Технология выплавки стали 17ГС с частичной заменой ферромарганца марганцевым концентратом

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЦЕЛЬ: В данной работе была разработана технология выплавки стали 17ГС с частичной заменой ферромарганца марганцевым концентратом (СЛАЙД 2).

Мир в целом располагает крупными запасами марганца. Общие подтвержденные запасы марганцевых руд составляют 3 600 млн.т. На сегодняшний день главными хранителями запасов марганца (СЛАЙД 3), недра которых заключают около 90 % мировых подтвержденных запасов являются ЮАР, Украина, Казахстан, Габон, Австралия, Китай, Грузия, Бразилия, Россия. Запасы каждой их этих стран превышают 100 млн. т.

Подтвержденные государственные запасы марганцевых руд России составляют 149 млн.т.

В структуре подтвержденных запасов преобладают (90,2 %) бедные (19,8 %Mn) карбонатные руды. Запасы оксидных руд, содержащих 23,5-26,0 % Mn , составляют около 6 %. Они трудно обогащаются традиционными методами, что приводит к экономической нецелесообразности их отработки. И на долю богатых руд, в которых содержание марганца 40 % и более, приходится всего 4 %.(СЛАЙД 4)

Анализ состояния запасов и геолого-экономическая оценка прогнозных ресурсов марганцевых руд показывают, что минерально-сырьевая база марганца РФ находится на низком уровне развития. Главными недостатками ее являются (СЛАЙД 5):

· преобладание труднообогатимых руд

· преимущественно мелкий масштаб месторождений марганца

· неблагоприятное расположение крупных промышленных месторождений в труднодоступных, слабо освоенных районах Западной и Восточной Сибири

· отсутствие промышленности по добыче марганцевых руд

Потребность черной металлургии России в марганцевом сырье достаточно высока. Согласно данным Департамента экономики металлургического комплекса РФ, полная потребность России в марганцевых концентратах (Mn-42 %), в расчете на выплавку 60 млн.т стали в год, составляет в среднем 1,5 млн.т. (СЛАЙД 6). И в настоящее время основная часть этого объема марганцевой продукции покрывается за счет импорта из стран СНГ (82 %), а на долю собственного производства России приходится всего 18 %.

На закупку указанного объема импорта ежегодно расходуется более 220 млн. долларов США. Одним из путей снижения импортной зависимости от других стран является разработка и внедрение технологий, позволяющих использовать собственное сырье.

Таким образом, в условиях дефицита в стране качественных марганцевых материалов актуальна проблема освоения в практике сталеплавильного производства технологии прямого легирования стали марганцевым сырьем, которая позволяет использовать небогатые марганцевые руды без дорогого процесса обогащения.

В связи с изменением качества и химического состава марганцевых руд, в последние годы, наблюдается значительное ухудшение показателей плавки марганцевых ферросплавов. Цифра потерь марганца при производстве ферромарганца составляет порядка 57-67 %.

Все эти негативные моменты подтолкнули к поиску путей создания технологии прямого легирования стали марганцем. На многих металлургических предприятиях были проведены многочисленные опыты по освоению этих технологии, на которых были достигнуты высокие показатели извлечения марганца из марганецсодержащего сырья, а сталь, полученная методом прямого легирования, соответствовала требованиям, предъявляемым ГОСТом.

Марганецсодержащие материалы вводят в металл различными способами (в сталеразливочный ковш при выпуске, на шлак в конвертер). Материалы обычно вводят или отдельно, или с добавлением сильных восстановителей (Al, Si) с тем, чтобы в момент контакта материала с расплавленным металлом протекали реакции восстановления.

В данной работе разработана технология легирования стали 17ГС марганцевым концентратом с подачей его в конвертер без дополнительных восстановителей.

С этой целью проанализированы опытные плавки, проведенные в конвертерном цехе ОАО Северсталь. Концентрат подавался в конвертер по двум вариантам: на лом до заливки чугуна в количестве 1-2 т, и по ходу продувки металла порциями по 0,5 т (общим количество 1-2 т). Во втором случае наблюдался более ровный (мягкий) ход продувки без выбросов шлакометаллической эмульсии; повышение содержания MgO в конечном шлаке в пределах 1 %; некоторое улучшение удаления серы и повышение концентрации марганца в повалочной пробе в пределах 0,02-0,03 %. Также наблюдалось снижение общего расхода кислорода на плавку и FeO в шлаке (СЛАЙД 7).

1 В плавках с применением марганцевого концентрата содержание марганца в повалочной пробе больше по сравнению с “обычными” плавками.

2 Содержание СаО в шлаке снижается.

3 Содержание FeO в шлаке в опытных плавках выше.

Было изучено влияние технологических параметров плавки на содержание марганца в металле.

Во-первых, это время присадки. В процессе восстановления марганца из марганецсодержащего сырья немаловажную роль играет время подачи его в конвертер. Так как параметры плавки, состав металла, шлака, температура расплава по ходу продувки постоянно изменяются. И совокупность их влияния на поведение марганца в разные периоды будет различным. Поэтому необходимо выбрать момент продувки, когда присадка концентрата приведет к наилучшим результатам.

