МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЗАПОРІЗЬКАДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ
ФАКУЛЬТЕТМеталургійний
КАФЕДРА МЧМКВАЛІФІКАЦІЙНАРОБОТА МАГІСТРА
натему: Дослідження причин підвищення концентрації сірки в феросилікомарганцю тарозробка способів її зниження
Спеціальність металургія чорних металів
Виконавець Бойко М.В.
Керівник роботи доц. Сиваченко В.М.
Розглянуто на засіданні кафедри МЧМРекомендовано до захисту в ДЕК
Протокол №____ від_____
Завідувач кафедрою
Воденнiков С.А.
Запоріжжя
Реферат
Магистерская работасодержит 58 стр., 17 рис., 16 табл., 36 источников.
Объект исследования –поведение серы при выплавке силикомарганца.
Цель работы заключалась ввыявлении причин повышения содержания серы в силикомарганце для обоснованиянеобходимости повышения регламентируемого предела массовой ее доли вразрабатываемых ДСТУ на марганцевые сплавы.
Методика исследованийзаключалась в использовании микрорентгеноструктурного и петрографическогоанализов опытных плавок силикомарганца, математической статистики,термодинамических методов расчета равновесий металлургических реакций.
Изучены особенностибалансов серы и титана, их распределение в продукты плавки. Сера вноситсяпреимущественно коксом 85–90% с учетом его расхода при агломерации сырья и на 95%переходит в шлак. Основная масса титана поступает с рудными материалами. Коксомвносится около 13–15%.
Выявлена структураперехода серы в силикомарганец в виде комплексного соединения сульфида марганцас карбидом титана.
На базе термодинамическихрасчетов и результатов исследований предложен механизм перехода серы всиликомарганец, заключающийся в одновременном восстановлении титаната марганца Mn2TiO4.
Разработаны рекомендациидля понижения серы в силикомарганце.
СИЛИКОМАРГАНЕЦ, СЕРА,ТИТАН, ПЕРЕХОД В СПЛАВ, ВЗАИМОСВЯЗЬ, МЕХАНИЗМ, КАЧЕТВО, ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ.
Содержание
Введение
1. Общие технологические особенности получения ферросиликомарганца врудовосстановительных печах
1.1 Характеристика шихтовых материалов
1.1.1 Марганцевая руда и концентраты
1.1.2 Восстановители
1.1.3 Кварцит
1.2 Печи для производства ферросиликомарганца
1.3 Технология производства ферросиликомарганца
1.3.1 Сортамент
1.3.2 Технологические особенности выплавки силикомарганца
2. Исследование сульфидных компонентов ферросиликомарганца
2.1 Сера в структуре стали и ферросплавов
2.1.1 Влияние серы на свойства стали и методы ее снижения
2.1.2 Некоторые особенности сульфидов компонентовсиликомарганца
2.2 Результаты экспериментальных исследований
2.3 Рентгеноструктурные исследования опытных сплавов
3. Разработка способа снижения концентрации серы всиликомарганце
3.1 Источники серы и титана при выплавке силикомарганца
3.2 Вероятная модель взаимодействия серы с оксидами
Выводы
Список использованной литературы
Введение
В многочисленныхисследованиях технологии производства марганцевых ферросплавов сере неуделяется серьезного внимания. В лучшем случае можно встретить материальныебалансы серы, оценки распределения ее между продуктами плавки, влияние нажидкоподвижность шлаков. Сегодня не представляется возможным на базеопубликованных результатов исследований дать однозначную характеристикусоединениям серы в сплавах и механизму ее перехода в металлическую фазу приэлектроплавке.
Ограниченное количествотекущих анализов содержания серы в марганцевых сплавах не позволяет получитьсостоятельных статистических оценок влияния качества используемых шихтовыхматериалов.
Такое отношениеобусловлено тем, что концентрация серы в массовых марганцевых сплавах непревышает, как правило, 0,02 — 0,03%, независимо от ее колебаний в шихтовыхматериалах. Кроме того, использование указанных сплавов в качествераскислителей в производстве стали не может существенно повлиять на содержаниесеры в ней. Эти изменения могут происходить в пределах десятитысячных долейпроцента при увеличении массовой доли серы в марганцевых сплавах от 0,01 до0,03%, т.е. в три раза.
В производствеуглетермических марганцевых ферросплавов основным источником серы является коксиз донецких углей. В общем балансе серы на долю этого материала приходится85-90%.
