Удосконалення трьохстадійної технологічної схеми і розробка інноваційних процесів виплавки марганцевих феросплавів силікотермічним способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 669.053.2:669.74.1/782:001.76

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ТРЬОХСТАДІЙНОЇ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ І РОЗРОБКА ІННОВАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ ВИПЛАВКИ МАРГАНЦЕВИХ ФЕРОСПЛАВІВ СИЛІКОТЕРМІЧНИМ СПОСОБОМ

Спеціальність 05.16.02 - "Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів"

СЕЗОНЕНКО ОЛЕГ МИКОЛАЙОВИЧ

Дніпропетровськ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ) і на ВАТ "Запорізький завод феросплавів".

Науковий керівник:

ГАСИК МИХАЙЛО ІВАНОВИЧ, академік Національної академії наук України, доктор технічних наук, професор, Національна металургійна академія України Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ, завідувач кафедри електрометалургії.

Офіційні опоненти:

ДАШЕВСЬКИЙ ВЕНІАМІН ЯКОВЛЕВИЧ, доктор технічних наук, Інститут металургії і матеріалознавства ім. О.О. Байкова Російської академії наук, м. Москва, завідувач лабораторії фізико-хімії металевих розплавів;

СИВАЧЕНКО ВІКТОР МИХАЙЛОВИЧ, кандидат технічних наук, Державне підприємство "Український державний науково-дослідний інститут спеціальних сталей, сплавів і феросплавів" Міністерства промислової політики України, м. Запоріжжя, завідувач лабораторії феросплавного виробництва.

Захист відбудеться "22" червня 2010 р. о 12.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 при Національній металургійній академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

Факс: +38 (0562) 47-44-61. E-mail: lydmila_kamkina@ukr.net.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національної металургійної академії України (49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4).

Автореферат розісланий "15" травня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03, доктор технічних наук, професор Л.В. Камкіна.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. У загальній видовій структурі феросплавів, що виробляються в Україні, найбільш складними у вирішенні науково-технологічних, матеріальних і енергозберігаючих задач є марганцеві феросплави, які отримують за багатостадійною технологічною схемою силікотермічним способом у рудовідновлювальних електропечах. Силікотермічні феросплави, і насамперед, металічний марганець та середньовуглецевий феромарганець, характеризуються високою конкурентоздатністю на внутрішньому і міжнародних ринках і використовуються в основному при виплавці високолегованих марок сталі і сплавів. У ретроспективі чотирьохстадійна технологічна схема була трансформована в більш ефективну трьохстадійну. Незважаючи на істотне удосконалення трьохстадійної технологічної схеми, задача зниження собівартості силікотермічних марганцевих феросплавів наприкінці 1990-х років істотно загострилася через підвищення цін на вуглецевий відновник (кокс-горішок), електроенергію та вогнетривкі матеріали. У обставинах, що склалися, знадобилося проведення науково-технологічного аналізу особливостей трьохстадійної технології, теоретичних та експериментальних досліджень, розробки, дослідно-промислового освоєння і впровадження удосконаленої інноваційної трьохстадійної технологічної схеми і процесів виплавки на ВАТ "Запорізький феросплавний завод" (ВАТ "ЗФЗ") металічного марганцю і середньовуглецевого феромарганцю силікотермічним способом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вирішені в дисертації актуальні проблемні задачі в області теорії і технології силікотермії марганцевих феросплавів повною мірою відповідають пріоритетам Державної програми розвитку і реформування ГМК України на період до 2011 р., затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України (від 28 червня 2004 р. №967).

Дисертація пов'язана з виконанням спільного наукового проекту НАН України і Російського ФФД та розпорядженням Президії НАН України №104 від 02.04.2008 р. "Фундаментальні та прикладні дослідження фізико-хімічної природи мінеральних утворень у марганцевих рудах родовищ Росії і України, розробка методів визначення характеристик руд, концентратів та інноваційних технологій виплавки марганцевих феросплавів для вітчизняної металургії та експорту" (розділ №1 "Розробка і дослідження технологічних схем і процесів виробництва марганцевих феросплавів"), № держ. реєстрації 0108U007014. Теоретичні й експериментальні лабораторні дослідження виконані також за тематичними планами НМетАУ. Дослідно-промислове освоєння інноваційної технології виконувалося у відповідності з. щорічними планами робіт і технічних заходів ВАТ "ЗФЗ" у період 2002-2008 рр.

Метою дисертаційної роботи є розробка, дослідження і впровадження на ВАТ "ЗФЗ" вдосконаленої трьохстадійної технологічної схеми та інноваційних процесів виробництва силікотермічних марганцевих феросплавів. Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні задачі:

1. Виконати фізико-хімічний і технологічний аналіз трьохстадійної схеми виробництва силікотермічних марганцевих феросплавів, удосконалити її, розробити і дослідити інноваційні процеси виплавки феросплавів по кожній з трьох стадій.

2. Проаналізувати геометричні характеристики нових печей РКО-7,0 з трансформаторами підвищеної одиничної потужності і визначити їх раціональні електричні режими роботи.

3. Провести порівняльний аналіз якості вуглецевих відновників, що традиційно застосовуються для виплавки феромарганцю ФМн 78Б і переробного малофосфористого шлаку ШМП-78 в одну технологічну стадію і альтернативного виду відновнику - антрациту.

4. Провести експериментальні дослідження складу шлаку по ходу процесу виплавки силікотермічних марганцевих феросплавів.

5. Виконати термодинамічний аналіз реакцій відновлення марганцю з ШМП-78 при динамічній зміні основності шлаку, що формується під час процесу виплавки металічного марганцю.

6. Експериментально дослідити механізм і причини високотемпературної ерозії периклазової футеровки феросплавних печей з вогнетривів П-91 і впровадити більш стійкі вогнетриви.

7. Дослідити мікроструктуру відвального шлаку металічного марганцю і вивчити вплив МgО на стійкість футеровки та поліморфне перетворення в-2CaО·SiO₂>г-2CaO•SiO₂ з метою розробки рекомендацій з запобігання розсипання шлаку і можливості його утилізації.

8. Провести науково-обґрунтовану експертизу причин зниження стійкості футеровки шахтно-щілинних печей виробництва вапна для виплавки силікотермічних марганцевих феросплавів; виконати дослідження і видати рекомендації з підвищення стійкості футеровки.

