Возможность и перспективы получения нового комплексного ферросплава – алюмосиликомарганца

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 669. 168

возможность и перспективы получения нового комплексного ферросплава - алюмосиликомарганца

МУХАМБЕТГАЛИЕВ Е.К.,

БАЙСАНОВ С.О.,

ЧЕКИМБАЕВ А.Ф.,

БАЙСАНОВ А.С.

Обработка жидкого металла в ковше ферросплавами с целью его легирования, модифицирования и раскисления остается одним из основных методов воздействия на качество сталей и чугунов. Переход сталеплавильного производства на новый уровень, связанный с повышением качества продукции, требует выпуска эффективных ферросплавов нового поколения, а также пригодных для обработки металла в ковше. Наиболее перспективными для этих целей являются комплексные сплавы. Так как практически основная масса сталеплавильной продукции раскисляется и легируется кремнием, алюминием и марганцем, то получение сплавов, содержащих данные элементы в комплексе, - является одним из актуальных направлений [1, 2].

Применение такого сплава одновременно решает проблему совместного раскисления и легирования стали. Из литературных источников известно, что ранее проводились опытные испытания по выплавке сплава алюминий-марганец-кремний (АМС) бесшлаковым способом. Для выплавки сплава АМС использовались марганцевые руды и высокозольные угли. При использовании углей Экибастузского угольного бассейна в ходе плавки из руды восстанавливается марганец, а из пустой породы и золы угля - кремний и алюминий [3].

Шихта для выплавки сплава АМС имела следующий состав, масс. %:

- экибастузский уголь 52-56;

- марганцевая руда 44-47.

Сплав АМС, полученный при электротермической плавке джездинской марганцевой руды с использованием в качестве восстановителя экибастузского угля, имел следующий состав: 25-40 % Mn; 30-40 % Si; 6-12 % Al; 0,8-1,25 % P; Fe - остальное.

Применение сплава АМС, выплавляемого электротермическим способом из марганцевых руд и энергетических углей для раскисления спокойных марок стали взамен обычно применяемых раскислителей, показало его эффективность благодаря комплексности состава.

Несмотря на вышеизложенные преимущества, сплав АМС по ранее разработанной технологии после выпуска при остывании обычно рассыпался до порошкообразного состояния. Порошкообразный сплав надо было брикетировать, то есть появлялись дополнительные затраты.

Из-за непостоянства состава сплава и непривязанности содержания хотя бы одного из ведущих элементов (марганца или кремния) к количеству в стандартных (традиционных) ферросплавах (силикомарганец или ферросилиций) он не получил широкого внедрения в сталеплавильной промышленности.

Исходя из уровня содержания кремния и марганца в сплаве такого типа для стандартизации может быть более приемлемым содержание кремния на уровне 40-50 %. При этом марганец и алюминий могут исполнять роль легирующих компонентов и их содержание можно варьировать в различных марках сплава с шагом 5 или 10 %.

На основании этого была разработана технология выплавки кремний-, алюминий- и марганецсодержащего сплава, которая заключается в совместной электротермии марганцевой руды и высокозольного угля в качестве восстановителя, без использования дорогостоящего кокса. Марганцевая руда использовалась как нейтрализатор избыточного количества углерода, а процесс выплавки осуществлялся бесшлаковым способом [4, 5].

Задачей разрабатываемой технологии получения нового высокоэффективного комплексного сплава - алюмосиликомарганца - являлась оптимизация состава шихты, позволяющая перерабатывать дешевые нетрадиционные материалы с получением заданного состава сплава.

При этом сплав должен был полностью исключать явление его рассыпания при охлаждении и кристаллизации.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для выплавки алюмосиликомарганца в рудно-термической печи содержит: высокозольный уголь Карагандинского угольного бассейна, зольностью более 50 %, который малоприменим в энергетических целях; марганцевую руду месторождения «Западный Камыс» и кварцит. По технологии получения сплава АМС использовали уголь зольностью до 30 %. Для получения сплава алюмосиликомарганца можно использовать высококремнеземистые марганцевые руды некондиционные по содержанию марганца (20-30 %), которые непригодны для получения стандартных марок ферросиликомарганца и тем более ферромарганца.

