Окисление и восстановление марганца в сталеплавильных процессах

В сталеплавильных агрегатах основное количество марганца окисляется в результате взаимодействия с оксидами железа шлака по реакции

Из уравнения (5.4) видно, что реакция (5.3) является сильной экзотермической реакцией. Поэтому более полному ее протеканию в направлении окисления марганца будут способствовать относительно низкие температуры начального периода плавки. Повышение температуры ванны в заключительном периоде плавки создает предпосылки для частичного восстановления марганца из оксида в шлаке. Кроме того, окислению марганца по реакции (5.1) будут способствовать высокая активность оксида железа и низкая активность оксида марганца в шлаке.

Изменение содержания марганца по ходу плавки в любом сталеплавильном агрегате подчиняется следующим общим закономерностям. Качественно они одинаковы для кислых и основных процессов.

В начальном периоде плавки марганец интенсивно окисляется. Этому способствуют низкие температуры ванны и наличие первичных сталеплавильных шлаков с высоким содержанием оксидов железа.

Если шлак периода плавления в большом количестве скачивается из сталеплавильного агрегата, вместе с ним удаляется основное количество (MnO). Поэтому в дальнейшем остаточное содержание марганца в металле остается на низком уровне и по ходу плавки существенно не меняется.

Если плавка ведется без скачивания шлака, в основных сталеплавильных агрегатах реакция окисления марганца достигает состояния равновесия при остаточном содержании марганца 0,1 – 0,2% в зависимости от концентрации марганца в металлической шихте.

В заключительном периоде плавки температура ванным повышается. По-этому при незначительном повышении содержания (FeO), которое имеет место при концентрации углерода в металле более 0,2 – 0,3%, содержание марганца в металле несколько увеличивается. Но при выплавке стали, содержащей менее 0,1 – 0,15% C, в заключительном периоде плавки наблюдается быстрый рост содержания (FeO). При этом содержание марганца в металле уменьшается, несмотря на дальнейшее повышение температуры ванны.

В качестве примера рисунке 5.1 показано изменение содержания марганца в металле при переработке в основном кислородном конвертере чугунов с различным содержанием марганца.

Рисунок 5.1 – Изменение содержания марганца в металле при переработке в кислородном конвертере чугуна с различным исходным содержанием марганца: 1 – 4% Mn; 2 – 1,2% Mn; 3 – 0,8% Mn; 4 – менее 0,2% Mn

При переработке чугуна с высоким содержанием марганца по одношлаковой технологии в результате восстановления марганца из шлака в заключительном периоде плавки его содержание в металле может быть получено на уровне, отвечающем химическому составу выплавляемой стали. Однако расчеты показывают, что при этом 67 – 75% общего количества внесенного металлической шихтой марганца будет потеряно в результате окисления. Учитывая возрастающую дефицитность марганца, более целесообразным способом получения заданного содержания марганца в стали является переработка низкомарганцевой металлической шихты и ввод недостающего количества марганца в металл в составе ферросплавов в ковше или в печи в заключительном периоде плавки.