Введение к работе
Актуальность темы. Главным направлением развития черной металлургии является улучшение качества и увеличение выпуска новых высокоэффективных видов металлопродукции, в том числе легированных сталей, производство которых невозможно без использования рафинированных марганцевых ферросплавов .
Несмотря на значительные успехи в развитии ферросплавного производства, проблема рационального использования марганца в последние годы приобрела особое значение . Главной причиной этого является постоянно ухудшающееся качество добываемых марганцевых руд, а также высокая стоимость исходных шихтовых материалов и электроэнергии . В связи с этим вопросы совершенствования технологии производства рафинированных сплавов марганца продолжают оставаться актуальными и требуют проведения дальнейших теоретических, лабораторных и промышленных исследований .
Важным направлением дальнейшего совершенствования технологии выплавки и повышения эффективности получения марганцевых ферросплавов является обоснование, разработка, исследование и внедрение рациональных технологий утилизации отходов производства . Получе" ние марганцевых ферросплавов связано с неизбежными потерями марганца на разных стадиях производства в оксидной форме - отвальные шлаки, шламы и пыль газоочисток (до 15 7.) ; в виде восстановленного металла - металлотходы разливки и отсев фракционирования (некондиционная мелочь) - 5-20 % от исходной массы сплава . Связь работы с научными программами, планами, темами. Решению проблемы разработки ресурсосберегающей технологии среднеуглеро-дистого ферромарганца посвящена настоящая работа, выполненная в соответствии с программами Государственного комитета по науке и новым технологиям Украины (шифр 05.42.05/123-93) и Министерства образования Украины (N21 раздел 3.2 на 1992-1994 гг.) . Цель и задачи исследования. Целью работы является физико-химическое обоснование возможности производства среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в составе шихтовых материалов отходов марганцевых ферросплавов в качестве ее металлической части, поиск перспективных технологических схем получения сплава с применением в качестве оксидной части шихты марганецсодержащего сырья различной степени окисленности, освоение и внедрение предложенных тех-
нологий .
Научная новизна полученных результатов:
на базе критического анализа существующих методов получения среднеуглеродистого ферромарганца, баланса марганца, фосфора и углерода обоснованы и определены главные направления совершенствования технологии производства сплава с применением металлических и оксидных марганецсодержащих материалов;
на основании новейших данных рассчитаны термодинамические характеристики сплавов Fe-Mn-Si и равновесных с ними шлаковых расплавов системы СаО-МпО-ЗЮг , рассчитаны стандартное изменение энергии Гиббса , логарифм упругости диссоциации и определены условия термодинамической прочности и термической диссоциации оксидов марганца и кремния;
с применением метода оценки кислородного потенциала оксидов марганца и кремния, равновесных с металлическими и оксидными расплавами различного состава , рассмотрены физико-химические особенности и установлены оптимальные термодинамические параметры восстановления оксидов марганца кремнием силикомарганца;
установлена зависимость остаточного содержания кремния в желе-зомарганцевом сплаве от состава шлакового расплава, концентрации марганца в нем, степени окисленности марганца и основности шлака;
определен и теоретически обоснован механизм рафинирования металла от остаточного кремния на конечной стадии технологического процесса;
экспериментальными исследованиями в промышленных условиях определена кинетика образования среднеуглеродистого ферромарганца из руднофлюсового расплава .
Практическое значение полученных результатов:
выполнен баланс марганца, фосфора и углерода при получении среднеуглеродистого ферромарганца силикотермическим способом и на его основе определены направления интенсификации технологического процесса ;
разработана и внедрена в производство ресурсосберегающая элект-росиликотермическая технология получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в качестве восстановителя отсева фракционирования товарного силикомарганца МнС17 (патент Украины N 20378);
разработана, исследована и внедрена в производство технология
получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в составе рудной части шихты железорудных окатышей и' марганцевого концентрата , металлической части - отсева фракционирования высокоуглеродистого ферромарганца ;
- разработана, исследована и освоена в промышленных масштабах технология получения среднеуглеродистого ферромарганца с использованием в качестве рудной части шихты высококачественных высоко-окисленных марганцевых руд .
Разработанная ресурсосберегающая технология получения среднеуглеродистого ферромарганца внедрейа в производство в условиях ОАО "НЗФ" .
Личный вклад автора диссертации в разработку научных положений и достижение практических результатов заключается в том, что все исследования и практические эксперименты проведены при непосредственном участии автора или под его руководством . Обобщение результатов работы проведено автором самостоятельно . Апробация результатов диссертации.Основные научные положения и практические результаты работы доложены на Международной научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов, ферросплавов и других неорганических материалов" (Днепропетровск, 1994 г.) ; Международной научно-практической конференции "Теория и практика электротермии ферросплавов" (Никополь, 1996 г.) ; Научно-технической конференции "Совершенствование производства ферросилиция" (Новокузнецк, 1997 г.) ; заседаниях научно-технического совета ОАО "НЗФ" и научных семинарах кафедры электрометаллургии ГМетАУ .
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 13 печатных трудах, в том числе: 3 статьи в научных журналах, 6 статей в материалах и трудах международных конференций, 3 тезиса докладов, получен 1 патент Украины .
Структура и объем работы.Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 138 наименований, приложения и содержит 130 страниц машинописного текста, 24 рисунка, 35 таблиц . Автор искренне благодарит академика НАН Украины, докт.техн.наук, проф. М. И. Гасика , докт.техн.наук,проф.В.А.Гладких , канд.техн. наук,доц.В.Ф.Лысенко, сотрудников ГМетАУ и ОАО "НЗФ" за неоценимую помощь в проведении исследований, обобщенных в диссертации .