Проведенный анализ высокозольного угля показал его соответствие по техническому составу и содержанию основных компонентов (SiO2, Al2O3) в золе требованиям для выплавки сплава алюмосиликомарганца. Положительным отличием отвальных высокозольных разновидностей углей от ранее применявшихся в составе шихты комплексного сплава АМС экибастузских углей является низкое содержание фосфора, серы, железа и более высокое удельное электросопротивление, что выгодно отличает их по сравнению с традиционными восстановителями.

Отвальные высокозольные угли Карагандинского угольного бассейна зольностью 50-60 % представляют собой в основном природную смесь оксидов кремния, алюминия и углерода. Минеральная составляющая пород на 93-96 % состоит из оксидов кремния и алюминия. Содержание соединений железа, кальция, магния и титана, сумма которых не превышает 4-7 %. Содержание SiO2 и Al2O3 в зольной части находится в пределах 55-60 % и 30-35 % соответственно. Угольная масса в породах в зависимости от зольности составляет 20-34 % при содержании до 16 % летучих соединений. Данный состав высокозольных углей гарантирует получение кремнеалюминиевого сплава с марганцем с содержанием кремния 45-50 %, алюминия 10-25 %, марганца 10-20 %.

При высоких температурах, вплоть до температуры размягчения - 1600 єС углеотходы сохраняют механическую прочность, оплавление происходит только при температуре выше 1650 єС.

Карагандинские высокозольные угли представляют большой интерес с точки зрения получения высокомарочных сортов алюмосиликомарганца с содержанием кремния 40-50 %, алюминия в интервале 15-20 % и марганца 10-20 % для их использования в металлотермическом производстве средне- и низкоуглеродистого ферромарганца.

Опытные испытания по выплавке алюмосиликомарганца были проведены в электропечи с мощностью трансформатора 200 кВА. В качестве шихтовых материалов были использованы отвальные высокозольные угли Карагандинского бассейна, марганцевая руда месторождения «Западный Камыс» и кварцит.

Шихта для выплавки алюмосиликомарганца имеет следующий состав в зависимости от зольности угля, масс. %:

- высокозольный уголь 75-93;

- марганцевая руда 6,5-20;

- кварцит 0,5-5.

Особенностью технологии является исключение применения кокса. Технический и химический составы шихтовых материалов представлены в таблице 1.

Анализ результатов испытаний показал, что переработка данного состава шихты позволяет получить комплексный сплав - алюмосиликомарганец, в котором содержится, масс. %: кремния 45-50; алюминия 15-25; марганца 12-20; железа 6-10; углерода 0,3-0,4; фосфора 0,02-0,03.

При изменении соотношения компонентов шихтовой смеси от указанных выше пределов полностью нарушается процесс получения качественного сплава. При избытке восстановителя в ванне печи наблюдается накопление карбидов, а при его недостатке происходит переход в шлаковый режим. Снижение содержания в шихте высокозольного угля ниже значений 70-75 % приводит к шлакованию шихты, а увеличение выше 93 % - к накоплению карбидов в ванне печи. Нарушение указанных пределов по содержанию высокозольного угля в ходе опытных испытаний приводило к ухудшению технологичности процесса, с получением сплава некондиционного состава, который был не подвержен явлению рассыпания.

В полученном сплаве с предложенным составом шихты содержание фосфора было в пределах 0,025-0,030 %, напротив, комплексному сплаву АМС было присуще содержание фосфора 0,8-1,3 %. Это особенно важно при выплавке особо качественных сталей, допустимое содержание фосфора в которых не должно превышать 0,020-0,025. Для сплава алюмосиликомарганец исключение его рассыпания объясняется снижением концентрации фосфора и карбидных включений по границам зерен сплава при кристаллизации, что при содержании алюминия более 12 % практически полностью исключает его разрушение при охлаждении. Результаты опытных плавок алюмосиликомарганца представлены в таблице 2.