Распределение серы междупродуктами плавки также характеризуется преимущественным переходом в один изних, в частности по данным [20], %:
/>
Малая доля перехода серыв сплав обусловлена следующими причинами. Марганец из всех основных компонентовсплава (железа, кремния, углерода) обладает наибольшим сродством к сере [1].Образующийся сульфид марганца имеет ограниченную растворимость в сплаве [2,3]. Вследствие этой особенности онассимилируется слоем шлака (как неметаллическое включение) из капель сплава,которые при электроплавке опускаются из реакционной зоны через шлак на подину.
По петрографическимисследованиям сульфид марганца в шлаках образует самостоятельную фазу сотражательными способностями, близкими манганозиту.
По термодинамическимхарактеристикам марганец, входящий в оксиды, карбиды и силициды, долженвзаимодействовать при технологических температурах с сульфидами другихэлементов, присутствующих в металле, с выделением в самостоятельную фазусульфида марганца.
Поэтому простоеувеличение массы серы в шихте не должно приводить к повышению степени переходасеры в сплав, несмотря на растворимость, хотя и ограниченную, сульфида марганцав нем. Так, при использовании углистого колчедана на выплавке углеродистогоферромарганца в промышленной печи [4]степень перехода серы понизилась с 1,15 до 0,45% при увеличении вносимой серышихтой с 8,8 до 47,3 кг на тонну сплава.
Повышение содержания серыв шлаке с 1,0–1,5 до 3,0–4,0% не приводит к заметному увеличению ее вферромарганце [5].
На основании приведенныхособенностей можно заключить, что увеличение серы в углетермических марганцевыхсплавах, тем более в силикомарганце, должно быть связано с концентрациейсопутствующих элементов.
Основнымисульфидообразующими примесными элементами силикомарганца являются титан0,09–0,15%, никель 0,06–0,08%, хром 0,03–0,07%.
Естественно ожидать, чтонаиболее сильное влияние на содержание серы в силикомарганце будет оказыватьтитан. В случае образования моносульфида с 0,02–0,03% серы в силикомарганцебудет связана третья часть содержащегося в сплаве титана. Остальная доля можетбыть представлена карбидом, поскольку титан обладает наибольшим сродством куглероду из всех перечисленных элементов силикомарганца. При полном переходетитана в сульфид содержание серы должно достигать 0,06–0,10%.
Проведеннымимикрорентгеноструктурными исследованиями промышленного и опытного (с повышеннойсерой) силикомарганца установлено, что сера в сплаве представлена комплекснымисоединениями с карбидом титана. Через серу на карбиде формируются сульфидымарганца.
На базе полученныхрезультатов, термодинамического анализа взаимодействий в оксикарбидных системахи литературным данным предложен механизм перехода серы в силикомарганец.
Изучением динамикиизменения качества марганцевых руд и концентратов на Марганецком иОрджоникидзевском ГОКах показана тенденция ее понижения с естественнымувеличением оксидов пустой породы, в том числе и титана на единицу марганца.
На основе проведенныхисследований в проектах ДСТУ на ферромарганец и ферросиликомарганец увеличенрегламентируемый предел массовой доли серы до 0,03% [6].
1Общие технологические особенности получения ферросиликомарганца врудовосстановительных печах 1.1 Характеристикашихтовых материалов 1.1.1 Марганцевая рудаи концентраты
Как ибольшинство металлов, марганец распределен по земному шару неравномерно.Некоторое количество марганцевых месторождений расположено на суше, нозначительно больше марганца содержится в конкрециях Тихого океана. Мировыеконтинентальные разведанные запасы марганцевых руд оцениваются на сегодняшнийдень в 17,6-18,0 млрд. тонн при их распределении по регионам планеты следующимобразом, %: Африка (ЮАР, Габон, Гана) — 80,6, в т. ч. ЮАР — 77,3; Австралия — 2,4; Америка (Бразилия, Мексика) — 2,9; Украина — 12,6; прочие регионы — 1,5[7].
Отличительнойособенностью марганцевых руд отечественных месторождений является относительноневысокое содержание марганца и повышенная концентрация фосфора и кремнезема(табл.1.1), что не позволяет, в отличие от некоторых зарубежных месторождений,использовать сырье без предварительной подготовки, называемой обогащением [8].Основная задача процесса обогащения заключается в максимальном отделении отосновных рудных минералов так называемых хвостов или пустой породы. Все методыобогащения основаны на различных механических, физических, физико-механическихи т.д. свойствах минералов руды, а выбор их для каждого конкретного случаяопределяется эффективностью и экономической целесообразностью.
Марганцевыеруды на отечественных обогатительных фабриках перерабатываются по единой схеме(рис.1.1), позволяющей получать готовый продукт в виде концентратов различногокачества (табл.1.2).