Таблица 1

Основные показатели выплавки среднеуглеродистого ферромарганца в рафинировочной электропечи мощностью 240 кВ'А

Показатели | Варианты

1 1 2 | 1 | 3 4

Расход материалов, кг/т | 1 1 1 1

Отсев МнС17 | 880 1 — 1 -- 485

Отсев ФМн78 | — 1 -- 1 120 130

МнС22 | — | 760 | 670 --

МнС25 | — 1 — 1 — 250

МНИ | 1670 | 1900 | 1750 1950

Известь | 880 | 1250 | 1200 1170

Расход электроэнергии,кВт'ч/т| 2850 | 2600 | 2500 2730

Кратность шлака | 2,1 1 2,7 | 2,35 2,7

Распределение марганца, % | 1 1

- в металл 1 66,0 1 67,0 | 68,7 68,2

- в шлак | 20,3 1 23,0 | 21,6 28,?

- в улет | 13,7 1 11.0 1 9,7 8,6

Полученные результаты послужили основой для разработки и освоения технологии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца в промышленной электропечи СКВ - 6063 (мощность трасформагора 2,5 МВ-А, диаметр ванны 1800 мм, глубина ванны 1200 мм, диаметр электродов 350 мм) плавильного цеха N 9 ОАО "НЗФ" . В качестве шихтовых материалов использовали отсев фракционирования товарного силикомарганца (фр.0-20 мм), МФШ (фр.0-50 мм) и известь (фр.0-50 мм). Достигнутые технике-экономические показатели производства сплава в период освоения "технологии представлены в табл.2 (вар.1).

Исследование кинетики процесса получения среднеуглеродистого ферромарганца в промышленных условиях показало, что основное развитие силикотермические реакции восстановления оксидов марганца получают во время расплавления шихты, к концу периода плавления происходит образование стандартного, за исключением кремния, сплава (рис.2) . Рафинирование металла от остаточного кремния производили продувкой расплава сжатым воздухом .

68 87

6 5

4

3 2

№

86 85 84 83 82

- ? 'Начало

продубки

15 2р 25

Конец

продувки

Время7 миа

Рис.2. Изменение химического состава металла по ходу плавки среднеуглеродистого-ферромарганца

I - [Ш]\ 2 - /С/; 3 -[3(7

4.Промышленное внедрение и совершенствование технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца в условиях ОАО "НЗФ".

Результаты термодинамических исследований и промышленного освоения производства среднеуглеродистого. ферромарганца послужили основой для разработки направлений совершенствования технологии выплавки сплава включающих (табл.2):- примение марганецсодержащих металлодобавок, в частности отсева высокоуглеродистого ферромарганца (вар.2), позволяющих повысить извлечение марганца ;

- использование в качестве окисной части шихты рудных компонентов, содержащих оксиды с более высоким кислородным потенциалом, по сравнению с МпО малофосфористого шлака - железорудных окатышей (вар.З) и марганцевых руд (вар.5) и концентратов (вар.4), позволяющих снизить остаточную концентрацию кремния, повысить экзотер-мичность процесса и технико-экономические показатели производства.

Таблица 2

Технико-экономические показатели производства среднеуглеродистого ферромарганца по различным вариантам

Варианты

Показатели | 1 2 3 1 4 1 5

Удельный расход шихтовых| 1 1

материалов, кг/баз.т | 1

Отсев МнС17 | 1010 960 990 | 930 1150

Отсев ФМн78 | -- 59 -- 1 — --

ШИ (48 X Мп) | 1115 1065 1095 | 885 --

Марганцевый концентрат | -- -- -- | 330 —

Марганцевая руда | -- -- -- 1 800

Железорудные окатыши | -- -- 62 1 " --

Известь | 990 950 970 | 920 560

Удельный расход электро-| 1

энергии, кВт-ч/баз.т | 2650 2580 2610 | 2220 1950

Извлечение марганца, % | 66,5 67,3 67,7 | 66,9 70,1

Проведенные промышленные испытания позволили определить оптимальное соотношение в составе шихты отсева высокоуглеродистого ферромарганца, железорудных окатышей ,и марганцевого концентрата 1 сорта и разработать технологию получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в качестве рудной части шихты высококачественной высокоокисленной марганцевой руды, что позволило полностью исключить период продувки и обеспечило повышение технико-экономических показателей процесса (табл.2) .