Об'єкт дослідження: процес виплавки металічного марганцю, високо- та середньовуглецевого феромарганцю, переробного марганцевого шлаку, процеси хімічної ерозії периклазової футеровки дугової печі, процеси хіміко-абразивної ерозії хромітопериклазової футеровки шахтно-щілинних печей випалу вапняку.

Предмет дослідження: властивості відновників для виплавки марганцевих феросплавів, структурні параметри й характеристики донецького антрациту АМ, коксу-горішка; фізико-хімія процесів відновлення марганцю при виплавці марганцевих феросплавів силікотермічним способом, електричні режими роботи печей, мікроструктури промислових злитків марганцевих феросплавів.

Методи дослідження. В роботі використані наступні апаратура й методи для фізико-хімічних, металофізичних і електротехнічних досліджень:

· енергодисперсійний спектрометр на електронному мікроскопі GSM-6360 LA, що оснащений системою рентгеноспектрального мікроаналізу (РСМА) фаз - РЕММА 101А для дослідження хімічних складів структурних складових феросплавів, шлаків, периклазових і хромітопериклазових вогнетривких футеровок;

· сертифіковані методи хімічного і спектрального аналізів марганцевих руд і концентратів, переробного й відвального шлаків.

· методи дослідження електротехнологічних параметрів дугових електропечей (потужність, опір ванни, корисна напруга, сила струму, питомі витрати електроенергії та ін.).

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше виконано фізико-хімічний і технологічний аналіз трьохстадійної технологічної схеми і інноваційних процесів виробництва високоякісних марганцевих феросплавів - металічного марганцю Мн 95, Мн 965 (ГОСТ 6008-90), середньо- і низьковуглецевого феромарганцю ФМн 88, ФМн 90 (ДСТУ 3547-97) силікотермічним способом в електропечах РКО-7,0 нової конструкції з периклазовою футеровкою.

2. Вперше встановлені основні способи підвищення коефіцієнта потужності (cosц) феросплавних печей РКО-7,0 при виплавці ФМн 78Б і шлаку ШМП-78; показано, що збільшення активного опору ванни печі за рахунок використання у шихті донецького антрациту марки АМ (при постійних значеннях активного опору короткої мережі (r_в), індуктивного опору ванни (х_в) і короткої мережі (х_к)) забезпечує підвищення активної потужності печі.

3. Вперше отримані данні щодо дослідження механізму хімічної ерозії периклазової футеровки (вогнетриви П-91) печі РКО-7,0, в якій виплавляється феромарганець ФМн 78Б і шлак ШМП-78 в одну технологічну стадію; встановлено, що поряд з високою температурою однією з причин низької експлуатаційної стійкості периклазової футеровки печі є висока активність кремнезему шлаку і ненасиченість його оксидом магнію, а також відносно невисока якість периклазових вогнетривів марки П-91.

4. З використанням термодинамічних даних щодо фізико-хімічних властивостей оксидів, силікатів марганцю і з урахуванням фазових рівноваг в системі MnO-CaO-SiО ₂ виконано аналіз реакцій відновлення марганцю із закису марганцю модельних шлаків і шлаку ШМП-78 переробним силікомарганцем (28-30 % Si, 60-65 % Mn, 0,035 % Р, 0,10-0,15 % С); отримані нові знання щодо розподілу марганцю між металічною і шлаковою фазами.

5. Вперше виконані експериментальні дослідження процесів взаємодії шлаків з периклазовою футеровкою печі при виплавці марганцевих феросплавів силікотермічним способом; встановлено, що хімічна ерозія футеровки відбувається внаслідок ненасиченості оксидом MgО як переробного шлаку ШМП-78, так і шлаку, що формується в ванні печі під час виплавки марганцевих феросплавів, і високої температури процесу.

6. Визначено причини розсипання відвального шлаку при виплавці металічного марганцю; підтверджено механізм фазового поліморфного перетворення ортосилікату кальцію в-2СаО·SiO₂г-2СаО·SiO₂, що супроводжується збільшенням об'єму на 12 %; встановлено, що при підвищенні вмісту в шлаку МgО до 6-7 % відбувається стабілізація структури шлаку (12-15 % МnО, 40-45 % СаО, 25-28 % SiO₂, 0,01 % Р), що дозволяє використовувати його в суміжних виробництвах та покращує екологічні умови.

Достовірність результатів досліджень. Обґрунтованість отриманих у дисертації результатів і висновків базується на фізико-хімічних передумовах і проведених експериментальних лабораторних і дослідно-промислових досліджень з використанням сучасної апаратури і методик, відтворюваністю та збіжністю результатів теоретичних й експериментальних досліджень з промисловими даними виплавки марганцевих феросплавів силікотермічним способом за розробленими технологіями.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Розроблено, досліджено і впроваджено в промислове виробництво в умовах ВАТ "ЗФЗ" удосконалену трьохстадійну технологічну схему і інноваційні процеси виробництва металічного марганцю марок Мн 965, Мн 95 і феромарганцю марок ФМн 88, ФМн 90, що забезпечує підвищення продуктивності дугових електропечей РКО-7,0, збільшення стійкості футеровки ванн печей, зменшення витрат дорогого і дефіцитного коксу-горішку.

2. Розроблено і впроваджено вдосконалену технологію виплавки феромарганцю ФМн 78Б і шлаку ШМП-78 на першій стадії із заміною коксу-горішку донецьким антрацитом марки АМ. Встановлено, що оптимальна частка антрациту у суміші відновнику складає 31,1 %. За період 2002-2008 р.р. усього використано 69,29 тис. т антрациту і знижено питому витрату електроенергії з 3860 кВт·г до 3527 кВт·г на 1 т ФМн 78Б, тобто на 8,62 % і підвищено продуктивність печі РКО-7,0 на 13,82 %.

3. На другій стадії наскрізної технологічної схеми впроваджено технологію виплавки переробного силікомарганцю МнС 25 з використанням шлаку ШМП-78, який виплавлено із застосуванням у шихті антрациту. У порівнянні з попередньою технологією вміст марганцю у переробному шлаку зменшився з 40-42 % до 36-38 %.

