В. №39: Восстановление марганца, кремния, фосфора и др. элементов в доменной печи.

Марганец. Производство ферромарганца и чистого марганца. Извлечение марганца из шлаков и низкокачественных руд , страница 3

Марганцевые ферросплавы представляют собой в основном зеркальный чугун, силикомарганец, высоко- и низкоуглеродистые сорта ферромарганца. Зеркальный чугун содержит 5—20% Мn при содержании 3,5—5,5% С; наиболее часто используется сплав с высоким содержанием марганца. Силикомарганец содержит 15—20% Мn, около 10% Si и меньше 5% С. Высокоуглеродистый и низкоуглеродистый ферромарганец, используемые в настоящее время, содержат около 80% Мn и 6—7% С (высокоуглеродистый ферромарганец) и меньше 0,1% С (низкоуглеродистый ферро-, марганец).

Наиболее экономически выгодный метод производства ферромарганца, как это известно в настоящее время, — выплавка в доменной печи Как известно, про-дуктом процесса в доменной печи является высокоуглеродистый ферромарганец.

Высокоуглеродистый ферромарганец. Для производства ферромарганца требуется руда высокого качества. Содержание марганца должно быть не ниже 40%; руды с содержанием 50% Мn наиболее предпочтительны, так как при их применении уменьшается расход кокса и доменная печь работает более равномер-но. Обычно на практике смешивают различные руды, чтобы получить определен-ный химический состав и улучшить качество шихты.

При составлении шихты следует поддерживать определенное соотношение между марганцем и железом. В то время как железо переходит в металл полностью, марганец —только в количестве около 80%. Таким образом, наиболее приемлемым было бы отношение марганца к железу в руде 8:1; это позволило бы получить стандартный состав сплава: 80% Мn, 13% Fe и 6— 7% С. Однако отношение марганца к железу все время снижается вследствие восстановления Fe₂O₃ из золы кокса.

Руда должна также иметь незначительное содержание кремнезема, так как объем шлака, образующегося в доменной печи, увеличивается с ростом содержания кремнезема в шихте. Фосфор— нежелательная примесь в стали; следовательно, его содержание необходимо тщательно контролировать и в ферромарганце. Максимальное содержание фосфора, обусловленное стандартами, различно, но обычно оно находится в пределах 0,2; 0,25 или 0,3%.

Так как практически весь фосфор из шихты переходит в металл, рудная смесь должна в среднем иметь половину того содержания фосфора, которое допустимо в ферросплаве.

Обычно большая часть рудной части шихты должна быть твердой и крупной, чтобы потери от пыли были по возможности меньше. Очень важно иметь малое содержание золы.

Потери в шихте велики из-за высокой летучести марганца и большого объема и высокой скорости печных газов. Уносимые частицы пыли намного тоньше, чем при выплавке чугуна, и с трудом подвергаются агломерации. Поэтому лишь незначительное количество пыли может быть возвращено.

Шлаки, образующиеся при выплавке ферромарганца, более основные, чем при выплавке чугуна. Шлак состоит из силиката марганца в смеси с силикатами кальция, магния и алюминия. Марганец восстанавливается из шлака в присутствии углерода, причем это восстановление идет при высокой температуре. Однако недавно пришли к выводу, что при выплавке ферромарганца процесс в доменной печи может быть значительно улучшен без достижения повышенных температур или заметного увеличения расхода топлива; предлагается использовать шлаки более высокой основности при резком увеличении количества MgO.

Считаются экономически оправданными работы по извлечению марганца из пыли, уносимой через колошники. Применение воздуха, обогащенного кислородом, и противодавлений целесообразно, так как может повысить производительность и экономичность работы агрегатов.

В.№39: Восстановление марганца, кремния, фосфора и др. элементов в доменной печи.

Марганец в доменную печь попадает либо в составе агломерата в виде силикатов марганца MnO-SiO2; (MnO)2-SiO2, либо с марганцевой или железной рудой, которые загружают в печь при выплавке чугуна с высо­ким содержанием марганца. Марганец в состав руд вхо­дит в виде оксидов MnO2, Mn2O3, Mn3O4. Высшие окси­ды марганца довольно легко восстанавливаются домен­ными газами при умеренных температурах на колошни­ке доменной печи до MnO по следующим реакциям:

2Мп02 + СО = Mn2O3 + CO2 — 227556 Дж;

ЗМп203 + СО = 2Mn304 + CO2- 170270 Дж;

Mn3O4 + СО = ЗМпО + CO2 — 52080 Дж.