Значительное сокращение расхода окисного марганецсодержащего сырья и повышение экзогермичности процесса получения сплава по разработанной технологии способствует снижению расхода электроэнергии на стадии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца (на

26,4 X), и сквозного расхода (на 14,6 X), с учетом исключения стадии выплавки малофосфористого шлака (рис.3).

ЬЙШШ, ($)..-. 1014,2кВт'ч

СМн 88, (3-1;05о). 2650 кБт'ч

МнС 17"(53,0^ 4135,96 кВт'ч

7801,16 кВт'ч (100 %)

ФМн 83-| (29^^);; 1950 кВт-ч

иШЩщ®*.-^- 4710,4 кВт*ч 1г= 6660,4 кВт'ч (100 %)

т

Баланс сквозного расхода электроэнергии при получении среднеуглеродистого ферромарганца с использованием:

Рис.3.

б) внсокоокисленной марганцевой руды

5.Экономическая эффективность и экологические аспекты разрабо-.танной ресурсосберегающей технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца .

Оценка экономической эффективности разработанной технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца показала, что себестоимость сплава снижается: эй счет замены товарного силикомарган-< ца отсевами фракционирования - на 12,06 введения в шихту мар- ■'■' ганцевого концентрата 1 сорта - на 2,0 сокращения удельного расхода электроэнергии и электродов - на 1,98 % .

Себестоимость получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в качестве рудной части шихты высококачественной высокоокисленной марганцевой руды уменьшается.на 21,38 X, в том числе замена М® марганцевой рудой приводит к снижению себестоимости на 10,3 7. .

Реальный экономический эффект от внедрения технологии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца с применением высокоокисленных марганцевых руд и концентратов за период 1996-1997 гг. составил 183876 грн.

В период освоения разработанной технологии исследовалось состояние воздушной среды, с целью определения содержания.оксидов марганца на рабочих местах обслуживающего персонала . Проведенные замеры состояния воздушной среды показали, что содержание марганца (в пересчете на МпОг) в воздухе рабочей зоны находится в пределах 0,15-0,22 мг/м3 и не превышает ЦЦК по ГОСТ 12.1.005-88 . Снижение улета марганца при получении сплава было обеспечено сокращением а в последующем ликвидацией периода продувки и внедрением автоматической системы дозирования и загрузки шихты .

ВЫВОДЫ

Основным итогом настоящей работы является разработанная , освоенная и внедренная на ОАО "НЗФ" в производство ресурсосберегающая технология выплавки среднеуглеродистого ферромарганца .

Решение поставленных задач было достигнуто в результате проведения теоретических , лабораторных и промышленных исследований с применением современных методов и средств физико-химического анализа и математической обработки экспериментальных данных , позволивших сделать следующие обобщения и выводы :

1. Выполнен баланс марганца, кремния, углерода , фосфора и показано, что повышение эффективности производства сплава сдерживается необходимостью электрометаллургической дефосфорации исходного марганецсодержащего сырья ; суммарное извлечение марганца в сплав не превышает 53,8-63,2 определены дальнейшие направления совершенствования технологии и повышения технико-экономических показателей процесса путем использования вместо товарного силико-марганца его отсева фракционирования ; применения марганецсодер-жащих металлодобавок ; использования в шихте рудных оксидных высокоокисленных марганец- и железосодержащих материалов для конечного рафинирования сплава.

2. Проведена классификация , количественный и качественный анализ металлотходов марганцевых ферросплавов , образующихся на ОАО "НЗФ" , и показано , что одним из наиболее эффективных и практически реализуемых методов переработки отсева фракционирования

(некондиционной мелочи) товарного силикомарганца и высокоуглеродистого ферромарганца , отличающихся стабильным химическим .гранулометрическим составом и физическими свойствами , выход-которых составляет 5-20 % от массы товарного сплава , является их применение для выплавки среднеуглеродистого ферромарганца .

3.Рассчитаны термодинамические характеристики марганца, кремния и их оксидов в металлических и шлаковых расплавах с применением новейших термодинамических данных . Установлены взаимозависимости между равновесным составом металлического расплава Ре-Мп-БЬС и оксидной системой СаО-МпО-ЗШг различного состава , их вариативность при изменении температуры .

