Лабораторные исследования по повышению степени извлечения марганца из руды Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

2. Самошович Ю.А., Крулевецкий С.А., Горяинов В.А., Кабаков З.К. Тепловые процессы при непрерывном литье стали. - М.: Металлургия, 1982. - С. 152.

3. Мотида Т., Итояма С., Бэссе Н. и др. Возникнове-

ние внутренних трещин вследствие обжатия неполностью затвердевшей заготовки // 2,а1гуо Ш Ргозеви 1995. — Т. 8. — № 4,- С. 950.

УДК 669.18

Н.Е. Хисамутдинов

ГОУ ВПО «Московский государственный вечерний металлургический институт»

Г. С. Козлов

ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет»

C.B. Шаталов, М.С. Бюльгер ОАО «Северсталь»

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ СТЕПЕНИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ

МАРГАНЦА ИЗ РУДЫ

Потребность Российской Федерации в марганцевых ферросплавах в расчете на выплавку 60 млн т стали в год составляет около 600 тыс. т. В настоящее время собственное производство мар-ганецсодержащих ферросплавов обеспечивает только небольшую часть от требуемого количества. Это связано с тем, что сырьевая и производственная базы марганца РФ после распада СССР оказались слаборазвитыми [1], [2]. К тому же известные в РФ марганцевые месторождения характеризуются невысоким содержанием марганца (22-40 % Мп), а имеющиеся технологии производства марганецсодержащих ферросплавов характеризуются низкой степенью извлечения марганца в сплав (около 75-80 % при производстве высокоуглеродистого ферромарганца в рудовос-становительной электропечи) и высокими требованиями к используемым рудам (содержание Мп должно быть более 42 %). Поэтому встает вопрос создания новой технологии производства марганецсодержащих ферросплавов, которая позволит перерабатывать имеющиеся в России марганцевые руды.

Для создания новой технологии производства марганецсодержащих ферросплавов были проведены лабораторные исследования по карботерми-ческому восстановлению марганцевой руды с последующим довосстановле-нием оксидов марганца из шлака алюминием.

В качестве лабораторного плавильного агрегата была выбрана печь Там-42

мана. Ход проводимых экспериментов был следующий. В разогретый до температуры 1823— 1873 К графитовый тигель печи Таммана загружали предварительно взвешенные смеси шихтовых материалов, фракцией 0-5 мм, массой 292-664 г, состоящие из марганцевой руды, восстановителя и флюса. После окончания процесса восстановления и образования жидкоподвижного шлака в него производили присадку алюминия. Затем тигель вынимали из печи, остужали и взвешивали продукты плавки (сплава и шлака) с точностью до 0,1 г.

Во всех экспериментах степень извлечения марганца из руды рассчитывалась по формуле

а = (/и1/ш2)- 100%,

где т\ - масса марганца, перешедшего в сплав, г; т2 - общая масса марганца, вносимая рудой, г.

Проводимые эксперименты велись с использованием марганцевой руды Парнокского месторождения, отличительной особенностью которой является низкое содержание фосфора и серы (табл. 1).

Большое влияние на степень извлечения марганца оказывает фракционный размер шихтовых материалов, количество и вид восстановителя, а

Таблица 1

Химический состав марганцевых руд Парнокского месторождения

Элемент МПобщ Мп02 Ре0бщ Si02 S Р

Содержание, % 38-40 53-59 4,1-7.0 8-10 <0,02 0,03-0,05

также состав шлака. Поэтому исследования были направлены на определение влияния на степень извлечения марганца:

- фракционного состава шихты и вида восстановителя;

- содержания в шихте извести и восстановителя;

-количества присаживаемого в шлак алюминия.

Результаты лабораторных исследований представлены на рис. 1-6 в виде зависимостей степени извлечения марганца от различных параметров шихты и шлака.

95

р 90

о4

¡а и

85

80

Н

о 75

70

92,05

84,97/ 84,56 \

81 \ 81,42

v \ 76,17

77,3 77,8 76$8~—-1

72,33

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Количество « мелочи» в шихте, мае. %

Рис. 1. Зависимость степени извлечения марганца от количества «мелочи» в шихте. Цифры у точек показывают степень извлечения марганца. А - восстановитель уголь марки Ж; • - восстановитель антрацит

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Известь, % мае.