Эти реакции протекают с выделением большого, коли­чества тепла. Процесс восстановления марганца из MnO по реакции МпО+С = Мп+СО+288288 Дж протекает с поглощением тепла. В доменной печи возможно обра­зование и карбида марганца: ЗМпО + 4С=Мп3С+ЗСО. В присутствии железа процесс восстановления марганца протекает при 1100—1300 °С. Большая часть марганца в виде силиката MnO-SiO2 переходит в шлак, но благода­ря наличию извести, стремящейся соединиться с кремне­земом, восстановление марганца из шлака углеродом возможно и протекает по реакции Mn0-Si02+Ca0+C = =Mn + CaO-SiO2+CO+229068 Дж. Степень восстанов­ления марганца составляет при выплавке обычных чугу­нов ~50 %, а при выплавке марганцовистых ферроспла­вов 70 %. Марганец теряется частично в виде оксидов в шлаке, частично улетучивается с доменным газом. Для максимального извлечения марганца из шихтовых мате­риалов необходимо обеспечивать дополнительных приход тепла в печь, для чего повышают расход кокса, тем­пературу дутья. Применяют дутье, обогащенное кисло­родом, повышают содержание извести в шлаках. Содер­жание марганца в литейном чугуне 0,5—1,3 %, а в пере­дельном 0,5—1,5 %. Содержание марганца в передельном чугуне зависит от содержания серы, поскольку марганец способствует удалению серы из чугуна. При работе на сернистом коксе содержание марганца повышают до 1,0 %, а при работе на низкосернистом коксе в чугуне может быть 0,25—0,50 % Mn. Для доменщиков выгодно выплавлять чугун с пониженным содержанием марганца, так как это позволяет экономить кокс, повышает произ­водительность печи и снижает себестоимость чугуна. Однако для успешного хода кислородно-конвертерного процесса требуется чугун с содержанием 0,7—1,1 % мар­ганца. Помимо обычных чугунов, в случае необходимости в доменной печи можно выплавлять ферромарганец с 70—75 % марганца, зеркальный чугун с содержанием марганца 10—25 %. Для выплавки этих сплавов в шихту дают марганцевую руду или марганцевый агломерат, повышают расход кокса до 1000 кг/т зеркального чугу­на и 2000 кг/т ферромарганца. Дутье обогащают кисло­родом до 30—35 %. Это снижает высокую температуру на колошнике печи, помогает уменьшить потери марган­ца в результате его испарения, уменьшает на 20—30 % расход кокса.

Восстановление кремния

Кремний попадает в доменную печь либо в виде кремнезема SiO2, либо в виде силикатов^, (соединений кремнезема с другими оксидами) в составе железной руды или агломерата, золы кокса, известяка. Кремний имеет сродство к кислороду значительно более высокое, чем железо, поэтому кремний восстанавливается по ре­акции прямого восстановления: Si02-f2C — Si + 2C0-f — +635 кДж, протекающей с поглощением тепла. В чис­том виде такая реакция проходит при высоких темпера­турах (— 1500 °С). Однако на практике в присутствии железа образуется силицид железа FeSi. Кремний выво­дится из сферы реакции. Равновесие реакции восстанов­ления кремнезема сдвигается в правую сторону, т. е. в сторону образования кремния или силицидов, а сама реакция успешно протекает при значительно более низ­ких температурах, например при 1050—1150 0C.

Для восстановления кремния необходимо увеличи­вать расход кокса, повышать температуру дутья, обога­щать дутье кислородом, применять легковосстановимую железосодержащую шихту с тугоплавкой пустой поро­дой, кремнезем которой равномерно распределен в массе оксидов железа. В доменной печи восстанавливается до 30 % кремния, остальное в виде SiO2 переходит в шлак. При производстве высококремнистых чугунов необходи­мо стремиться к получению шлака с пониженным содер­жанием извести, так как CaO связывает кремнезем в прочные соединения (силикаты), которые с трудом под­даются восстановлению. Обычно содержание кремния в передельных чугунах составляет 0,5—0,8 %, в литейных 0,7—3,8 %. При дефиците электрического ферросилиция в доменных печах иногда выплавляют бедный ферроси­лиций, содержащий 9—18 % кремния. Для этого в до­менную печь приходится давать большое количество ме­таллолома— до 450 кг на тонну сплава и значительно повышать долю кокса. В среднем на каждый процент кремния в чугуне расход кокса достигает 1000—1300 кг/т. И5 этих данных видно, что производство такого сплава в доменной печи малоэффективно.

