Теоретические основы металлургического производства
  13.4 Изменение содержания марганца в металле по ходу плавки

Изменение содержания марганца по ходу плавки в любом сталеплавильном агрегате подчиняется приведенным ниже общим закономерностям. Качественно они одинаковы для кислых и основных процессов. Однако, вследствие существенного различия в значениях константы K'Mn остаточное содержание марганца в металле в кислых процессах при прочих равных условиях меньше, чем в основных.

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, 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. Поэтому 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 на рисунке 13.2 показано поведение марганца при выплавке стали в мартеновской печи с кислой и основной футеровкой при использовании для окисления примесей ванны твердых окислителей.

Изменение содержания марганца в металле при выплавке стали в мартеновской печи с использованием твердых окислителей

Рисунок 13.2 – Изменение содержания марганца в металле при выплавке стали в мартеновской печи с использованием твердых окислителей: 1 – присадка твердых окислителей и шлакообразующих материалов; 2 – основной процесс; 3 – кислый процесс; штриховые линии – окисление марганца при содержании углерода менее 0,1%

В начальном периоде плавки (от момента заливки жидкого чугуна в скрап-рудном процессе или расплавления чугуна в скрап-процессе) марганец быстро окисляется до 0,1 – 0,2%, что объясняется низкой температурой ванны, высоким содержанием марганца в металле и оксидов железа в шлаке. В основном скрап-рудном процессе окислению марганца способствует также уменьшение содержания оксида марганца в печном шлаке, которое обусловлено удалением первичного шлака и непрерывным его обновлением.

Примерно через 1 час после заливки чугуна содержание марганца в металле на длительное время стабилизируется. В заключительной части периода плавления в связи с повышением температуры ванны, уменьшением окисленности и ростом основности шлака наблюдается восстановление некоторого количества марганца из шлака в металл.

В периоде рудного кипения происходит окисление марганца под влиянием присадок руды и обновления шлака. По ходу чистого кипения марганец непрерывно восстанавливается в результате повышения температуры ванны и уменьшения окисленности шлака. Но при производстве стали, содержащей менее 0,1% C, в конце плавки происходит быстрый рост окисленности шлака. Поэтому концентрация марганца в металле уменьшается, несмотря на высокую температуру ванны.

При выплавке стали в мартеновских печах с кислой футеровкой поведение марганца по ходу плавки качественно сходно, однако остаточное содержание марганца в металле при этом меньше, чем в основном процессе.

На рисунке 13.3 показано изменение содержания марганца в металле при переработке в кислородном конвертере чугунов с различным содержанием марганца.

Следует обратить внимание на то, что поведение марганца в конвертерной плавке качественно сходно с его поведением при выплавке стали в мартеновской печи. Это свидетельствует о том, что в кислородно-конвертерной ванне основное количество марганца окисляется во вторичной реакционной зоне в результате взаимодействия с (FeO).

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. В связи с этим целесообразно оценить эффективность использования марганца при переработке высокомарганцевой металлической шихты.

Изменение содержания марганца в металле при переработке в кислородном конвертере чугуна с различным исходным содержанием марганца

Рисунок 13.3 – Изменение содержания марганца в металле при переработке в кислородном конвертере чугуна с различным исходным содержанием марганца

Если коэффициент распределения марганца между шлаком и металлом рассчитывать согласно формуле

содержание оксида марганца в шлаке можно определить из уравнения

Величину коэффициента распределения марганца можно рассчитать с использованием константы K'Mn

Результаты расчета величины коэффициента распределения марганца между шлаком и металлом при различном содержании (FeO) для шлаков основностью 2,5 – 3,0 показаны на рисунке 13.4.При выплавке стали с концентрацией углерода более 0,15 – 0,2% содержание FeO в шлаке заключительного периода плавки можно принять равным 10%. Из рисунка видно, что в этих условиях величина коэффициента распределения марганца между шлаком и металлом может составлять около 20.

Зависимость коэффициента распределения марганца между шлаком и металлом от температуры

Рисунок 13.4 – Зависимость коэффициента распределения марганца между шлаком и металлом от температуры и содержания (FeO) при основности шлака 2,5 – 3,0

Расчеты показывают, что при концентрации марганца в металле 0,5% содержание его оксида в шлаке должно быть равным 13%. В этих условиях, если масса шлака составляет 10 – 15% от массы металла, 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 виде ферросплавов в заключительном периоде плавки.

  13.4 Изменение содержания марганца в металле по ходу плавки
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