4. Для печей РКО-7,0 впроваджено нову футеровку з периклазового вогнетриву П-96 (ГОСТ 4689-94) замість П-91, що дозволило збільшити період часу між перефутеруваннями печі з 45-47 діб до 60-65 і підвищити виробництво марганцевих феросплавів при зниженні матеріальних й енергетичних витрат. При виплавці металічного марганцю в печі з новою футеровкою П-96 підвищена стійкість футеровки в 1,24 рази, а при виробництві феромарганцю у 1,5 рази.

5. На підставі результатів досліджень і промислових дослідів рекомендовано підвищити вміст МgО у шихті шлаку ШМП-78 (перша стадія) за рахунок використання МgO-вмісних видів сировини, а для виплавки металічного марганцю (третя стадія) використовувати вапно з підвищеним вмістом МgO.

6. З метою підвищення стійкості футеровки шахтно-щілинних печей для випалу вапняку з використанням ферогазу замість природного газу, рекомендовано використовувати периклазохромітові вогнетриви замість хромітопериклазових, а також зменшити запиленість ферогазу кремнеземистим пилом.

7. Загальний економічний ефект, отриманий від впровадження науково-технологічних розробок у 2002-2008 рр., склав 37687,2 тис. грн., у тому числі, з часткою автора дисертації 7238 тис. грн.

Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі узагальнені результати досліджень, виконаних особисто автором та під його керівництвом за безпосередньою участю. Дисертантом сформульовано всі основні положення і висновки. В роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачем виконано комплексні дослідження: виплавка в одну технологічну стадію феромарганцю ФМн 78Б і шлаку ШМП-78 з використанням донецького антрациту замість частини коксу-горішка [1, 2, 6, 9, 12, 13]; електричні режими роботи дугової печі РКО-7,0 [14, 15]; продукти хімічної ерозії периклазової футеровки ванни печі РКО-7,0 при виплавці шлаку ШМП-78 [3, 7]і металічного марганцю [11], а також продуктів хіміко-абразивної ерозії хромітопериклазової футеровки шахтно-щілинних печей з виробництва вапна [4]. Експериментально досліджені хімічні склади матричних і надлишкових фаз виділення в злитках феромарганцю ФМн 78, феросилікомарганцю марок МнС 25 і МнС 17 [5, 8, 10].

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися на науково-технічних конференціях: II Міжнародна конференція з феросплавів "Russian ferroalloys international conference" (м. Єкатеринбург, 5-7 вересня 2007 р.); науково-технічна конференція, присвячена 75-річчю "ЗФЗ" (м. Запоріжжя, 2008 р.); на засіданні Науково-технічної ради Міжнародного союзу металургів і Президії РАН з проблем виробництва феросплавів (м. Київ, 2007 р.; м. Москва, 2008 р.); на щорічних наукових міжкафедральних семінарах кафедри електрометалургії і кафедри кольорових металів НМетАУ в період 2002-2008 рр.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 15 наукових праць, у тому числі: 14 статей у виданнях, які входять у перелік ВАК України, 1 - у збірках праць міжнародних наукових конференцій.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків та списку використаних джерел із 177 найменувань. Викладена на 217 сторінках друкованого тексту та включає 183 сторінки основної текстової частини, 44 рисунки, 39 таблиць, 1 додаток (акт впровадження результатів роботи у виробництво).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета та основні задачі досліджень, наукова новизна і практична цінність роботи.

У першому розділі узагальнені й проаналізовані науково-технологічні основи електролітичного, алюмотермічного й силікотермічного способів одержання металічного марганцю і його якість за стандартом ГОСТ 6008-90. В Україні з урахуванням відносно низької якості марганцевих руд і отримуваних марганцевих концентратів (36-40 % Mn, 14-18 % SiО ₂, 0,19-0,22 % P), і за наявністю розвиненої електроенергетичної бази металічний марганець виробляється за багатостадійною технологічною схемою силікотермічним способом. У ході промислового виробництва й системних досліджень 4-х стадійна схема була істотно удосконалена шляхом виключення однієї із стадій - виплавки переробного високовуглецевого марганцю і трансформована в трьохстадійну. Однак і 3-х стадійна технологічна схема в цілому, як і процеси кожної з трьох стадій до початку виконання дисертаційної роботи, характеризувалася рядом невирішених задач, що підтверджується відносно низькими корисним вилученням марганцю із вихідних концентратів і техніко-економічними показниками виробництва.

Рис. 1. Удосконалена трьохстадійна технологічна схема виробництва Мн 95 і Мн 965 з одержанням на першій стадії ФМн 78Б і ШМП-78.

У другому розділі приведені результати розробленої і реалізованої в промислових умовах трьохстадійної технологічної схеми та інноваційних процесів одержання товарного стандартного феромарганцю ФМн 78Б (ДСТУ 3547-97) і переробного малофосфористого шлаку ШМП-78 (рис. 1), що дозволило виключити втрати марганцю з попутним високофосфористим сплавом (45-55 % Mn, 2-3 % P, 3-3,5 % C, решта Fe) за раніше діючою 3-х стадійною технологією.

Виконано порівняльний аналіз технічних характеристик феросплавних печей попередньої конструкції ОКБ-262А одиничної потужністю 5000 кВА і нових печей РКО-7,0 з трансформаторами 7000 кВА (рис. 2).

Рис. 2. Електропіч РКО-7,0 для виплавки Мн 965 і Мн 95 за ГОСТ 6008-90: 1 - візок для викочування ванни печі; 2 - люлька; 3 - периклазова футеровка ванни печі; 4 - графітовані електроди; 5 - ківш зі шлаком ШМП-78; 6 - металоприймальний ківш; 7 - ківш для відвального шлаку.

Проаналізовані основні способи підвищення коефіцієнта потужності (cosц) роботи печей РКО-7,0. Показано, що збільшення активного опору ванни печі за рахунок використання вуглецевого відновника з більшим питомим електричним опором - антрациту, при постійних значеннях активного опору короткої мережі (r_в), індуктивного опору ванни (х_в) і короткої мережі (х_к) забезпечує підвищення cosц і електричного к.к.д. (з_е) феросплавної печі. При цьому створюються передумови для збільшення робочої напруги U_р і корисної потужності Р_кор у ванні печі, що виходить з приведених нижче формул:

, (1)

, (2)

де U_л - лінійна напруга, I_р і I_е - робочий струм і струм на електроді відповідно.

