Введение к работе
Актуальность, работ Работа металлургических предприятий в :довиях перестройки экономических отношений, хозрасчета и само-інансирования требует пристального внимания к разработке безмалоотходных, энергосберегающих схем переработки .природного фья и дальнейшему повышению извлечения, ведущих элементов из >го. При производстве марганцевых ферросплавов одним из решаю-IX факторов интенсификации является всемерное усиление. . режима юноши марганецсодержащего сырья,- кокса и электроэнергии, что дат быть достигнуто путем разработки и внедрения, в производи- і ресурсосберегающих технологических процессов..'
Несмотря на.высокую обеспеченность страны, запасами руд (в їлом на 100-150 лет), структура .их по.минералогическому составу іляется весьма неблагоприятной. Основная доля запасов приходит-; на карбонатные руды .(около 70%) . Более богатые, нашедшие придание в ферросплавном производстве, оксидные руды составляют :его 19-20%. Учитывая их интенсивную, добычу и постоянно, снижаются качество, они практически будут отработаны к 2015 году, 'В льнейшем производство марганцевых сплавов в перспективе наме-.ется, в основном, за счет переработки карбонатных руд и вовде-ния- сырья вновь открываемых месторождений. В этой свяаи'в на-й стране решение вопросов теории и технологии производства ма-анцевых сплавов ведется с учетом наличия отечественного бедно-, марганцеворудного сырья Никопольского, Чиатурского бассейнов месторовдений Казахстана..
Еесомый вклад в создание и развитие теории.электрометаллур-ческого передела оксидных и карбонатных' руд внесли академик И. Самарин, доктора технических наук: С. И. Хитрик, \L А. Кеке-дзе, А. Т. Хвичия и др. В настоящее время эти вопросы находят звитие з работах научных коллективов Ш&т РАН. ИМэт УО РАН, эт АН Грузии, Д51 АН РК, цШИчерыат, УкрКШспецсталь, ДМзтй, !, МИСиС, ГрузТУ, УШ и др.
Марганцевые руды з основном (более 80Z) сосредоточены в задних районах и только менее 20Z их запасов - в восточных шлючая Урал),- где выплавляется около половины всей производи-% стали. В связи с этим доставка марганцевых сплавов в восточ-з районы связана со значительными затратами. Добыча и ислоль-Зание марганцевых руд в трех основных районах Востока страны рал, Западная Сибирь, Казахстан) по абсолютному значению зала-
,..-- 4
сов может обеспечить лотребность развивающейся металлургии Вс .тока на-десятилетия. -'
Казахстан по ватасам руд, основная часть месторождений у торых расположена в Центральном Казахстане, вышел на второе ж то в СНГ после Украины. Однако, производство марганцевых сплаь в республике до сих пор не организовано в основном из-за их с носительной бедности к трудностей при обогащении (кроме местор ждения Упкатын Ш) и высокой себестоимости получаемой продута по существующим технологическим схемам. Ценным -езтих рудах я ляется весьма низкое содержание фосфора (0,02-0,03%),. что один порядок низке, чем в рудах Никопольского и Чиагурского ба сейнов. Необходимость организации производства марганцевых спл вов на Востоке страны диктуется' Генеральным планом размещен черной металлургии. С окончанием строительства Никопольского з. вода ферросплавов наметился дефицит по марганцу. Кардинальні решением положения в ферросплавной отрасли является организац производства сплавов марганца из сырья Казахстана.. Поэтому со: дание новых и расширение действующих сырьевых баз для производ< тва марганцевых сплавов, разработка технологических схем и npt цессов выплавки $>еррэсплавоБ, повышение их качества и удушені технико-экономических показателей являются актуальными и важны* научно-техническими проблемами, успешное решение которых ИМЄ большое народнохозяйственное значение.
