Технология производства малоуглеродистого ферромарганца и металлического марганца
Если углеродистый ферромарганец подвергать в электрической печи рафинированию закисью марганца, то может протекать следующая реакция:
По тем же причинам, которые были изложены при рассмотрении обезуглероживания феррохрома, эта реакция идет только при очень высоких температурах; чем ниже требуемое содержание углерода, тем выше должна быть температура процесса. Для получения сплава, содержащего менее 0,1 %С, температура процесса должна быть выше 2000°С. Ведение плавки при таких высоких температурах связано со значительными трудностями. Кроме того, при этих температурах упругость пара марганца очень высока и происходит сильное испарение марганца. По этим причинам окислительная плавка не применяется для получения металлического марганца и малоуглеродистого ферромарганца. Как правило, сплавы получают силикотермическим способом. Исходными материалами являются передельный силикомарганец, малофосфористый марганцевый шлак и известь. Силикомарганец содержит мало углерода, поэтому после окисления кремния образуется металлический марганец. Окисление кремния происходит по следующей реакции:
Эта реакция может протекать в обоих направлениях. Константа равновесия этой реакции выражается таким уравнением:
Если расплавить в кремнеземистом тигле малоуглеродистый ферромарганец или металлический марганец, то реакция пойдет справа налево, т.е. в сторону восстановления кремнезема из футеровки тигля марганцем. Исследования показывают, что при 1550° С получается сплав, содержащий 65% Мn, 16% Si шлак при этом содержит 50% МnО, 48% SiO2.
Если окислять кремний в силикомарганце под шлаком 48% SiO2, то даже при содержании закиси марганца в шлаке 50% не окажется возможным снизить содержание кремния в металле менее 14%. Для этого необходимо уменьшить активность кремнезема в шлаке, что достигается введением в шлак окиси кальция. Если окисление кремния ведется под шлаком с основностью более 1,5 (СаО/SiO2 > 1,5), то можно снизить содержание кремния в сплаве до 1 %. При этом содержание закиси марганца в шлаке составляет около 20%.
Плавку металлического марганца ведут следующим образом. В печь загружают некоторое количество извести и заливают жидкий передельный шлак. После растворения извести в печь добавляют передельный силикомарганец в жидком или в твердом состоянии. Окисление кремния происходит по следующей реакции
После окисления кремния до остаточного содержания в сплаве 0,5-1% производят выпуск плавки. Металл и шлак выпускают в стальной ковш, заполненный шлаком предыдущей плавки, на стенках ковша обычно уже имеется корка твердого шлака. Избыток шлака переливается из ковша в шлаковую чашу. Конечный шлак имеет примерно следующий состав: 45% СаО, 30% SiO2, 20% МnО.
Плавка малоуглеродистого ферромарганца отличается от плавки металлического марганца лишь тем, что в составе применяемых передельного шлака и силикомарганца допускается большее содержание железа Схема плавки металлического марганца и малоуглеродистого ферромарганца приведена на рис. 1.
Рисунок 1 - Силикотермический способ получения металлического марганца: I - печь для выплавки передельного шлака; II - печь для выплавки силикомарганца; III - печь для выплавки металлического марганца; 1 - марганцевая руда; 2 - кокс орешек; 3 - малофосфористый передельный марганцевый шлак; 4 - попутный сплав с высоким содержанием фосфора; 5 - твердый высокомарганцевый шлак; 6 - кварцит, 7 - кокс-орешек, 8 - силикомарганец; 9 - отвальный шлак; 10- высокомарганцевый передельный малофосфористый шлак; 11 - силикомарганец; 12 - известь; 13 - готовый сплав; 14 - избыточный шлак.