Виконані прецизійні дослідження хімічної ерозії футеровки печі з вогнетривів П-91 і проведені промислові досліди з вивчення впливу присадок у шихту MgО для "насичення" шлаку ШМП-78 оксидом магнію й стабілізації електричного режиму плавки ФМн 78Б і ШМП-78. Результати дослідів підтвердили, що при введенні в шихту периклазового матеріалу стабілізується електричний режим роботи печі і підвищується вміст MgО у шлаку, що впливає на стійкість периклазової футеровки печі РКО-7,0.

Вперше проаналізовані електричні режими роботи печей РКО-7,0 з урахуванням того, що при виплавці ФМн 78Б і ШМП-78 вуглецевовідновним способом печі працюють безперервним процесом із зануреними в шихту електродами і зниженою напругою (в інтервалі 103,1-161,3 В), у порівнянні з виплавкою металічного марганцю (3-я стадія) - періодичним процесом з відкритими дугами і підвищеною напругою (в інтервалі 206,2-322,6 В).

При цьому істотно відрізняються схеми включення розщеплених вторинних обмоток: при виплавці ФМн 78Б і ШМП-78 "зірка-подвійний трикутник" (Y-), при виплавці марганцю - "зірка - один трикутник" (Y-) (рис. 3).

Рис. 3. Принципова електрична схема підключення трансформатору нової електропечі потужністю 7000 кВ·А до електропечей РКО-7,0 для виплавки ФМн 78Б, ШМП-78 (перемички в положенні 2) Мн 965, Мн 95 силікотермічним процесом (перемички в положенні 1).

Розроблена й освоєна технологія виплавки ФМн 78Б і ШМП-78 із заміною частини коксу-горішка донецьким антрацитом марки АМ і досліджені електричні режими роботи печі РКО-7,0 (рис. 4, 5).

Рис. 4. Електричні характеристики електропечі РКО-7,0 при виплавці ФМн 78Б і ШМП-78 в одну технологічну стадію в функції сили струму в електроді (I_е):на рисунку праворуч (Б) представлена виділена жовтим область електричних характеристик у більшому масштабі; P_кор - корисна електрична потужність; точки М_i - практичні дані (сині квадратні - при роботі на коксі, червоні круглі - із заміною 31,1 % коксу антрацитом), прямокутники відповідного кольору показують робочі області зміни I_е, P_кор (ліва частина рисунка) (А) для цих технологій.

Рис. 5. Типовий добовий графік електричного навантаження електропечі РКО-7,0 при виплавці ФМн 78Б і ШМП-78 в одну технологічну стадію з використанням у суміші вуглецевих відновників 31,1 % донецького антрациту марки АМ замість коксу-горішку

Впродовж дослідно-промислових випробувань розробленої технології виплавки ФМн 78Б и ШМП-78 у 2002-2008 р.р. в умовах цеху №3 ВАТ "ЗФЗ" частку антрациту у суміші відновників постійно підвищували, що слідує з наведених нижче даних:

Рік	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008
частка антрациту, %	19,5	20,0	29,0	36,0	35,9	21,1	31,1

Встановлено, що раціональна доля антрациту складає 31,1 %. При цьому досягнуто зниження питомої витрати електроенергії в розрахунку на 1 т ФМн 78Б на 8,62 % (табл. 1) і підвищена продуктивність печей РКО-7,0 на 13,82 %.

Таблиця 1 - Техніко-економічні показники виплавки феромарганцю ФМн 78Б і переробного шлаку ШМП-78 з використанням коксу-горішку і антрациту

Найменування показників	Од. вимірів	Роки
		2002 р.	2007 р.	2008 р.
Продуктивність ФМн 78Б	б.т/ном. добу	21,7	24,0	24,7
Питомі витрати: електроенергії Мn-сировини, у т.ч.: середній вміст Мn у сировині горішка коксового 10-25 мм горішка коксового 8-25 мм антрациту АМ окалини електродної маси
	кВт/г	3860	3620	3527
	кг/б.т	3055,5	2902	2868
	%	43,35	45,0	45,3
	кг/б.т.	335,5	233	169
	кг/б.т.		160,5	170
	кг/б.т	101	105	155
	кг/б.т	52,5	59,8	26
	кг/б.т	32,1	33,0	30,0
Кратність шлаку	відн. од.	1,4	1,2	1,2
Вміст Mn у ШМП-78	%	39,3	39,8	39,6

У третьому розділі узагальнені і проаналізовані результати термодинамічних досліджень реакцій відновлення марганцю шлаку ШМП-78 силікомарганцем при різних складах шихти і температурно-тимчасових умов виплавки металічного марганцю і середньовуглецевого феромарганцю марок ФМн 88, ФМн 90. Встановлено, що за рахунок введення у систему MnO-SiО ₂ (розплав шлаку ШМП-78) оксиду кальцію (вапна) досягається підвищення значення ентальпії реакції:

2Mn·SiO₂+ [Si]_{1 % р-н}+4CaO =2Mn+2(2CaO·SiO₂), (3)

ДG₂₉₈=?250000+123T, Дж/моль.

У зв'язку зі збільшенням попиту на силікотермічні марганцеві феросплави ФМн 88 і ФМн 90 виконано аналіз технології їх виплавки. Підвищення корисного використання марганцю при виплавці цих марок феромарганцю досягається на основі закону Нернста, відповідно до якого розподіл елемента (марганцю) між двома рідинами, що не змішуються (шлаком і марганцем) при постійній (заданій) температурі є величиною постійною, тобто:

= const

і для металічного марганцю складає 0,134. Тому зменшення вмісту марганцю у феромарганці марок ФМн 90 і ФМн 88 при інших рівних умовах підвищує коефіцієнт вилучення марганцю із вихідної шихти в сплав на 7,2 % і 9,3 % відповідно. марганцевий феросплав виплавка силікотермічний

Експериментально із застосуванням електронної мікроскопії досліджено мікроструктуру переробного силікомарганцю, ферросилікомарганцю МнС 17. Вивчено вміст і перерозподіл домішкових елементів (Ca, Ti, Al) між матричними й надлишковими фазами виділення. Рекомендовано при виплавці підшипникової сталі ШХ 15СГ-В використовувати силікомарганець замість феросиліцію і феромарганцю ФМн 78А, що забезпечує одержання сталі більш чистої по неметалевим (глобулярним і оксидним) включенням.