4.Теоретически обоснованы и рассчитаны пределы содержания кремния в среднеуглеродистом ферромарганце равновесного с оксидными расплавами системы СаО-МпО-ЗЮг , которые по приведенному составу отвечают реальным шлакам, и показано, что равновесная концентрация кремния в металле составляет 5-7 % при содержании МпО в конечном шлаке 15-20 % , что подтверждается производственной практикой . Установлено, что для рафинирования металлического расплава Ге-Мп-31-С от кремния необходимо присутствие в шлаковом расплав? оксидов марганца , обладающих более высоким кислородным потенциалом по сравнению с манганозитом ; снижение содержания кремния в сплаве менее 3 £ обеспечивается при концентрации 2,15-4,3 У. Ш3О4 в конечном шлаке .

5.В промышленных условиях цеха N9 ОАО "НЗФ" по результатам лабораторных исследований в электропечи СКБ-6063 освоена и внедрена ресурсосберегающая технология выплавки среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в качестве шихтовых материалов ШЭД , отсева товарного силикомарганца и извести . Исследования кинетики силикотермического восстановления оксидов марганца показали , что содержание кремния в сплаве в конце периода плавления составляет 5-8 % при остаточной концентрации МпО в шлаке 17-20 X. Снижение содержания кремния до уровня, отвечающего требованиям стандарта (< 3,0 X) обеспечивается путем продувки металлического расплава сжатым воздухом . Суммарное извлечение марганца в сплав в период освоения технологии находилось в пределах 62-72 7. , кратность шлака 2,3-2,4 , основность шлака 1,4-1,54 при содержании в нем марганца 13,4-15,9 1 и удельном расходе электроэнергии 2650-3850 кВт•ч/баз. т .

6. В работе проведены исследования по совершенствованию раэрабо-

тайной технологии путем использования в составе шихты металлодо-бавок и рудных материалов . Использование в составе шихты отсева высокоуглеродистого ферромарганца в количестве 6 X от массы товарного силикомарганца увеличило производительность печи на 3,4 X снизило удельный расход отсева силикомарганца на 4,9 % , КШ11 на 4,5 7, и повысило извлечение марганца на 0,8 % . Применение железорудных окатышей, в количестве 2 % от массы шихтовых материалов, сократило длительность продувки на 20-30 X, извлечение марганца возросло на 1,2 %, а его содержание в отвальном шлаке снизилось на 1,7 % . Введение в состав шихты ошсиого марганцевого концентрата 1 сорта обеспечило снижение расхода МШ и отсева товарного силикомарганца на 20 и 11,9 7, соответственно , уменьшило расход электроэнергии на 16 X и сократило длительность продувки на 50 X.

7.в промышленных условиях разработана , исследована и внедрена технология получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в качестве оксидной части шихты высококачественной высо-коокисленной марганцевой руды, позволившая устранить из технологической схемы производства стадию предварительной электрометаллургической дефосфорации исходного марганецсодержащего сырья -выплавку МФШ, что способствовало значительному сокращению расхода электроэнергии, как сквозного (на 14,6 %) так и на стадии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца (на 26,4 %) . Разработанная технология позволила исключить из технолоческого процесса период продувки расплава сжатым воздухом; при этом производительность печи возросла на 21,5 % , извлечение марганца - на 3,6 % , уменьшился удельный расход окисного марганцевого сырья и извести на 28,2 и 43,4 7, соответственно .

8.Сравнительная оценка экономической эффективности разработанной и усовершенствованой технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца с применением в качестве восстановителя отсева фракционирования товарного силикомарганца , в качестве рудной части шихты смеси МФШ с марганцевым концентратом 1 сорта и высококачественной високоокисленной марганцевой руды показала , что себестоимость получения сплава снизилась на 16,3 % и 21,3 X соответственно по сравнению с действующими технологиями . С учетом затрат на организацию и освоение технологии реальный экономический эффект за период 1996-1997 гг. составил 183876 грн.

9.Сокращение длительности периода продувки , а в последующем полная его ликвидация , внедрение усовершенствованой системы дозиро-

вания и загрузки шихты в печь , установка на печи современной системы очистки газов позволили улучшить санитарно-гигиенические условия труда за счет снижения пылегазовых выбросов .

Основное содержание диссертации опубликовано в работах .

1.Освоение технологии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца в условиях АО "Никопольский завод ферросплавов". / М.И.Гасик, В.М.Статива, В.А.Гладких, В.Ф.Лысенко и А.А.Чумаков // Сталь.-1996.- N2.- С.29-31.

