Проект цеху по виробництву металевого марганцю потужністю 25 тис. тон в рік

Активно з'єднуючись із киснем і  сіркою, марганець є розкислювачем  і десульфуратором рідкої сталі. Як легуюча добавка, марганець оказує розмільчаючу дію на структуру стали  й збільшує глибину прожарювання. При підвищенні змісту марганцю до 7 % збільшується межа міцності стали на розрив і границю текучості. Опір атмосферної корозії сильно збільшується при змісті >10% Mn. Інструментальні сталі містять до 0,4 % Mn, конструкційні - до 0,6 % Mn, леговані марганцем - від 0,8 до 28 % Mn. Популярністю користується зносостійка високомарганцовіста сталь (12-14% Mn, 1,1-1,3% С), застосовувана для виготовлення робочих органів землерийних машин, дробильно-помольного встаткування й т.п. При виробництві нержавіючої сталі марганцем заміняють дефіцитний нікель. Витрата марганцю становить 1 % від маси виплавлюваної сталі, спостерігається тенденція до збільшення його витрати. Марганець входить також до складу багатьох кольорових сплавів на основі алюмінію й міді, його застосовують в електротехніці й т.д. Сортамент марганцевих сплавів ФМн0,5 (низьковуглецевий) зі змістом фосфору 0,3% і марганцю 85%, ФМн1,0А-ФМн2,0 (середньовуглецевий) зі змістом фосфору 0,1-0,35% і марганцю 75-85%, ФМн78 - ФМн70 (високовуглецевий) зі змістом вуглецю 6-7% і фосфору 0,05-0,55% в основному побудований по змісту вуглецю, при цьому низьковуглецеві сплави характеризуються й низьким змістом фосфору. Сортамент на сілікомарганець СМн26 - СМн10 побудований по змісту кремнію, при цьому сплави з високим змістом кремнію мають більше низький зміст вуглецю й фосфору. Основні примісні елементи обумовлені при аналізі С, Р, S.

Марганець займає по поширеності дванадцяте місце, його зміст у земній корі 9∙10^-2%; входить до складу великої кількості мінералів, але руди промислового значення утворять лише деякі мінерали, найважливішими з яких є брауніт (Mn₂0₃, 60-69% Mn), гаусманіт (Mn₃0₄, 72,1% Mn), піролюзит (MnО₂, 60-63%Mn), манганіт (MnО-ОН, 62,4  % Mn), псиломелан (MnO-KMn₂∙nН₂0, 45-60% Mn) і родохрозит (MnСО₃, 47,8% Mn). За умовами утворення розрізняють наступні найважливіші типи родовищ марганцевих руд: осадового, метаморфічні й родовища кори вивітрювання. Родовища кори вивітрювання утворилися з бідних первинних руд різного походження (Гана, Марокко, Бразилія й ін.) представлені переважно піролюзитом, псіломеланом-вадом. Перспективними родовищами марганцю можуть стати залізомарганцеві конкреції дна океану.

У зв'язку з обмеженістю запасів  високоякісних руд і безупинно  зростаючою потребою металургії в марганці все більшого значення набуває використання бідних руд, їхня підготовка до плавки. Широко впроваджуються комплексні методи збагачення, дефосфорації й обезкремнювання руд. Для окускування пилуватих руд і тонкоізмельчених і флотаційних концентратів розробляються методи агломерації, брикетування й окатування, що дозволяє поліпшити техніко-економічні показники виробництва сплавів марганцю.

Труднощі видалення фосфору  пояснюються тісним зв'язком фосфору  з марганцевими мінералами руди. Труднощі дефосфорації марганцевих руд при  їхньому збагаченні вимагають організації селективного видобутку й збагачення руд зі зниженим змістом фосфору й легко збагачюємих руд, розробки нових методів дефосфорації марганцевих руд, а також підготовки марганцевої сировини до плавки.

У цей час у феросплавній промисловості основним методом дефосфорації при одночасному збагаченні марганцевих руд і концентратів є електрометалургійний. Електрометалургійний метод заснований на використанні розходження хімічної спорідненості марганцю й фосфору до кисню. При впровадженні нових економічних способів дефосфорації марганцевих концентратів може бути отриманий великий економічний ефект. Застосування дрібних і вологих концентратів у плавці знижує техніко-економічні показники й небезпечно для обслуговуючого персоналу, тому при підготовці марганцевих концентратів до електроплавки їх сушать.

Одним з найбільш ефективних способів підготовки марганцевої сировини до металургійного переділу є агломерація. Отриманий агломерат містять 40-50% Mn і <0,9% С, крупність його 5-200 мм. Існує оптимальний зміст вуглецю в шихті. При збільшенні змісту вуглецю до 8 % відбувається оплавлення верхніх шарів шихти, внаслідок чого погіршується, газопроникність і нижні шари шихти залишаються непропеченими. Зниження його до 5 % погіршує міцність агломерату внаслідок недостатньої кількості рідкої фази. Необхідність усереднення марганцевих концентратів очевидна. Важливим завданням є освоєння виробництва агломерату з карбонатних руд. При цьому слід зазначити перевага використання в електроплавці вуглеродистого феромарганцю офлюсованого марганцевого агломерату. Поліпшення стійкості офлюсованого агломерату домагаються добавками плавикового шпату, залізорудного концентрату, доломіту й ін.