Матеріали дослідження передані заводу ВАТ "Дніпроспецсталь" з метою використання при розробці нової ефективної технології виплавки підшипникової сталі ШХ 15СГ-В.

У четвертому розділі досліджено вплив факторів на хімічну ерозію периклазової футеровки печей РКО-7,0, в яких виплавляється металічний марганець, низько- і середньовуглецевий феромарганець силікотермічним способом. Вперше досліджено мікроструктуру, хімічний і мінерально-фазовий склад вихідного шлаку ШМП-78 (проба 0) (рис. 6) і шлаків, що формуються у процесі асиміляції вапна рідким переробним шлаком у ванні печі (рис. 7) з периклазовою футеровкою.

Рис. 6. Результати РСМА шлаку № 0 у режимі кольорового картування з накладенням спектрів лінійного сканування.

Рис. 7. Результати РСМА шлаку № 4 у режимі картування з накладенням спектрограм вздовж лінії сканування.

Виявлено особливості розподілу лужноземельних елементів Mg, Ca і Ва шлаку (проба 1) між матричними й надлишковими фазами виділення. Встановлено, що Mg і Са більше конденсуються в матричній фазі, а Ва в евтектичних виділеннях. Встановлено, що Mg²⁺ в шлаку входить до складу мінерального утворення системи CaO-MnO-SiО ₂, заміщаючи Са ²⁺ і стабілізуючи кристалохімічну структуру в-2Ca·SiO₂, чим запобігає поліморфному монотропному перетворенню в-2CaO·SiO₂>г-2CaO·SiO₂, яке супроводжується збільшенням об'єму на 12 %. Використання шлаку ШМП-78 з підвищеним вмістом MgO (виплавленого з відпрацьованих периклазових вогнетривів) підвищує MgO в шлаку виплавки силікотермічних марганцевих феросплавів і знижує імовірність хімічної ерозії периклазової футеровки. На основі даних досліджень розроблена і впроваджена периклазова футеровка печей РКО-7,0 з використанням більш високоякісного периклазового вогнетриву марки П-96 (ГОСТ 4689-94). Промислова експлуатація печей з футеровкою П-96 підтвердила підвищення її стійкості з 45-47 до 60-65 діб. Впровадження нової футеровки ванни дозволило підвищити продуктивність печі, знизити питомі витрати матеріалів і електроенергії, а також трудові витрати на перефутерування печі.

У п'ятому розділі викладено наукове обґрунтування, дослідження і вибір вогнетривкої футеровки шахтно-щілинних печей (рис. 8) з метою забезпечення високої експлуатаційної стійкості футеровки при опаленні їх сумішшю ферогазу (70-92 %) і природного газу, як замінника частки останнього. Проаналізовані літературні дані про ступінь перетворення вапняку під час його випалу. Приведена технічна характеристика шахтно-щілинної печі: висота печі до рівня завантажувальних пристроїв 22,5 м, а довжина щілини 8 м. По висоті шахти виділяють три зони: підігрівання 6,18 м; випалу 6,5 м й охолодження 4,32 м. Шахта футерується хромітопериклазовими вогнетривами. Температура у зоні випалу складає 900-1000°С, а у зоні підігріву вапняку 600-680°С. Питомі витрати ферогазу і природного газу залежать від заданої продуктивності печі і складають 1500-3000 нм³/годину (табл. 2).

Рис. 8. Шахтно-щілинна піч для випалу вапняку на ВАТ "ЗФЗ": 1 - конусний завантажувальний пристрій; 2 - покажчик рівня; 3 - оглядове вікно; 4 - пальники; 5 - механізм вивантаження вапна.

У роботі проаналізовано характеристику хромітопериклазових вогнетривів марок ХП 1…ХП 5 за ГОСТ 5381-93. За своїм валовим хімічним складом хромітопериклазовий вогнетрив найбільш близький до складної оксидної системи MgO-FeO-Fe₂O₃-Cr₂O₃-Al₂O₃-SiО ₂. За А.С. Бережним в цій системі не має складнокомпонентних з'єднань, а присутні в хромітопериклазовий шпінелід (Mg, Fe²⁺)(Fe³⁺, Cr³⁺, Al³⁺)₂O₄ і ортосилікат (Mg, Fe²⁺)₂SiО ₄.

Таблиця 2 - Газовий режим опалення шахтно-щілинної печі сумішшю ферогазу і природного газу при заданій добовій продуктивності печі по вапну

Продуктивність печі, т/добу	Кількість газу, що подається, нм 3/год.	Температура відхідних газів, оС	Розрідження, Па
	ферогазу	природного газу
150	3000 (92 %)	260 (8 %)	170-250	2058
150	1700 (75 %)	577 (25 %)	120-180	2254
140	1500 (70 %)	625 (30 %)	180-200	2100-2300

Встановлено, що ферогаз від феросиліцієвих печей цеху №3 після мокрої газоочистки характеризується відносно високим вмістом пилу і кремнезему в ньому (% мас):

SiО 2	Al2O3	CaО	MgО	Fe2O3	ППП
86-95	1,8-8,6	0,4-2,6	0,5-1,30	0,2-4,5	0,8-1,7

Досліджено мікроструктуру оплавленої поверхні зразків вогнетриву (із зони розпалу) наступного хімічного складу (% мас.):

SiО 2	Al2O3	CaО	MgО	FeО	Cr2O3	S	MnО
33,2	18,7	26,6	13,3	3,2	2,5	0,03	0,78

Напливи мають великий вміст SiО₂ і СаО. Із застосуванням електронної мікроскопії вивчено динаміку зміни вмісту елементів (О, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Cr і Fe) по перерізу зразка від оплавленої зони до малозміненої зони вихідного вогнетриву (рис. 9). Вміст елементів у вихідній мікроструктурі вогнетриву (рамка 030 - крайня права) і напливі (рамка 012 - крайня ліва) наведений нижче:

Номер рамки	Mg	Al	Si	K	Ca	Ti	Cr	Fe
30	42,1	4,87	5	0	4,77	0	17,62	9,67
12	3,58	14,54	24,65	0,68	32,97	0,80	1,39	2,04

З метою підвищення експлуатаційної стійкості футеровки печей рекомендовано застосовувати замість хромітопериклазових вогнетривів периклазохромітові, які менше піддаються хімічній ерозії в умовах випалу вапняку в шахтно-щілинних печах, що опалюються сумішшю ферогазу і природного газу.