2.Совершенствование технологии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца. / М.И.Гасик, A.B.Коваль, В.А.Гладких, А.А.Чумаков и В.Ф.Лысенко //Сталь.- 1997.- N9.- С.29-32.

3.Исследование технологии выплавки силикомарганца бесшлаковым процессом. / В.А.Гладких, Г.Д.Ткач, В.Ф.Лысенко, А.А.Чумаков, Д.А.Лях, Ю.В.Дедов // Металлургическая и горнорудная промышленность.' 1997,- N2.- С.22-25.

4.Физико-химические особенности восстановления кремния при получении силикомарганца. / И.Г.Кучер, А.А.Чумаков, В.А.Гладких,

B.Ф.Лысенко//Совершенствование производства ферросилиция.-Матери-* алы научно-технической конференции.- Новокузнецк:-1997.- С.21-28.

5.Исследование и разработка технологии получения силикомарганца с применением металлоотходов марганцевых ферросплавов. / В.А.Гладких, Г.Д.Ткач, В.Ф.Лысенко, А.А.Чумаков, А.П.Александров //Совершенствование производства ферросилиция.- Материалы научно-технической конференции.- Новокузнецк:- 1997.- С.319-323.

6.В.А.Гладких,В.Ф.Лысенко, А.А.Чумаков Термодинамические особенности получения среднеуглеродистого ферромарганца //Труды международной научно-практической конференции "Теория и практика электротермии ферросплавов".- Никополь.- 1996.- С.37-38.

7.Исследование технологии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца с применением отходов марганцевых ферросплавов. / И.И.Любо-рец, В.А.Гладких, Г.Д.Ткач, В.Ф.Лысенко, А.А.Чумаков, А.П.Александров //Труды международной научно-практической конференции "Теория и практика электротермии ферросплавов".- Никополь.-1996,- С.116-117.

8.Промышленное освоение технологии выплавки среднеуглеродистого ферромарганца в условиях ОАО НЗФ. / A.B.Коваль, И.И.Люборец,

C.Г.Гриценко, М.И.Гасик, В.М.Статива, В.А.Гладких, Г.Д.Ткач,

И.Г.Кучер, В.Ф.Лысенко, П.Ф.Мироненко, А.А.Чумаков, А.П.Александров //Труды международной научно-практической конференции "Теория и практика электротермии ферросплавов".- Никополь.- 1996.-С.111-112.

9.Исследование влияния состава силикомарганца, температурного и технологического режимов разливки на качество слитка сплава. / И.И.Люборец, Ю.Б.Дедов, В.А.Гладких, В.М.Катунин, В.Ф.Лысенко, Г.Д.Ткач, Е.В.Лапин, И.Ю.Филиппов, ' А.А.Чумаков, Д.А.Лях, А.А.Мельниченко //Труды международной научно-практической конференции "Теория и практика электротермии ферросплавов",- Никополь.- 1996.- С.123-125.

10.Патент Украины N 20378 С21С 5/00. Шихта для виплавки середнь-овуглецевого феромарганцю/ Коваль О.В., Гас1к М.I., Люборець I.I., Стат1ва В.М., Гладких В.А., Ткач Г.Д., Кучер 1.Г., Дедов Ю.Б., Емельянов O.A., Лисенко В.Ф., Мироненко П.Ф., Чумаков A.A., Олександров А.П., Кагляк В.У., Чумаков А.А.;Приоритет 19.05.95; Опубл.15.07.97.Бюл.N3.

11.Структурно-фазовые равновесия в промышленных сплавах на основе марганца. / М.И.Гасик, В.А.Гладких, В.Ф.Лысенко, П.Ф.Мироненко, A.B.Коваль, А.А.Чумаков //Тезисы докладов международно^ научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов, ферросплавов и других неорганических материалов".- Днепропетровск.-1994,- С.101-103.

12.Исследование технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца методами рафинирования. / М.И.Гасик, В.А.Гладких, С.Г.Гриценко, И.И.Люборец, В.Ф.Лысенко, А.Г.Ященко, А.А.Чумаков //Тезисы докладов международной научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов, ферросплавов и других неорганических материалов".- Днепропетровск.- 1994.- С.105-106.

13.Свойства и состав металлоотаодов производства марганцевых ферросплавов. / И.И.Люборец, В.А.Гладких, Г.Д.Ткач, А.А.Чумаков, А.П.Александров, А.А.Мельниченко, В.Ф.Лысенко //Тезисы докладов международной научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов, ферросплавов и других неорганических материалов".- Днепропетровск.- 1994,- С.120-121.