Основные.научные и практические результаты ' диссертационнс работы получены при выполнении научно-исследовательских работ г тематическому плану Хкмико-металлургического института АН РК соответствии с приказом Микчермета СССР N 432 от 03.06.1979 г. координационным планом научно-исследовательских работ по направ лэнию 2.26 "Физика-химические основы металлургических процессов
В~5ь_ра5ст.;с_ йи'зико-химическое обоснование и разработка те еретических и технологических основ процессов выплавки марганце вых сплавов кз сырья Казахстана, обеспечивающих интенсификаци производства, повышение качества сплава, экономию'карганцеворуд ного сырья, кокса, электроэнергии и охрану окрукающей среды. Ос новныэ задачи исследований:
изучение физико-химической природы всех видов марганцево рудного сырья Казахстана, исследование фазовых превращений,про исходящих в нем б процессе термической обработки и взашодейст вия с различными восстановителями;
исследование физико-химических свойств и процессов вас-
5 :тановления природных марганцевых руд и концентратов ^ изучение введения примесей цветных металлов при термической обработке в 'Кислительных и восстановительных средах;
- обоснование я разработка нового направления фиэико-хими-
:еского анализа - равновесного фазового подхода к исследованиям
роцеесов восстановления многокомпонентных оксидных материалов
а основе теоретического обобщения современного состояния знаний
природе жидких оксидных расплавов и установление областей рав-овесного существования вторичных компонентов (квааифаз) в фазо-ой диаграмме сложной оксидной системы, базовой для шлаковых ра-плавов электротермии ферросплавов;
исследование физико-химических свойств (вязкости и злекг-опроводности) многокомпонентных оксидных расплавов с применени-м методов математического планирования экспериментов и с выда-ей рекомендации по совершенствованию шлакового режима при про-зводстве марганцевых ферросплавов;
исследование и разработка технологии выплавки богатого аргакцовистого шлака, средне- и углеродистого ферромарганца и иликомарганца из марганцевых руд и концентратов Казахстана
Шучная_ новизна;. Впервые получены следующие результаты*.
при помаши дифференциально-термического анализа .изучены зе виды марганцеворудного сырья Казахстана, которые частично ^пользуются в настоящее время и будут вовлечены для произзодст-а марганцевых сплавов. Экспериментально определены температур-ая зависимость электросопротивления и степени восстановления арганцевого сырья и изучено поведение примесей цветных металлов зи термической обработке з окислительных .и восстановительных редах;
теоретически обоснован новый физико-химический подход- к ализу процессов восстановления оксидного сырья сложного соста-1, включающий равновесный фазовый подход к изучению углеродо-зсстановительной плавки ферросплавов;
определено структурное состояние оксидных расплавов сис->мы FeO-MnQ-CaO-AlgOg-SiOg посредством разделения сОщего симп-"кса на области разновесного сосуществования..вторичных компактов с выявлением аналитических выражений по методу лиза и усыновлена геометрическая фазовая траектория технологического юцесса получения ферросплавов на основании данных диаграмм фа->вого состава;
исследованы зависимости еязкосги и электропроводности ок-
6 свдных расплавов, системы MnO-CaO-SiOg-AlgOg-OT их состава в концентрационной области, близкой по химическому составу к шлака* производства марганцевые ферросплавов с применением метода математического планирования экспериментов и определены области оксидных расплавов наиболее оптимальных для производства ряда марганцевых ферросплавов;
- разработали новые способы получения мало- л ереднеутлеро-
дистого ферромарганца и силикомарганца с использованием марган
цеворудного сырья Казахстана. *
Праетическая_11енндсть_работы:. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования явились базой для разработки основ технологии, проведения полупромышленных и промышленных испытаний и новых технологических решений при выплавке ферромарганца и силикомарганца, внедренных в проектные разработки. Исследова-'ниями, проведенными в крупнодабораторных и полупромышленных условиях, установлена технологическая возможность получения:
а) передельного марганцовистого шлака из сырья с соотноше
нием марганца к кремнезему .выше 1,6, пригодного для металлурги
ческого передела нивкофосфзристого средне- и малоуглеродистого
ферромарганца, а .также вдаки, полученные из материалов с вышеу
казанным соотношением лиже 1,6- для выплавки силикомарганца са
мостоятельно л в смеси с первичной рудой;
б) силикомарганца из руд и концентратов, а такие из смесей
первичных каражальскЕХ и оксидных дяездинских руд (марганцовис
того ..шика) без введения в .пакту, флюсующих добавок;
в) ферромарганца из руд и концентратов месторождения Улзка-
ТЫН ІЩ ; _
г) рафинированного ферромарганца из марганцовистого шика и
первичной руды месторождения Ушкатын Ж
Результаты исследований и технологических разработок данной работы были-исшльвозаны ліри утверждении запасов марганцевых руд Казахстана'в ТЕЗ при СМ СССР и проектировании'цеха N 8 -и N 9 ЕЗФ институтом "Гипросталь" с- ожидаемым экономическим эффектом около 30 шш. -руб. в год.