Рис. 9. Результати РСМА зразка хромітопериклазового вогнетриву з футеровки шахтної печі для випалу вапняку (перехідна зона на базовому складі вогнетриву): а - ділянки аналізу, що обмежені рамками; б - лінії зміни концентрації хімічних елементів.

ВИСНОВКИ

1. Вперше виконано фізико-хімічний і технологічний аналіз трьохстадійної технологічної схеми і інноваційних процесів виробництва високоякісних марганцевих феросплавів - металічного марганцю марок Мн 95, Мн 965 (ГОСТ 6008-90), середньо- і низьковуглецевого феромарганцю марок ФМн 88, ФМн 90 (ДСТУ 3547-97) силікотермічним способом в електропечах РКО-7,0 нової конструкції з периклазовою футеровкою.

2. Вперше встановлені основні способи підвищення коефіцієнта потужності (cosц) нових феросплавних печей РКО-7,0 при виплавці феромарганцю ФМн 78Б і шлаку ШМП-78; показано, що збільшення активного опору ванни печі за рахунок використання у шихті донецького антрациту марки АМ (при постійних значеннях активного опору короткої мережі (r_в), індуктивного опору ванни (х_в) і короткої мережі (х_к)) забезпечує підвищення активної потужності печі на 25 %.

3. Розроблено і впроваджено вдосконалену інноваційну технологію виплавки феромарганцю ФМн 78Б і шлаку ШМП-78 (перша стадія) із заміною коксу-горішка донецьким антрацитом. Встановлено, що оптимальна частка антрациту у суміші відновнику складає 31,1 %. За період 2002-2008 р.р. усього використано 69,29 тис. т антрациту і знижено питому витрату електроенергії з 3860 кВт·г до 3527 кВт·г на 1 т ФМн 78Б, тобто на 8,62 %, і підвищено продуктивність печі РКО-7,0 на 13,82 %.

4. Вперше експериментально досліджено причини і встановлено механізм хімічної ерозії периклазової футеровки (вогнетриви П-91) печей, що виплавляють феромарганець ФМн 78 і шлак ШМП-78 в одну технологічну стадію; встановлено, що поряд з високою температурою однією з причин низької експлуатаційної стійкості периклазової футеровки печей є висока активність кремнезему шлаку і ненасиченість його оксидом магнію, а також відносно невисока якість периклазових вогнетривів марки П-91.

5. З використанням термодинамічних даних щодо фізико-хімічних властивостей оксидів, силікатів марганцю і з урахуванням фазових рівноваг в системі MnO-CaO-SiО ₂ виконано аналіз реакцій відновлення марганцю із закису марганцю модельних шлаків і шлаку ШМП-78 переробним силікомарганцем (28-30 % Si, 60-65 % Mn, 0,035 % Р, 0,10-0,15 % С) (третя стадія). Отримані нові знання щодо розподілу марганцю між металічною і шлаковою фазами і підвищення коефіцієнту корисного вилучення марганцю. Термодинамічними розрахунками встановлено, що зменшення вмісту марганцю у феромарганці марок ФМн 90 і ФМн 90 при інших рівних умовах підвищує коефіцієнт вилучення марганцю із вихідної шихти в сплав на 7,2 % і 9,3 % відповідно.

6. Вперше виконані експериментальні дослідження процесів взаємодії шлаків з периклазовою футеровкою печі при виплавці металічного марганцю і низько- і середньовуглецевого феромарганцю силікотермічним способом; встановлено, що хімічна ерозія футеровки відбувається внаслідок ненасиченості оксидом MgО як переробного шлаку ШМП-78, так і шлаку, що формується в ванні печі під час виплавки марганцевих феросплавів, і високої температури процесу. Розроблено і спільно з ВАТ "Запоріжвогнетрив" виготовлено і впроваджено футеровку ванни дугових електропечей з використанням периклазового вогнетриву більш високої якості П-96 замість П-91. Експлуатаційну стійкість футеровки печі при виплавці металічного марганцю підвищено в 1,24 рази, а при виробництві низько- середньовуглецевого феромарганцю - в 1,5 рази.

7. Визначено причини розсипання відвального шлаку при виплавці металевого марганцю; підтверджено механізм фазового поліморфного перетворення ортосилікату кальцію в-2СаО·SiO₂г-2СаО·SiO₂, що супроводжується збільшенням об'єму на 12 %; встановлено, що при підвищенні вмісту в шлаку МgО до 6-7 % відбувається стабілізація структури шлаку (12-15 % МnО, 40-45 % СаО, 25-28 % SiO₂, 0,01 % Р), що дозволяє його використовувати в суміжних виробництвах та покращує екологічні умови.

8. Вперше із застосуванням електронної мікроскопії і РСМА виконано порівняльне дослідження фазового складу переробного силікомарганцю МнС 25 і феросилікомарганцю МнС 17. Матеріали дослідження передані заводу ВАТ "Дніпроспецсталь" і використані при розробці нової ефективної технології виплавки підшипникової сталі ШХ 15СГ-В.

9. Встановлено, що основною причиною відносно низької експлуатаційної стійкості хромітопериклазової футеровки шахтно-щілинних печей (висотою 22,5 м і довжиною щілини 8 м) є її хіміко-абразивна ерозія і зниження вогнетривкості через взаємодію з кремнеземистим пилом ферогазу від феросплавних печей. З метою підвищення експлуатаційної стійкості футеровки печі рекомендовано використання периклазохромітових вогнетривів.

