Производство высокоуглеродистого ферромарганца

Высокоуглеродистый ферромарганец выплавляют в дуговых печах мощностью 7,5-16,5 МВА, линейное напряжение 120-160 В; используют печи и большей мощности - до 63 МВА. Футеровка печей угольная. Применяются два метода плавки - флюсовый и бесфлюсовый.

При бесфлюсовом способе плавки в состав шихты входят марганцевая руда, кокс и железная стружка или железная руда. Плавку ведут непрерывным процессом. По мере схода шихты на колошник печи подают новые порции шихты.

Высшие оксиды марганца восстанавливаются по реакциям:

2MnO_2тв + CO = Mn₂O_3тв + CO₂;

3Mn₂O_3тв + CO = 2 Mn₃O_4тв + CO₂;

Mn₃O_4тв + CO = 3 MnO_тв + CO₂.

Эти реакции протекают легко при невысоких температурах - менее 900°С. Восстановление закиси марганца может происходить по следующим реакциям:

MnO_тв + C_тв = Mn_тв + CO; Т_н.в. = 1400 ⁰С;

MnO_тв + 10/7C_тв = 1/7 Mn₇С_3тв + CO; Т_н.в. = 1270 ⁰С.

Происходит также взаимодействие закиси марганца с кремнеземом с образованием жидких силикатов марганца МnО∙SiО₂ и 2МnО∙SiO₂.

При выплавке ферромарганца бесфлюсовым способом шлак содержит очень мало оксидов кальция и магния; весь кремнезем в шлаке связан в силикаты с закисью марганца, содержание которой велико (около 50%). Извлечение марганца из руды в сплав при применении в плавку богатых марганцевых руд составляет около 60%; вместе с газами теряется около 10% марганца. Остальная часть марганца из шихты переходит в шлак. Этот шлак используется при выплавке силикомарганца.

Ферромарганец выпускают из печи каждые 1,5-2 ч; разливка ведется на разливочных машинах.

Бесфлюсовым методом углеродистый ферромарганец можно получить при работе на богатых рудах с невысоким содержанием фосфора. При использовании бедных марганцевых руд получается большое количество шлака, уменьшается извлечение марганца, в связи с чем увеличивается содержание фосфора в ферромарганце.

При производстве ферромарганца из бедных руд необходимо применять такой метод плавки, который позволяет уменьшить содержание марганца в шлаке и увеличить переход марганца в металл. Таким методом является флюсовый способ. В состав шихты, кроме марганцевой руды и восстановителя, вводится также известь или известняк. Оксид кальция вытесняет закись марганца из силиката

2 СаО + 2 MnO∙SiO₂ = 2 MnO + 2 CaO∙SiO₂.

Закись марганца, не связанная в силикат, легко восстанавливается. Чем больше оксида кальция содержится в шлаке, тем меньше содержится в нем закиси марганца. В шихту обычно дается такое количество известняка или извести, чтобы основность шлака находилась в пределах 1,2-1,3; шлаки с более высокой основностью вязкие и трудно удаляются из печи. При флюсовой плавке ферромарганца марганец шихты обычно распределяется следующим образом: в металл 80%; в шлак 12%; в газы 8%.

При обоих способах плавки в металл переходит одинаковое количество фосфора (60-70% от содержащегося в шихте). Так как при флюсовом способе плавки извлечение марганца значительно выше, сплав содержит меньше фосфора, чем при бесфлюсовом способе.