Восстановление фосфора

Фосфор, находящийся в рудах в виде фосфорнокислого кальция Са₃Р₂O₈, восстанавливается также раскаленным углеродом топлива в присутствии SiO₂.

Достижения

С 2000 года крупнейшие работы института удостоены правительственных и общественных премий:

2000 г.

1. Разработка и внедрение комплекса мероприятий по повышению производства и качества выплавленной стали в кислородно-конвертерных печах акционерных обществ «Магнитогорский металлургический комбинат» и «Северсталь». Премия Правительства РФ в области науки и техники.

2001 г.

2. За комплекс работ «Разработка физико-химических основ и новых малоотходных ресурсо- и энергосберегающих технологических процессов переработки чугунов специального состава из комплексных природнолегированных руд». Премия им. В.Е. Грум-Гржимайло.
3. Разработка и внедрение на металлургических и машиностроительных предприятиях ванадийсодержащих сталей для отливок и проката, используемых при производстве техники Севера. Премия им. В.Е. Грум-Гржимайло.
4. Способ получения низкокремнистого феррониобия. Премия им. В.Е. Грум-Гржимайло.

2004 г.

5. Разработка сталей нового поколения с использованием природнолегированных руд Халиловского месторождения для ответственных металлоконструкций в мостостроении, строительстве, машиностроении и внедрении комплексной технологии их производства. Премия Правительства РФ в области науки и техники.
6. За создание и внедрение новой бескислотной технологии производства холоднотянутого проката. Премия Правительства РФ в области науки и техники.
7. За цикл работ по теме «Физико-химические основы и технические решения ресурсосберегающих экологически безопасных процессов комплексной переработки полиметаллических руд». Премия им. акад. И.П. Бардина Президиума РАН.

2007 г.

8. Разработка научных основ создания высокопрочных коррозионностойких, хладостойких и криогенных сталей для конструкций ответственного назначения. Премия Правительства РФ в области науки и техники.
9. Разработка и успешное внедрение технологических и проектных решений для производства высококачественной медной фольги на предприятиях Урала. Премия им. Черепановых.

2008 г.

10. Исследование и разработка новых процессов легирования стали, технологий передела ванадийсодержащих руд по бескоксовой схеме, совершенствование технологии выплавки, внепечной обработки и разливки на МНЛЗ электро-, мартеновской и конверторной стали. Премия им. Черепановых.

2009 г.

11. Разработка и внедрение комплексной технологии производства рельсов нового поколения из электростали. Премия Правительства РФ в области науки и техники.
12. Создание опытного производства полного технологического цикла эмалирования, разработка действующего оборудования опытных и опытно-промышленных установок, позволивших проводить комплексные научно-исследовательские работы институту, внедрение разработанного оборудования и технологий в современное производство эмалирования металлоизделий в городах Челябинске, Пензе, Набережных Челнах. Премия им. Черепановых.

2012 г.

13. Разработка и внедрение инновационных технологий производства и применения новых комплексных магнезиальных флюсов, обеспечивающих значительное повышение стойкости футеровки и производительности сталеплавильных агрегатов на ведущих металлургических комбинатах России. Премия Правительства РФ в области науки и техники.

2013 г.

14. Приказом Министра промышленности и торговли РФ Мантуровым Д.В. от 31.05.2013 г., № 157 п. Смирнову Леониду Андреевичу присвоено звание «Почетный металлург».

2014 г.

15. Смирнов Леонид Андреевич награжден Орденом Почета Кузбасса в честь 80-летия со дня рождения.

16. Решением Общего собрания Российской инженерной академии от 23.05.2014 г. протокол № 8 Кобелев Владимир Андреевич избран членом-корреспондентом РИА.

17. За творческую деятельность по исследованию физико-химических свойств шихтовых материалов и шлакометаллических расплавов; разработку и внедрение новых технологических процессов в аглодоменном производстве Чернавину Александру Юрьевичу присуждена премия им. Черепановых УрО РИА.

По результатам научно-исследовательских работ с 2000 года изданы:

Монографии:

1. Дерябин Ю.А., Смирнов Л.А., Дерябин А.А. Перспективы переработки чинейских титаномагнетитов. Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд., 1999. 368 с.
2. Поведение цинка в доменной печи /Щукин Ю.П., Терентьев В.Л., Вдовин К.Н., Сединкин В.И., Прохоренко П.А. Магнитогорск, 1999. 84 с.
3. Энциклопедический словарь по металлургии: Справочное издание. В 2-х т. /Абрамов В.В., Адамов Э.В., Смирнов Л.А. и др. М.: Интермет Инжиринг, 2000.
4. Конвертерный передел ванадиевого чугуна /Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Носов С.К., Кузовков А.Я., Ильин В.И. Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд., 2000. 528 с.
5. Филиппенков А.А., Дерябин Ю.А., Смирнов Л.А. Эффективные технологии легирования стали ванадием. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 210 с.
6. Филиппенков А.А. Ванадийсодержащие стали для отливок. – Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 347 с.
7. Анодная и катодная медь /Вольхин А.И., Елисеев Е.И., Жуков В.П., Смирнов Б.Н. – Челябинск: Южно-Урал. кн. изд., 2001. 431 с.
8. Пузанов В.П., Кобелев В.А. Структурообразование из мелких материалов с участием жидких фаз. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 634 с.
9. Роль ванадия в микролегированных сталях. (Пер. с англ. Э.А. Хазановой, под ред. Л.А. Смирнова). Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО “Уральский институт металлов”, 2001 – 108 с.
10. Жучков В.И., Шешуков О.Ю., Смирнов Л.А. Природоохранные мероприятия в металлургии: Учебное пособие. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 106 с.
11. Филиппенков А.А., Миляев В.М. Стальные отливки: Учебник /Под ред. В.М. Миляева. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 276 с.
12. Смирнов Б.Н., Хазин М.Л. Фольга для печатных плат. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 376 с.
13. Основы металлургии черных металлов: Учебное пособие /Шешуков О.Ю., Жучков В.И., Смирнов Л.А., Лазовая Е.Ю. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 259 с.
14. Проблемы эффективности применения жидкостекольных смесей и их решения /Миляев В.М., Филиппенков А.А., Гущин В.А., Хоруженко В.И.: Монография. Екатеринбург, 2003. 120 с.
15. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана: состояние, проблемы, решения. — В 10-ти т. — Т. 4. Развитие теории и практики металлургической переработки железоглиноземистых руд /Под ред. А.А. Жерменова, Д.М. Муканова, А.А. Бабенко и др. Астана: Фолиант, 2003. 416 с.
16. Куранахское ильменит-титаномагнетитовое месторождение: геологическое строение, комплексная переработка руд /Смирнов Л.А., Тягунов Л.П., Масловский П.А., Быховский Д.З., Дерябин Ю.А., Кобелев В.А. и др. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 310 с.
17. Смирнов Леонид Андреевич /Сост. А.И. Селетков, Д.В. Вышегородский, Е.А. Семчук. Авт. вступ. ст. С.В. Колпаков, А.А. Дерябин. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 161 с.
18. Пузанов В.П., Кобелев В.А. Введение в технологии металлургического структурообразования. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 501 с.
19. Святая память: Документы, воспоминания, письма, дневники /Сост. М.В. Бахирева.– Екатеринбург: ООО «Издательский Дом «Аква-Пресс», 2005. 164 с.
20. Подготовка окисленных никелевых руд к плавке /В.Н. Мащенко, В.А. Книсс, В.А. Кобелев, А.С. Авдеев, Л.И. Полянский. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 324 с.
21. Гладышев В.И. Марганец в доменном производстве. – Екатеринбург, 2005. 401 с.
22. Компьютерные методы моделирования доменного процесса /Под. Ред. Н.А. Спирина. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. 301 с. (На тит. листе авт.: О.П. Онорин и др.)
23. Теоретические основы технологий окускования металлургического сырья. Агломерация: учебное пособие /В.И. Коротич, Ю.А. Фролов, Л.И. Каплун. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2005. 417с.
24. Л.П. Тигунов, Л.А. Смирнов, Р.А. Менаджиева. Марганец: геология, производство, использование. – Екатеринбург: Изд-во АМБ, 2006. 184 с.
25. П.Д. Одесский, Л.А. Смирнов, Д.В. Кулик. Микролегированные стали для северных и уникальных металлических конструкций. – М.: Интермет Инжиниринг, 2006. 176 с.
26. Л.А. Смирнов, А.А. Смирнов, В.А. Старцев, Е.Н. Балахонов. Разработка составов силикатных шлаковых расплавов для непрерывной разливки стали. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 124 с.
27. Жучков В.И., Смирнов Л.А., Зайко В.П., Воронов Ю.И. Технология марганцевых ферросплавов. Ч. 1. Высокоуглеродистый ферромарганец. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 415 с.
28. Жучков В.И., Смирнов Л.А., Зайко В.П., Воронов Ю.И. Технология марганцевых ферросплавов. Ч. 2. Низкоуглеродистые сплавы. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 443 с.
29. Смирнов Леонид Андреевич /Сост. А.И. Селетков, Г.Д. Терентьев, Ф.А. Черемных; Авт. вступ. ст. С.В. Колпаков, А.А. Дерябин. – Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 170 с. Второй дополнительный выпуск (первый издан в 2004 г).
30. Фофанов А.А. Повышение эффективности работы доменной печи. Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд-во, 2009. 570 с.
31. Л.А. Смирнов, Ю.В. Сорокин, Н.М. Снятиновская, Н.И. Данилов, А.Ю. Еремин. Переработка техногенных отходов. — Екатеринбург: ООО «УИПЦ», 2012. 607с.