Рис. 3. Зависимость степени извлечения марганца от содержания в шихте извести. Цифры у точек показывают степень извлечения марганца

в4 «

я и сг и

к

Л

аз

и

е и

5

1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2

(Са0+М£Р)/Я02

Рис. 4. Зависимость степени извлечения марганца от основности шлака (перед присадкой алюминия). Цифры у точек показывают степень извлечения марганца

£ 90 I 85

о

К 80 §

8 75

л К

70

«о

5 65 -

86

, 81,5

а ¡¡4,29

79,43

80,34

803

71,5

11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 17,5 18,5 Восстановитель, мае. %

Рис. 2. Зависимость степени извлечения марганца от содержания в шихте восстановителя. Цифры у точек показывают степень извлечения марганца. А — восстановитель - уголь марки Ж; • - восстановитель - антрацит

Предварительные эксперименты показали, что снижение размера максимальной фракции шихтовых материалов с 5 до 2,5 мм позволяет повысить степень восстановления марганца с 80 до 84 %. Поэтому в последующих опытах использовали шихтовые материалы фракцией 0-2,5 мм. Также выяснилось, что использование материалов, размер фракций которых менее 1,6 мм, приводит к их выбросам из печи. Пакетирование «мелочи» (шихтовые материалы менее 1,6 мм) предотвращает эти выбросы. На рис. 1 представлена зависимость степени извлечения марганца от количества «мелочи» в шихте для разных восстановителей. Анализ рис. 1 показывает, что в обоих случаях максимальная степень извлечения наблюдается при 50 %

43

95 90 85 80 75 70

94,64

94,12

84.72^ ЮМ

79,79__- ■"^82,68 85,01

' 74,39

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

2,2 2,4 2,6 2,8 3 А1, % мае. руды

Рис. 5. Зависимость степени извлечения марганца от количества присаживаемого алюминия. Цифры у точек показывают степень извлечения марганца

«мелочи» в шихте. На участке от 0 до 50 % «мелочи» в шихте происходит возрастание степени извлечения марганца, это связано с увеличением доли «мелочи» в шихте, из-за чего возрастает площадь ее реакционной поверхности, что в свою очередь повышает скорость и полноту протекания восстановительных реакций. Последующее увеличение доли «мелочи» в шихте приводит к снижению степени извлечения из-за потерь марганца с увеличивающимися выбросами шихтовых материалов, фракцией менее 1,6 мм, из печи.

5

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

А12Оэ, %

Рис. 6. Влияние содержания А1203 в конечном шлаке на степень извлечения марганца. Цифры у точек показывают степень извлечения марганца

Как видно из рис. 1, при одинаковых условиях восстановление углем марки Ж протекает полнее, чем при использовании в качестве восстановителя антрацита. Это объясняется тем, что при использовании угля марки Ж примерно в 10 раз выше количество горячих восстановительных газов (летучих веществ: СН4, Н2 и др.), которые являются хорошими восстановителями оксидов (в частности, оксидов марганца) [3]. 44

Ряд экспериментов был направлен на определение оптимального количества восстановителя в шихте. Содержание восстановителя изменяли от количества, необходимого по стехиометрической пропорции и выше. Анализ рис. 2 показывает, что чрезмерное увеличение восстановителя в шихте приводит к снижению степени извлечения марганца. Это связано с тем, что по ходу плавки шлак постоянно загущается восстановителем, становится мало-реакционноспособным и последующее довосстановление марганца из шлака алюминием не дает необходимого результата.

При выплавке ферросплавов большое влияние на технико-экономические показатели производства оказывает основность шлака. Поэтому были проведены исследования по определению оптимального содержания в шихте извести, а следовательно, и основности шлака.