Полученные результаты приведены на рисунке (СЛАЙД 9).

Как видно из графика, наибольшие показатели концентрации марганца в повалочной пробе в проанализированных плавках были достигнуты при подаче марганцевого концентрата в середине продувки.

Этот результат согласуется с теоретическим обоснованием, так как к середине продувки с повышением температуры расплава и снижением концентрации оксидов железа в шлаке создаются условия для восстановления марганца

Таким образом, оптимальным моментом для присадки марганцевого концентрата является середина продувки, и для дальнейшего анализа отобраны плавки, соответствующие именно этому периоду.

Во-вторых, количество концентрата, подаваемого в конвертер. График зависимости содержания марганца на выпуске от количества присаживаемого концентрата представлен на рисунке. (СЛАЙД 10)

График показывает, что увеличение массы вводимого концентрата более 1200-1500 кг не приводит к увеличению концентрации марганца в металле на выпуске.

В-третьих, содержание углерода в металле. График зависимости содержания марганца на выпуске от содержания углерода представлен на рисунке (СЛАЙД 11).

Углерод является восстановителем для марганца, и увеличение его концентрации приводит к увеличению концентрации марганца на повалке.

В-четвертых, температура металла. График зависимости содержания марганца на выпуске от температуры представлен на рисунке (СЛАЙД 12), на основании которого можно сделать следующие выводы.

Увеличение температуры металла приводит к увеличению концентрации марганца на повалке, то есть к более полному восстановлению марганца из концентрата в интервале до 1680-1700 0С, при этом дальнейшее повышение температуры согласно экспериментальным данным, не ведет к повышению концентрации марганца в металле.

Для опытных плавок методом регрессионного анализа получено уравнение зависимости коэффициента распределения марганца между шлаком и металлом от содержания углерода в стали, основности шлака и температуры (СЛАЙД 13). Для нахождения этого уравнения составлен материальный баланс содержания марганца в металле и оксида кальция в шлаке.

На основании полученного уравнения можно сделать вывод о том, что увеличение температуры, концентрации углерода в металле на повалке и снижение основности приводит к понижению коэффициента распределения марганца, то есть повышению концентрации его в металле.

Восстановление марганца углеродом происходит по реакции

(MnO)+[C]=[Mn]+{CO}

Подстановка в полученные уравнения одинаковых значений температуры содержания углерода в металле и оксида магния в шлаке, показывает, что содержание марганца на выпуске больше для плавок, когда концентрат подавался в середине продувки.

Обобщение полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что оптимальные условия для максимального извлечения марганца из марганцевого концентрата это:

· время присадки - середина продувки

· температура металла на выпуске 1700 0С

· содержание углерода на выпуске 0,06 %

· основность шлака 3,5

В соответствии со сделанными выводами, технология выплавки стали 17ГС с применением для легирования марганцевого концентрата. (СЛАЙД 15)

После выпуска предыдущей плавки в конвертер загружается металлолом - сначала легковесный, затем - тяжеловесный.

На лом присаживается известь в количестве 60-70 % общего ее количества.

После чего начинается продувка, продолжительность которой составляет 18-25 минут.

По ходу продувки в конвертер присаживаются оставшиеся 30-40 % извести, доломит, ИМФ.

По окончании продувки отбираются пробы металла и производится замер температуры. После чего производится выпуск металла в ковш с алюмопериклазоуглеродистой футеровкой. При заполнении 1/3 ковша присаживается ФМн75 и ФС65.

Далее металл отправляется на УДМ, где производится усреднительная продувка металла аргоном, введение в металл порошковой проволоки SiCa, отбор проб металла, корректировка химического состава при необходимости.

Потом металл направляется на МНЛЗ, где производится разливка в слябы сечением 250*1720 мм со скоростью 0,9 м/с.

Изменение температуры металла после выпуска на протяжении его дальнейшей обработки представлено на рисунке (СЛАЙД 16).

Материальный и тепловой баланс плавки с применением марганцевого концентрата претерпевает некоторые изменения по сравнению с обычными плавками.

В частности, получено уравнение содержания железа в металле для условий плавок с применением марганцевого концентрата (СЛАЙД 17)

По результатам материального баланса, снижение расхода ФМн75 составило 0,5 кг/т стали. (СЛАЙД)

Экономический эффект от применения предлагаемой технологии в соответствии с расчетом калькуляции себестоимости составил 17,75 руб/т стали. Экономия достигается за счет частичной замены дорогого ферромарганца более дешевым марганцевым концентратом.

Получено извлечение марганца из концентрата 22 %. Данное значение получено в окислительных условиях, для нераскисленного металла и без добавления дополнительных восстановителей. И тем не менее оно сравнимо со сквозным извлечением марганца при производстве ферросплавов, около 33-39 %. Дальнейшее совершенствование технологии, подача марганцевого концентрата в составе с дополнительным восстановителем однозначно приведет к улучшению этого показателя.

Размещено на Allbest.ru