З досвіду підготовки до плавки залізних руд відомі переваги методу окомкування перед агломерацією, особливо при використанні як необхідна сировина тонкоізмельчених руд при використанні яких низка швидкість спікання. При окатуванні на тарілчастому грануляторі з діаметром тарілки 3 м із частотою обертання 12 об/хв була досягнута продуктивність 1,0-1,2 т/год. із одержанням міцних окатишів.

2.2 Властивості і призначення  сплаву, стандарти та технічні  умови

Металевий марганець являє собою  марганцевий феросплав, у якому  масова частка марганцю становить не менш 95%. Крім того в металевому марганці відсутні домішки піску або шлаків, припустима тільки наявність оксидної плівки й малої частки протипригарних матеріалів. Промислові марки металевого марганцю можна побачити в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 -

Хімічний склад і  марки марганцю металевого

Наявність в кінцевому шлаку  манганозіту й тефроіту свідчить про неповне протікання відбудовних  процесів. Шлаки містять до 5 % металевих  корольків, що робить доцільним їхній  витяг. Метал і шлаки випускають у встановлені каскадно сталеві  ковші. Ківш під метал ошлакован шлаками від попереднього випуску. Для зниження температури металу й затвердіння шлаків ківш витримують протягом 2 ч, після чого метал розливають у металеві ізложніци. Зразковий хімічний склад електротермічного марганцю, %: Мn 97,1—96,8; Fе 0,6—1,4; Р 0,048—0,052; C 0,08—0,10; Аl 0,35; Са 0,1; Мg 0,26. Зразкова сполука кінцевих шлаків, %: Мn 15,1; SiO₂ 28,8; СаО 46,5; А1₂0₃ 1,7; МgО 2,8; FеО 0,3; C 0,05; Р 0,01; TiO₂ 0,20. Витрата матеріалів і електроенергії на 1 баз. т електротермічного металевого марганцю й витяг марганцю наведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 -

Витрата (на 1 баз. т) матеріалів, електроенергії й використання марганцю при виробництві рафінованого феромарганцю й металевого марганцю

Можлива заміна безфосфористого марганцевих  шлаків марганцевим концентратом, отриманим  азотнокислим методом і утримуючої 0,005-0,038% Р, що забезпечує підвищення продуктивності (ліквідацію однієї стадії переділу), якості сплаву й наскрізного витягу марганцю.

2.3 Існуючі способи виплавки

Існує три способи виробництва  металевого марганцю: алюмінотермічений, електротермічний і електролітичний. На вітчизняних заводах алюмінотермічений марганець у цей час не виробляється, тому що навіть при виборі особливо чистого й багатого марганцем сировини сплав виходить забрудненим фосфором, алюмінієм і іншими шкідливими домішками [27, с. 216-226]. Основну масу металевого марганцю роблять электротермічним способом: відновленням кремнієм беззалізистого висококремністого сілікомарганцю оксидів марганцю високомарганцевого безфосфористого шлаків. Особливо чистий, хоча й більше дорогий, марганець одержують шляхом електролізу. ЗФЗ розробили й впроваджують одержання металевого марганцю з підвищеним (10-20%) змістом заліза. Це значно підвищує техніко-економічні показники процесу й разом з тим не перешкоджає використанню сплаву при виплавці хромомарганцевих і інших сталей високої якості.

Електротермічне виробництво металевого марганцю за вітчизняною схемою, здійснюється в три стадії: 1) виплавка високомарганцовістого безфосфористого шлаків; 2) одержання висококремністого передільного сілікомарганцю СМнп25; 3) виплавка металевого марганцю. Перші дві стадії були розглянуті вище. Фізико-хімічні основи третьої стадії аналогічні виплавці рафінованого феромарганцю. Схема виробництва металевого марганцю наведена на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 – Апаратно-технологіча  схема виробництва металевого марганцю

Виплавку металевого марганцю ведуть періодичним процесом в обертових і печах, що нахиляються, потужністю 5 МВА з магнезіальною футеровкою. Набір навантаження й розплавлювання шихти відбуваються при робочій напрузі 255-321 В, відбудовний період плавки - при 255-285 В и прогрів розплаву перед випуском - при 232- 255 В. Шлаки дають у піч у рідкому виді, сілікомарганець - у гранулах розміром -10 мм і вапно - крупністю 0-50 мм. При розрахунку шихти приймають розподіл елементів між продуктами плавки, наведене в таблиці 2.2. Корисне використання кремнію сілікомарганцю приймають 70,8%. Розрахункова сполука колоші шихти: 100 кг марганцевих шлаків, 34,3 кг сілікомарганцю СМнп26 і 76,4 кг вапни. Основність кінцевих шлаків 1,4-1,6.

Марганець технічної чистоти (95–99,8% Мn), називаний відповідно до ДСТ 6008–90 металевим, одержують електросилікотермічним і електролітичним способами. В деяких країнах металевий марганець одержують алюмінотермічним методом. Вимоги до хімічного складу металевого марганцю приведені в табл. 2.3. Марганець марок Мн998 і Мн997 одержують електролітичним, а Мн965 і Мн95 – силікотермічним способами.