10. Результати науково-технологічних і проектно-конструкторських розробок з удосконалення трьохстадійної технологічної схеми та інноваційних процесів впроваджені у виробництво в умовах ВАТ "ЗФЗ"; загальний економічний ефект, отриманий від впровадження науково-технологічних розробок у 2002-2008 рр., склав 37687,2 тис. грн., у тому числі, з часткою автора дисертації 7238 тис. грн.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Расширение базы углеродистых восстановителей, применяемых при производстве высокоуглеродистого ферромарганца / В.Д. Белан, О.Н. Сезоненко, А.Л. Фишман, В.Л. Зубов, О.Л. Беспалов, С.Н. Корниенко, И.П. Кураева // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - №4. - С. 36-38.

2. Кравченко П.А. Опытно-промышленные исследования влияния замены кокса-орешка фракционированным доменным коксом при выплавке углеродистого ферромарганца / П.А. Кравченко, О.Н. Сезоненко, М.И. Гасик // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - №3. - С. 44-48.

3. Кравченко П.А. Рентгеноспектральный микроанализ на энерго-дифракционном спектрометре продуктов эрозии периклазовой футеровки в одностадийном производстве и передельного марганцево-силикатного шлака и углеродистого ферромарганца / П.А. Кравченко, О.Н. Сезоненко, М.И. Гасик // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2005 - №2 - С. 24-27.

4. Сезоненко О.Н. Технология получения ферросплавной извести в шахтнощелевых печах и исследование эрозии хромитопериклазовой футеровки при обжиге известняка феррогазом от ферросилициевых печей / О.Н. Сезоненко, М.И. Гасик // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006 - №4 - С. 53-56.

5. Сравнительное исследование химических составов базовых и избыточных фаз выделения в структурах слитков ферросилиция ФС 65, ферросиликомарганца марок МнС 17 и МнС 25 / М.И. Гасик, О.Н. Сезоненко, А.П. Горобец, С.С. Казаков // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2006 - №6 - С. 16-20.

6. Сезоненко О.Н. Разработка и исследования технологии выплавки ферромарганца ФМн 78Б и передельного марганцевого шлака с использованием антрацита / О.Н. Сезоненко, М.И. Гасик // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007 - №4 - С. 29-32.

7. Сезоненко О.Н. Исследование концентрирования примесных оксидов в матричных эвтектических структурах марганцевого шлака / О.Н. Сезоненко, М.И. Гасик // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008 - №1 - С. 43-47.

8. Теоретические предпосылки процессов формирования оксидных глобулярных неметаллических включений при различных остаточных содержаниях кальция и алюминия / М.И. Гасик, А.П. Горобец, А.И. Панченко, И.Н. Логозинский, А.С. Сальников, С.С. Казаков, Л.М. Скрипка, С.Л. Касьян, О.Н. Сезоненко // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008 - №1 - С. 48-54.

9. Совершенствование технологических процессов трехстадийного производства металлического марганца силикотермическим способом / М.И. Гасик, П.А. Кравченко, О.Н. Сезоненко, О.Л. Беспалов, Э.В. Кондаков, С.Н. Корниенко, С.Д. Беликов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008 - №2 - С. 21-26.

10. Разработка и освоение технологии раскисления и легирования подшипниковой стали ШХ 15СГ-В ферросиликомарганцем МнС 25 / А.И. Панченко, И.Н. Логозинский, А.С. Сальников, С.Л. Мазурук, С.А. Касьян, С.С. Казаков, Л.М. Скрипка, М.И. Гасик, А.П. Горобец, О.Н. Сезоненко // Современная электрометаллургия. - 2008 - №3 - С. 47-57.

11. Гасик М.И. Исследование фазового состава шлаков на различных стадиях выплавки металлического марганца силикотермическим способом / М.И. Гасик, О.Н. Сезоненко // Сталь. - 2008 - №5 - С. 48-57.

12. Анализ потерь ведущего элемента и пути их снижения при производстве ферросплавов / П.А. Кравченко, О.Н. Сезоненко, О.Л. Беспалов, Э.В. Кондаков, И.П. Кураева // Сталь. - 2008 - №9 - С. 41-43.

13. Использование нетрадиционных углеродистых восстановителей при выплавке ферромарганца ФМн 78Б и передельного марганцевого шлака / П.А. Кравченко, О.Н. Сезоненко, О.Л. Беспалов, С.Н. Корниенко, С.Д. Беликов, М.И. Гасик // Сталь. - 2008 - №9 - С. 43-45.

14. Электрический режим плавки ФМн 78Б и ШМП-78 с использованием антрацита в печах РКО-7,0 с трансформатором с расщепленной вторичной обмоткой / О.И. Поляков, М.И. Гасик, О.Н. Сезоненко, С.М. Балашов, С.Н. Корниенко // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2009 - №4 - С. 29-32.

15. Сезоненко О.Н. Перспективы развития Запорожского завода ферросплавов / О.Н. Сезоненко // II Международная ферросплавная конференция, г. Екатеринбург, 5-7 сентября 2007 г.: тезисы докл. - Сталь. - 2007 - №9 - С. 45.

АНОТАЦІЯ

Сезоненко О.М. "Удосконалення трьохстадійної технологічної схеми і розробка інноваційних процесів виплавки марганцевих феросплавів силікотермічним способом". - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 - Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів, Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ - 2010.

Дисертація присвячена дослідженню і впровадженню у виробництво удосконаленої трьохстадійної технологічної схеми та інноваційних процесів виплавки марганцевих феросплавів силікотермічним способом в нових дугових електропечах РКО-7,0 з трансформаторами підвищеної потужності (7000 кВА).

Наведені фізико-хімічні основи процесів і техніко-економічні порівняльні показники виробництва металевого марганцю різними способами. Показана актуальність удосконалення технології виробництва металевого марганцю за силікотермічним способом. Вперше теоретично обґрунтована і впроваджена у виробництво (ВАТ "ЗФЗ") технологія виплавки феромарганцю ФМн 78Б (ДСТУ 3547-97) і марганцевого шлаку ШМП-78 з використанням донецького антрациту замість частки коксу-горішка в дугових електропечах.

Виконано термодинамічний аналіз реакцій відновлення марганцю шлаку ШМП-78 силікомарганцем стосовно умов виплавки металічного марганцю і середньовуглецевого феромарганцю силікотермічним способом.

