Выплавка малофосфористого шлака
Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

Выплавка малофосфористого шлака

Исследования показывают, что при окислительной плавке ферромарганца фосфор из него не удаляется. Для того чтобы фосфор окислялся, должна происходить следующая реакция:

2[Р] + 5(МnО) + 4(СаО) = (4СаО*Р205) + 5[Мn] - (1)

Однако при выплавке ферромарганца реакция (1) не происходит. Это объясняется тем, что марганец в условиях плавки ферромарганца обладает большим сродством к кислороду, чем фосфор, и закись марганца является более прочным окислом, чем фосфорный ангидрид, даже если фосфорный ангидрид связан с окисью кальция. По аналогии с процессами, происходящими при плавке стали, можно было предположить, что условия окисления фосфора будут более благоприятными, если в качестве окислителя применить закись железа:

2[Р] + 5(FеО) + 4(СаО) = (4СаО*Р205) + 5[Fе] - (2)

Эта реакция очень хорошо протекает при выплавке стали. Однако в условиях выплавки ферромарганца реакция (2) не приводит к уменьшению содержания фосфора в металле. Это объясняется тем, что при выплавке ферромарганца одновременно с реакцией (2) может происходить также восстановление фосфорного ангидрида марганцем

(4СаО*Р205) + 5[Мn] = 2[Р] + 5(МnО) + 4(СаО) - (3)

Результатом одновременного протекания реакций (2) и (3) является окисление марганца закисью железа. Чтобы происходило окисление фосфора и не происходило окисления марганца, необходимо, чтобы реакция (3) была в состоянии равновесия или проходила справа налево. Это то же, что и протекание реакции (1) слева направо. Как уже указывалось, в условиях выплавки ферромарганца реакция (1) не протекает, что обусловливает невозможность рафинирования ферромарганца от фосфора.

То обстоятельство, что фосфор имеет меньшее сродство к кислороду, чем марганец, используется для удаления фосфора из руды. Это достигается путем плавки этой руды в дуговых печах с небольшим количеством восстановителя; в шихту вводят такое количество восстановителя (коксика), какое необходимо для восстановления окиси железа, фосфорного ангидрида, всех высших окислов марганца до закиси, а также 5-10% закиси марганца до металла. При таком способе плавки получают небольшое количество металла и большое количество шлака. Почти весь фосфор и все железо шихты переходят в металл, а закись марганца и кремнезем - в шлак. Шлак должен содержать не менее 26-28% SiO2, в противном случае он получается очень густым и содержит много корольков высокофосфористого металла. Если в марганцевой руде содержание кремнезема недостаточно, то в шихту добавляют некоторое количество кварцита. Более целесообразно вводить в шихту низкосортную высококремнеземистую марганцевую руду, так как стоимость такой руды значительно ниже стоимости высокосортной марганцевой руды и кварцита, а результаты плавки получаются одинаковыми. Наряду со шлаком в процессе плавки получают также небольшое количество железомарганцевого сплава с высоким содержанием фосфора (60-70% Мn; 2—4% Р; 5-6% С; 25-30% Fe). Этот сплав может применяться для раскисления высокофосфористой стали.

Состав малофосфористого шлака следующий: 60-65% МnО; 28-30% Si02; 0,02-0,04% Р205; 0,5-0,8% FeO; 4,0-6,0% СаО. Температура плавления шлака около 1400°С. Переход марганца из руды в шлак около 90%.

Малофосфористый шлак выплавляют в печах мощностью 16,5 МВА. Рудная часть шихты состоит из агломерата или смеси агломерата и марганцевого концентрата; количество концентрата в шихте может доходить до 30%. В качестве восстановителя применяют кокс-орешек в количестве 4-5% от массы рудной части шихты. Для поглощения восстановленного фосфора в шихту добавляют около 4% стальной или чугунной стружки. Расход электрической энергии составляет около 800 кВт*ч/т шлака. Количество попутного высокофосфористого сплава составляет 9-10% от массы шлака.

Ведение плавки малофосфористого марганцевого шлака не представляет особых трудностей по сравнению с плавкой углеродистого ферромарганца. Однако при выплавке низкофосфористого шлака имеет место повышенный износ угольного пода печи. В связи с высоким содержанием закиси марганца в шлаке происходит частичное обезуглероживание сплава; содержание углерода в сплаве при высоком содержании закиси марганца в шлаке может снизиться до 3-5%. Так как растворимость углерода в сплаве с высоким содержанием марганца равна 6-7%, то происходит растворение углерода из угольных блоков подины в сплав. Оба процесса - обезуглероживание сплава шлаком и науглероживание его угольными блоками подины - происходят непрерывно, что приводит к усиленному разъеданию пода печи. Этот вопрос еще недостаточно изучен и меры предотвращения повышенного разрушения угольного пода еще не разработаны. Необходимо, вероятно, уточнить состав материалов, применяемых для изготовления пода, усовершенствовать конструкцию пода и подобрать оптимальную толщину слоя сплава в печи.