На рис. 3 и 4 показаны зависимости степени извлечения марганца из руды от содержания в шихте извести и основности шлака (перед присадкой алюминия) соответственно. Как видно из рис. 4, для наиболее полного извлечения марганца из руды необходимо иметь основность шлака перед присадкой алюминия в интервале 1,3-1,8. Соответственно для получения данной основности необходимо иметь в шихте известь в количестве 7,5-15 % от общей массы шихты (рис. 3). При незначительном количестве окиси кальция в шлаке практически весь монооксид марганца связан в прочные силикаты (2МпО • ЯЮ2 и МпО ■ 8Ю2). Активность монооксида марганца в таких шлаках низка, вследствие этого восстановление марганца из шлака затруднено. Введение в систему извести приводит к вытеснению монооксида марганца из силикатов, это повышает активность монооксида марганца в шлаке и способствует более легкому и полному восстановлению марганца из шлака в сплав. Этим и объясняется возрастание степени извлечения марганца с увеличением основности шлака. Чрезмерное увеличение основности шлака приводит к снижению степени извлечения марганца вследствие повышения вязкости шлака, из-за чего шлак становится малореакционноспособ-

ным, что затрудняет восстановление марганца углеродом. К тому же высокая вязкость шлака затрудняет последующее довосстановление марганца алюминием.

Присадка алюминия в шлак позволяет повысить степень извлечения марганца в сплав, тем самым появляется возможность использовать марганцевые руды с более низким содержанием марганца, чем при производстве высокоуглеродистого ферромарганца в рудовосстановительной печи. Как видно из рис. 5, повышение количества присаживаемого алюминия до 2,60 % от массы руды приводит к максимальному извлечению марганца в сплав. В связи с общим уменьшением содержания монооксида марганца в шлаке дальнейшее повышение количества присаживаемого алюминия не приводит к возрастанию степени извлечения марганца в сплав. Из анализа рис. 6 можно сделать вывод, что оптимальная степень извлечения марганца (80-94,64%) будет наблюдаться при содержании в шлаке А1203 в количестве 12,5-38,3 % (при отсутствии присадок алюминия шлак будет содержать 4,5-9,5 % А12Оз). Повышение содержания в шлаке ДЬОз выше 38,3 % не ведет к возрастанию степени извлечения марганца.

В ходе исследований получали высокоуглеродистый ферромарганец с химическим составом, приведенным в табл. 2. Высокое содержание в нем

углерода объясняется тем, что в конце плавки не имелось возможности слить расплав из графитового тигля, из-за чего сплав дополнительно насыщался углеродом тигля.

В ходе проведенных лабораторных экспериментов были получены результаты по оптимальному фракционному составу шихты, виду восстановителя, содержанию в шихте извести и восстановителя, количеству присаживаемого в шлак алюминия.

Полученные результаты лабораторных исследований характеризуются высокой степенью извлечения марганца в сплав (82-94,6 %), и их можно использовать при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца в индукционной печи.

Список литературы

1. Нохрина О.И. Раскисление и легирование стали оксидными марганедсодержащими материалами: Монография. - Новокузнецк: СибГИУ, 2002. - 156 с.

2. Хазанов Л. Марганец СНГ: дефицит и излишек // Металлоснабжение и сбыт. - 2004. - № 11. - С. 98-103.

3. Сенин A.B., Чернобровый В.П., Михайлов Г.Г., Паш-кеев И.Ю., Кузнецова О.В. Исследование восстановления хромита железа углеродом // Сталь. - 2004. - № 11.-С. 41-45.

Таблица 2

Средний химический состав получаемого ферромарганца

Элемент Мп С Si S р Fe

Содержание, % 80-83 7,2-8,1 1,26-1,30 0,010-0,013 0,10-0,12 Остальное

УДК 621.771.002

М.К. Харахнина, В.Н. Мочалин, Д.Н. Перов ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет»

СИСТЕМА ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МАССЫ ДВИЖУЩЕЙСЯ ПОЛОСЫ

Ранее была рассмотрена математическая модель процесса намотки полосы в рулон при использовании импульсного датчика числа оборотов моталки [1]. На кафедре автоматизации и систем управления на основе модели разработана система вычисления. теоретической массы движущейся

полосы с повышенной точностью, функциональная схема которой показана на рис. 1, где: 1 - толщиномер (Т), установленный на выходе пятой клети; 2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 - вычислитель среднего значения толщины полосы; 4 - импульсный датчик (ДИ) числа