- 17 -АННОТАЦИЯ

Чумаков A.A. Разработка , исследование и внедрение ресурсосберегающей технологии получения среднеуглеродистого ферромарганца.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных металлов.-Государственная Металлургическая Академия Украины,Днепропетровск, 1998.

Диссертация посвящена решению проблемы повышения эффективности производства среднеуглеродистого ферромарганца . На основе анализа существующих методов получения среднеуглеродистого ферромарганца, баланса элементов, определены направления совершенствования технологии. Проведена классификация, количественный и качественный анализ металлоотходов марганцевых ферросплавов. Исследованы физико-химические особенности силикотермического восстановления оксидов марганца, с применением метода оценки кислородного потенциала оксида, равновесного с металлическими и шлаковыми расплавами различного состава рассчитаны термодинамические условия и определен механизм рафинирования металла от остаточногов кремния. В лабораторных и промышленных условиях разработана, исследована и внедрена на ОАО "НЗФ" технология получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в составе металлической части шихты металлоотходов марганцевых ферросплавов, рудной части - высокоокисленных марганец- и железосодержащих материалов. Ключевые слова: среднеуглеродистый ферромарганец, металлоотходы, термодинамика, кислородный потенциал, технология, разработка, внедрение, эффективность .

АН0ТАЦ1Я

Чумаков A.A. Розробка, досл1дження та впровадження ресурсозаощад-жувально! технологи отримання середньовуглецевого феромарганцю . Рукопис.

Дисертащя на здобуття вченого ступеня кандидата техн1чних наук по спец1альност1 05.16.02 - металург1я чорних метал1в. - Державна Металургшна Академ1я Укра!ни, Дншропетровськ, 1998 . Дисертац1я присвячена р1шенню проблеми тдвищення ефективност1 виробництва середньовуглецевого феромарганцю. На rpyHTi анал1зу д1ючих метод1в отримання середньовуглецевого феромарганцю , баланса елементав, визначена напрямки удосконалення технологи .

Проведена класиф1кац1я, к1льк1сний та якхсний анал1з метакшдхо-Д1в марганцевых феросплав1в . Досл1джен1 ф1зико-х1м1чн1 особли-вост1 силжотерм1чного в1дновлення оксид!в марганцю. i3 застосу-ванням метода ощнки кисневого потенщалу оксида, урхвноваженого з металевими та шлаковими розчинами разного складу розрахован1 термодинам1чн1 умови i визначен механ1зм раф1нування металу в1д залшикового кремн1ю . В лабораторних i промислових умовах розроб-лена, дослужена та впроваджена на ВАТ "НЗФ" технолог1я отримання середньовуглецевого феромарганцю з використанням в склад1 метале-во! частини шихти металов1дход1в марганцевих феросплавхв, рудно! частини - високоокислених марганець- та зал1зовм1сних материал1в. Ключовх слова: середньовуглецевий феромарганець, металов1дходи, термодинамика, кисневий лотешцал, технолог1я, розробка, впровад-ження, ефективн1сть .

ANNOTATION

Chumakov A.A. Development , research and introduction of resourse conserved technolody of middle carbon ferromanganese production . Thesis for competition of technical candidate's degree on the. speciality 05.16.02. - "Metallurgy of ferroys metals.", State Metallurgigal of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1998 . This works is intended of actual problem of efficiency middle carbon ferromanganese productions. The directions of improvement the tecnology are determined on basis analysis of menthods of middle carbon ferromanganese production, elements balance . It is out the classification, quantitative and qualitative analysis of metal wastes of manganese ferroalloys. It is researched physical-chemical properties of silicothermal manganese oxides reduction, using evaluation method of oxyden oxides potential , equalibrian in metal and slag melts of differeut composition are calculated thermodynamic conditions and determined the mehanism of metals refining from residual silicon . In laboratories and industrial condutions it is developed and researched tecnolody of middle carbon ferromanganese with use of metal wastes manganese ferroalloys, in metal charge, high oxyden manganese and and ferrocontents materials in ore charge. The developed tecnolody is introducted in Joint Stock Company "Nikopol Ferroalloys Plant" . Key words : middle carbon ferromanganese, metal waste, thermodynamics, oxyden potential, technolody, developed, introduction, efficiency .