- 'АпЕ9бря_работ Оснознвэ подонэзшя диссертационной работы. .доложены и абеувдены на Всесоюзном совзвании но .обогпаеиио и использованию бедныхшргамцэвых руд ддя производс-тга идргснцевьк сплавов (Тбилиси, 1655 г.), Всесоюзной хокферсндал по cosopjieae-"' твовашш уохнолог.ии -выплавки беррЬспаазрв ъ шшш аекршг' печах (Ермак, 1974 г,). Si! 3V Взесзззных/кшференциш; по строении
7 и свойствам металлургических и шлаковых расплавов (Свердловск, 1973, 1980 г.г.), И Республиканской конференции по совершенствованию технологии производства марганцевых сплавов (Зестафони, 1978 г.), Ш Республиканской научно-технической конференции Украины по повышению качества электрофзрросплавов (Днепропетровск, 1978 г.), Всесоюзном совещании по повышению качества и эффективности производства ферросплавов (Челябинск, 1979 г.), Всесоюзном научно-техническом совещании по совершенствованию технологии и производства сплавов марганца (Никополь, 1980 г.), IV Республиканской научно-технической конференции ферросплавов Украины по повышению эффективности использования минеральных, сырьевых и энергетических ресурсов (Днепропетровск, 1981), Республиканской научно-технической конференции по интенсификации здектроферросп-лавных процессов и повышению качества продукции (-Днепропетровск, 1935 г.). Всесоюзной научно-технической конференции по совершенствованию технологии и повышению технического уровня производства ферросплавов (.Челябинск. 1987 г.), Всесоюзной научно-технической конференции по физико-химическим процессам восстановления металлов (Днепропетровск, іуев г.), П-V Всесоюзных совещаниях по металлургии марганиа( 1977, 1981, 1386, 1991 г. г.).
Публикации:. Основное содержание диссертации опубликовано в 2-х монографиях, бб статьях и авторских свидетельствах на изобретения.
Структура_и_дбъеи.работы._ Диссертация состоит из введения, 5 глаз, выводов и приложения, содержит ,-30 стр. машинописного текста, 57 рисунков, 63 таблицы, список литературы иа 289 наиме--юваний.
}&_за^т^_шсс:лтся_слелут
теоретическое ссоСшс'.чие и реаггкие выяюй народнохозяйст-зенной задачи рационального использования марганцеворудного :ырья Казахстана и энергетических ресурсов при выплавке маогин-давых ферросплавов;
теоретические и зксаериментальные исследи шия по изуш-!ию физике-механических, физико-химических опоист в и процессов юсстановления природных марганцевых руд и концонтраг"зн. а тикай юпросы изучения поведения примесей цт-'тных мет.'іллол;
обоснование и разрасотісі исуого нан р.-шл-лпі/і і;: :::,-zo- хими-;еского анализа - равновесного Фазо nam г.одхода к лс:..!'.:;:-шним роцесеоа восстановления многокомпонентных оксидних уачт^риллол а основе теоретического обобщения современного состояния аиания
-.8
о природе зздких оксидных расплавов, экспериментально-теоретическое установление областей равновесного сосуществования вторичных компонентов (квазифаз) в фазовой диаграмме сложной оксидной системы, базовой для шлаковых расплавов электротермии марганцевых ферросплавов и изучение вязкости и электропроводности с применением методов математического планирования экспериментов;
технологические процессы получения марганцовистого шлака, средне- и высокоуглеродистого ферромарганца, силикомарганца, обеспечивающие оптимальные условия ведения алектровпавки и повышение качества металла;
совершенствование технологии электроплавки марганцевых ферросплавов посредством разработки новых технологических решений, подтвержденных авторскими свидетельствами и обеспечивающих повышение эффективности производства за счет наведения оптимальных конечных илакоь.