З використанням електронного мікроскопа GSM-6360 LA, РСМА вперше досліджені зміни хімічного і мінерального складу шлаків, що утворюються впродовж технологічного циклу виплавки металевого марганцю періодичним силікотермічним процесом. Вивчено вплив підвищення вмісту в шлаках MgO на зменшення хімічної ерозії периклазової футеровки печей РКО-7,0. Впроваджена нова футеровка печей з периклазових вогнетривких виробів марки П-96 (ГОСТ 4689-94), що дозволило підвищити стійкість футеровки від 45-47 до 60-65 діб, зменшити питомі витрати вогнетривів і збільшити продуктивність печей.

Досліджені причини зменшення стійкості хромітопериклазової футеровки шахтно-щілинних печей випалу вапняку. Обґрунтована для впровадження на печі більш якісна периклазохромітова футеровка.

Впровадження вдосконаленої технологічної схеми та інноваційних процесів дозволило на 31,1 % зменшити витрату коксу-горішку, питому витрату електроенергії на 8,62 %, підвищити експлуатаційну стійкість періклазової футеровки дугових печей, збільшити продуктивність печей РКО-7,0 виплавки феромарганцю, шлаку ШМП-78, металевого марганцю на 13,82 % і отримати загальний економічний ефект 37687,82 тис. грн. з часткою автора 7238 тис. грн.

Ключові слова: силікотермія, марганцеві феросплави, рудовідновлювальні дугові печі, електричні режими плавки, периклазова футеровка, хромітопериклазова футеровка, виробництво вапна, економіка.

АННОТАЦИЯ

Сезоненко О.Н. "Усовершенствование трехстадийной технологической схемы и разработка инновационных процессов выплавки марганцевых ферросплавов силикотермическим способом". - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов, Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск - 2010.

Диссертация посвящена исследованию и внедрению в производство усовершенствованной трехстадийной технологической схемы и инновационных процессов выплавки марганцевых ферросплавов силикотермическим способом в новых дуговых электропечах РКО-7,0 с трансформаторами повышенной мощности (7000 кВА).

Впервые разработана и исследована усовершенствованная технология выплавки ферромарганца ФМн 78Б и передельного марганцевого шлака ШМП-78 с использованием донецкого антрацита взамен части кокса-орешка в дуговых электропечах РКО-7,0 с трансформаторами повышенной мощности (7000 кВА).

Проведен термодинамический анализ базовых реакций восстановления марганца из передельного марганцевого шлака ШМП-78 силикомарганцем применительно к условиям процессов выплавки металлического марганца и среднеуглеродистого ферромарганца силикотермическим способом. Проанализировано влияние содержания MgO на стабилизацию кристаллической структуры в-2CaO·SiO₂ с целью предупреждения рассыпания отвального шлака высокой основности.

С применением микроскопа GSM-6360 LA, РСМА впервые исследованы изменения химического и минерального состава шлаков, которые образуются по ходу технологического цикла выплавки металлического марганца периодическим силикотермическим процессом. Изучено влияние повышения содержания в шлаках MgO на уменьшение химической эрозии периклазовой футеровки печей РКО-7,0. Внедрена новая футеровка печей из периклазовых огнеупорных изделий марки П-96 (ГОСТ 4689-94), что позволило повысить стойкость футеровки с 45-47 до 60-65 суток, уменьшить удельный расход огнеупоров и увеличить производительность печей.

Исследованы причины уменьшения стойкости хромитопериклазовой футеровки шахтно-щелевых печей обжига известняка. Обоснована для внедрения на печи более качественная периклазохромитовая футеровка.

Внедрение усовершенствованной технологической схемы и инновационных процессов позволило на 31,1 % уменьшить расход кокса-орешка, снизить удельный расход электроэнергии, увеличить эксплуатационную стойкость периклазовой футеровки дуговых печей, увеличить производительность печей РКО-7,0 выплавки ферромарганца, шлаку ШМП-78, металлического марганца и получить общий экономический эффект 37687,82 тыс. грн. с долей автора 7238 тыс. грн.

Ключевые слова: силикотермия, марганцевые ферросплавы, рудовосстановительные дуговые печи, электрические режимы плавки, периклазовая футеровка, хромитопериклазовая футеровка, производство извести, экономика.

ABSTRACT

Sezonenko O.M. "Improvement of the three-stage technology and innovative processes of manganese ferroalloys smelting with silicon reduction". - manuscript.

Thesis for scientific degree of candidate of technical sciences on specialty 05.16.02 - Metallurgy of ferrous and non-ferrous metals and special alloys, National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipropetrovs'k - 2010.

The thesis consists of theoretical and experimental studies, industrial implementation and commercialization of three-stage technology and innovative processes of manganese ferroalloys smelting with silicon reduction in electric arc furnaces. Physical chemistry of the processes and different technologies economic data are compared and the importance of the silicon-reducing production method is analyzed. New technology of high-carbon ferromanganese FMn78B (DSTU 3547-97) and intermediate manganese slag ShMP-78 is theoretically analyzed for the conditions of JSC "ZFZ". This technology foresees substitution of expensive coke with Donetsk anthracite using retrofitted arc furnaces RKO-7.0.

For these processes thermodynamic analysis of manganese reduction by silicon from the slag ShMP-78 is performed for the conditions of metallic manganese and medium-carbon ferromanganese. The effect of MgO on stabilization of Я-2CaO·SiO₂ phase is analyzed to prevent increased basicity slag from pulverization. Processes slags compositions were studied with EMPA and MgO influence on lining stability of the arc furnaces was analyzed. This lead to improvement of the periclase lining P96 instead of previous P91 that allowed extension of the furnace operations by 30-35 % and improve productivity.

In parallel stability of the chromite-periclase lining of lime production furnaces was studied. The premature local melting of the lining was found to be caused by increased silica dust content in the offgas of ferrosilicon furnaces, which is used as additive to natural gas. Substitution of this lining to new periclase-chromite type was suggested.

Altogether implementation of technology of manganese ferroalloys smelting with silicon reduction has allowed to decrease carbon consumption, specific electrical energy demand, improve furnace lining stability leading to economic effect of 37,687 mln. UAH with author's share of 7,238 mln. UAH.

Keywords: silicon reduction, manganese ferroalloys, electric arc furnaces, electrical regimes of smelting, periclase lining, chromepericlase, lime production, economy.

Размещено на Allbest.ru

...