Сборники научных трудов:

1. Состояние марганцево-рудной базы России и вопросы обеспечения промышленности марганцем: Труды первой научно-технической конференции 12-14 мая 1999г. Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО “Уральский институт металлов”, “Российский марганец”. Изд-во АМБ, 2000. 350 с.

2. Производство ванадиевой продукции на предприятиях черной металлургии Российской Федерации за 1999 год. – Справочник. — Екатеринбург: УИМ, 2000. 21 с.

3. Новые технологии и материалы в металлургии: Сб. науч. тр. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 352 с.

4. Производство ванадиевой продукции на предприятиях черной металлургии Российской Федерации за 2000 год. – Справочник. — Екатеринбург: УИМ, 2001. 27с.

5. Использование ванадия в стали //Сб. трудов семинара Vaniteс (Москва, 28-29 сентября 2002г.). Екатеринбург: УрО РАН. 2002. 385 с.

6. Производство ванадиевой продукции на предприятиях черной металлургии Российской Федерации за 2001 год. – Справочник. — Екатеринбург: УИМ, 2002. 25 с.

7. Конвертерное производство стали. Сб. науч. тр. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 244 с.

8. Производство ванадиевой продукции на предприятиях черной металлургии Российской Федерации за 2002 год. – Справочник. — Екатеринбург: УИМ, 2003. 32 с.

9. Производство ванадиевой продукции на предприятиях черной металлургии Российской Федерации за 2003 год. – Справочник. — Екатеринбург: УИМ, 2004. 27 с.

10. Новые технологии и материалы в металлургии: Сб. науч. тр. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 404 с.

11. Неметаллические включения в рельсовой стали: Сб. науч. тр. Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2005. 152 с.

12. Производство ванадиевой продукции на предприятиях черной металлургии Российской Федерации за 2004 год. — Справочник. Екатеринбург: Уральский институт металлов. 2005. 28 с.

13. Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов: Сб. науч. тр. Екатеринбург: ГНЦ РФ ОАО «УИМ», 2006. 235 с.

14. Производство ванадиевой продукции на предприятиях черной металлургии Российской Федерации за 2005 год. — Справочник. Екатеринбург: Уральский институт металлов. 2006. 36 с.

15. Проблемы производства и применения сталей с ванадием: Материалы международн. науч. – техн. семинара (Екатеринбург, 26-27 сентября 2006 г.). Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 436 с.

16. Состояние и перспективы развития производства нового поколения силикатно-эмалевых покрытий для защиты металлоизделий от коррозии и износа: Материалы науч.- техн. конференции (Москва, 15 ноября 2006 г.). Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 112 с.

17. Производство ванадиевой продукции на предприятиях черной металлургии Российской Федерации за 2006 год. – Справочник. — Екатеринбург: УИМ, 2007. 34 с.

18. Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания НП «Рельсовая комиссия» 26-27 октября 2007г., Новокузнецк):Сб. науч. докл. Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2008.168 с.

19. Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания НП «Рельсовая комиссия» 25-26 июня 2008г., Н-Тагил): Сб. науч. докл. Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2009. 243 с.

20. Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания НП «Рельсовая комиссия» 1-2 октября 2009г., Калуга): Сб. науч. докл. Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2010. 209 с.

21. Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия» 26-29 октября 2010 г.): Сб. науч. тр. Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2011. 222 с.

22. Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия» 26-29 сентября 2011 г.): Сб. научн. докл. Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2012. 232 с.

23. Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия» 23-25 октября 2012г.): Сб. науч.докладов. — Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2013. 214 с.

24. Улучшение качества и условий эксплуатации рельсов и рельсовых скреплений (по материалам заседания некоммерческого партнерства «Рельсовая комиссия» 25-27 октября 2013г.): Сб. науч.докладов. — Екатеринбург: ОАО «УИМ», 2014. 190 с.

Источник https://vunivere.ru/work50624/page3

Источник https://infopedia.su/15×2069.html

Источник http://www.uim-stavan.ru/dostizhenija/