Производство силикомарганца
Силикомарганец выплавляют в таких же печах, что и углеродистый ферромарганец; мощность печей достигает 63 МВА. В состав шихты входят агломерат марганцевой руды, малофосфористый марганцевый шлак, кварцит и кокс. Целесообразно применять агломерат высококремнеземистой марганцевой руды, так как при этом из руды восстанавливается не только марганец, но также и кремний. Стоимость высококремнеземистой марганцевой руды значительно ниже, чем стоимость низкокремнеземистой руды и кварцита. Соотношение между количествами агломерата марганцевой руды и низкофосфористого шлака определяется допускаемым содержанием фосфора в силикомарганце.
Восстановление окислов марганца при выплавке силикомарганца происходит по тем же реакциям, что и при выплавке углеродистого ферромарганца.
Восстановление кремнезема происходит по следующей реакции:
Эта реакция протекает при высоких температурах, когда металл и шлак находятся в жидком состоянии. Константа равновесия этой реакции
Силикомарганец выплавляют под шлаком с высоким содержанием кремнезема. Чем выше содержание кремния в сплаве, тем больше должна быть активность кремнезема. При увеличении содержания кремнезема в шлаке до 50-55% активность кремнезема увеличивается до единицы. Если содержание кремнезема в шлаке составляет 50-55%, то такой шлак насыщен кремнеземом. Дальнейшее повышение кремнезема не влияет на его активность, но значительно увеличивает вязкость шлака; поэтому при выплавке силикомарганца содержание кремнезема в шлаке не увеличивают выше 52-55%. Содержание кремния в силикомарганце зависит от содержания кремнезема в шлаке и температуры - повышение температуры в горне печи и увеличение содержания кремнезема в шлаке способствуют восстановлению кремния. Повышение температуры горна печи достигается увеличением удельной мощности печи и уменьшением электропроводности шихты и шлака путем повышения содержания кремнезема в шлаке, применения восстановителя с повышенным электросопротивлением и уменьшения размера частиц восстановителя. Плавку силикомарганца ведут при линейном напряжении 140-240 В.
При выплавке силикомарганца стремятся к максимальному восстановлению марганца, что способствует уменьшению расхода марганцевой руды и передельного шлака. Это очень важно, так как стоимость этих материалов составляет около половины стоимости силикомарганца. При нормальном ходе плавки содержание кремнезема в шлаке составляет приблизительно 50%; при отсутствии в шлаке каких-либо посторонних окислов содержание закиси марганца в шлаке также около 50%. Состав шлака близок к бисиликату марганца. Если ввести в шлак другие трудновосстановимые окислы (CaO, МgО и др.), то эти окислы образуют с кремнеземом силикаты. В этих условиях закись марганца не образует прочных соединений с кремнеземом и более легко восстанавливается. При плавке карбонатных марганцевых руд, содержащих глинозем, окись кальция и окись магния, необходимая основность шлака получается без добавок в шихту флюсов. При выплавке силикомарганца на рудах, не содержащих указанных окислов, в шихту добавляют окись кальция и окись магния. При выплавке силикомарганца около 95% Р шихты восстанавливается, 70% Р переходит в сплав и 25% теряется с газами. Выпуск силикомарганца из печи производится через каждые 1,5-2 ч. Силикомарганец выпускают в ковш, футерованный шамотным кирпичом; сплав разливают на разливочной машине.
Ниже приводятся данные, характеризующие удельные расходы материалов и электрической энергии при выплавке силикомарганца с содержанием кремния 17% в печи мощностью 16,5 MBА:
Силикомарганец выплавляют также на брикетированной шихте. Брикеты изготовляют из марганцевых концентратов, речного песка и мелкого угля. Ход печи при ведении плавки на брикетах более ровный, чем при плавке на агломерате; технико-экономические показатели плавки с применением брикетов также лучше. Себестоимость силикомарганца при плавке на брикетах примерно на 10% ниже, чем при плавке на агломерате.
Кроме товарного силикомарганца ферросплавная промышленность производит также передельный силикомарганец с более высоким содержанием кремния и меньшим содержанием железа; этот сплав применяют для выплавки малоуглеродистого ферромарганца и металлического марганца. Передельный силикомарганец должен содержать менее 0,1% С, поэтому содержание кремния в нем должно быть более 30%.
Выплавляют передельный силикомарганец в тех же цехах, в которых производят малоуглеродистый ферромарганец или металлический марганец, в печах мощностью около 4 МВА; линейное напряжение 130-140 В.
Шихта состоит из передельного малофосфористого шлака, кокса и небольшого количества известняка. Выплавляемые сплавы содержат около 30% Si; 65% Мn и 0,1% С. Сплав выпускают в стальной ковш, у которого внутренние стенки покрыты шлаковым гарниссажем, образованным при предыдущих плавках; в ковше сплав выдерживают 30-40 мин. Содержание углерода в сплаве перед выпуском из печи 0,15-0,25%, во время выдержки в ковше содержание углерода снижается до 0,07-0,08%. Избыточный углерод всплывает в виде графитовой спели и частиц карбида кремния. Силикомарганец подвергают гранулированию или передают в жидком виде в рафинировочные печи. Расход электрической энергии на передельный сплав около 5000 кВтч/т. Извлечение марганца более 80%.