Таблица 1 - Технический и химический составы шихтовых материалов

сталь чугун легирование ферросплав

Таблица 2 - Химический состав алюмосиликомарганца

Полученный комплексный сплав, в отличие от сплава АМС, который рассыпался спустя несколько часов после выпуска, не рассыпается в атмосфере воздуха, даже после выдержки 6-8 месяцев. Сплав же АМС вне зависимости от состава, вследствие низкого содержания алюминия и высокого фосфора, практически всегда подвержен явлению рассыпания. При этом отпадает какая-либо необходимость в затратах на брикетирование или окомкований конечного продукта.

Выплавка сплава алюмосиликомарганца характеризуется комплексным использованием всех основных элементов руды, высоким коэффициентом перехода элементов в сплав, обусловливающим низкий расход шихтовых материалов при получении единицы количества продукта. Бесшлаковая плавка с полным восстановлением всех оксидных соединений и высокая температура процесса позволяют удалять фосфор на 55-60 % возгонкой с газообразными продуктами плавки.

Использование сплава алюмосиликомарганца при обработке стали позволит заменить на 100 % ферросилиций, на 70-80 % силикомарганец и на 65-75 % алюминий, применяемые по традиционной технологии.

В результате проведенных исследований выявлены следующие положительные особенности разработанной технологии:

1. Бедные высококремнеземистые марганцевые руды, не пригодные для производства стандартных марок марганцевых ферросплавов, таких как ферромарганец, силикомарганец, по существующим технологическим схемам, могут быть использованы для выплавки сплава алюмосиликомарганец без предварительного их обогащения.

2. В качестве восстановителя используются отвальные высокозольные угли зольностью выше 50 %, обладающие высоким электросопротивлением, что позволяет повысить суточную производительность печи за счет повышения активного сопротивления шихты в ванне печи.

3. При производстве сплава алюмосиликомарганца в целевой продукт извлекается до 85-92 % марганца против 70-75 % при современном производстве марганцевых ферросплавов.

4. Полностью исключается возможность рассыпания сплава, отпадает необходимость в брикетировании или окомковании порошкообразного сплава, как в случае получения сплава АМС.

5. Появляется возможность бесшлаковым способом перерабатывать практически все высококремнеземистые разновидности марганцевых руд Центрального Казахстана.

При переработке марганцевых руд бесшлаковым способом на комплексный сплав типа алюмосиликомарганец основное значение имеет валовый состав руд, их минералогическая характеристика практически не влияет на технико-экономические показатели процесса. В этом смысле технология переработки марганцевых руд на комплексные сплавы является более универсальной, чем переработка марганцевых руд посредством операций их обогащения для выплавки традиционных марганцевых сплавов.

Предлагаемый состав шихты, опробованный в электропечи с мощностью трансформатора 200 кВА, позволяет проводить технологический процесс переработки марганцевых руд совместно с отвальными высокозольными углями, обеспечивая комплексное использование сырья с получением высокоэффективного комплексного сплава.

Таким образом, разработана новая технология получения комплексного сплава - алюмосиликомарганца с высокими технико-экономическими показателями процесса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Медведев Г.В., Такенов Т.Д. Сплав АМС. Алма-Ата: Наука, 1979. 140 с.

2. Жучков В.И. и др. Энергетические параметры и конструкции рудовосстановительных электропечей. Челябинск: Металл, 1994. 192 с.

3. Друинский М.И., Жучков В.И. Получение комплексных ферросплавов из минерального сырья Казахстана. Алма-Ата: Наука, 1988. 208 с.

4. Байсанов С.О., Мухамбетгалиев Е.К., Чекимбаев А.Ф., Байсанов А.С. Исследование электросопротивления и температуры начала размягчения шихтовых материалов для выплавки комплексных марганцевых сплавов // Науч. техн. жур. «Промышленность Казахстана». 2009. № 4 (55)-5(56). С. 90-91.

5. Мухамбетгалиев Е.К., Байсанов С.О., Чекимбаев А.Ф., Байсанов А.С., Шинбаева У.Б., Махметова А.М.. Получение марганецсодержащего кремнеалюминиевого сплава // Тр. междунар. науч.-практ. конф. «Начно-технический прогресс: техника, технология, образование». 25-26 июня 2010 г. Актобе, 2010. С. 646-648.

Размещено на Allbest.ru