blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-9-689-694blackmet-1402Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESРазработка технологии выплавки рафинированного ферромарганца с применением специальных комплексных восстановителейDevelopment of smelting technology of refined ferromanganese with special complex reducing agentsБайсановС. О.BaisanovS. O.

Доктор технических наук, профессор, директор.

100009, Караганда, ул. Ермекова, 63

Dr. Sci. (Eng.) Professor, Director.

Karaganda

БайсановА. С.BaisanovA. S.

Кандидат технических наук, заведующий лабораторией пирометаллургических процессов.

100009, Караганда, ул. Ермекова, 63

Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Pyrometallurgical Processes.

Karaganda

ИсагуловА. З.IsagulovA. Z.

Доктор технических наук, профессор, проректор.

100027, Караганда, Бульвар Мира, 56

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Vice President

ЕсенгалиевД. А.EsengalievD. A.

Кандидат технических наук, докторант.

100027, Караганда, Бульвар Мира, 56

Cand. Sci. (Eng.), Doctoral

dauralga@mail.ruОспановН. И.OspanovN. I.

Кандидат технических наук, докторант.

100027, Караганда, Бульвар Мира, 56

Cand. Sci. (Eng.), Doctoral

Химико-металлургический институт им. Ж. АбишеваКазахстанChemical-Metallurgical Institute named after Zh. AbishevKazakhstanКарагандинский государственный технический университетКазахстанKaraganda State Technical UniversityKazakhstan201821102018619689694Copyright © Байсанов С.О., Байсанов А.С., Исагулов А.З., Есенгалиев Д.А., Оспанов Н.И., 20182018Байсанов С.О., Байсанов А.С., Исагулов А.З., Есенгалиев Д.А., Оспанов Н.И.Baisanov S.O., Baisanov A.S., Isagulov A.Z., Esengaliev D.A., Ospanov N.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1402

Роль марганца в производстве стали исключительно велика. Особенностью силикотермического процесса получения рафинированного ферромарганца являются большие потери марганца с отвальными шлаками. Последний при охлаждении рассыпается с образованием тонкодисперсного порошка вследствие полиморфного превращения ортосиликата кальция β-Ca2SiO4  →  γ-Ca2SiO4 при температуре 450  –  470  °С с увеличением объема на 12,3  %. При увеличении объема внутри шлака возникают значительные внут ренние напряжения, что приводит к его рассыпанию в мелкодисперсное состояние в ходе остывания. Данная работа посвящена усовершенствованию технологии выплавки рафинированных марок ферромарганца путем использовании специальных комплексных восстановителей. Проведены эксперименты по моделированию процесса выплавки рафинированного ферромарганца в руднотермической печи рафинировочного типа РКО-0,1 МВА с использованием АМС. Установлены технологические режимы процесса плавки, оптимальные составы шихты. Шихта сходила равномерно без обвалов и выбросов. Наблюдалась стабильность токовой нагрузки. Таким образом, крупно-лабораторными опытными плавками доказана принципиальная возможность получения рафинированного ферромарганца с применением в качестве восстановителя комплексного сплава АМС. Использование АМС как восстановителя вместо ферросиликомарганца обусловлено достаточным содержанием в нем кремния и алюминия. Наличие в АМС химических соединений и твердых растворов железа, кремния и алюминия должно существенно снизить потери кремния и алюминия на окислительные процессы при взаимодействии с кислородом воздуха. Вовлечение в металлургический передел при выплавке рафинированного ферромарганца сплава АМС (взамен дорогостоящего ферросиликомарганца) позволит получить сплав с высокой добавленной стоимостью и с наилучшими технологическими параметрами благодаря наличию дополнительного алюминия в сплаве. Результаты рентгенофазовых исследований образцов шлаков показывают, что минералогическими составляющими являются геленит, двухкальциевый силикат и манганозит. Отмечено, что геленит в них является доминирующей фазой, которая представляет собой твердый раствор, что предотвращает рассыпание шлака. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решены поставленные задачи – разработана и опробована технология выплавки рафинированного ферромарганца с использованием специального комплексного восстановителя АМС.

The role of manganese in the production of steel is exceptionally high. A feature of the silicothermic process of obtaining refined ferromanganese is the large loss of manganese with waste slag. When waste slag is cooled, it crumbles to form a fine dust due to the polymorphic transformation of calcium orthosilicate β-Ca2SiO4  →  γ-Ca2SiO4 at temperature of 450  –  470  °С with an increase in volume by 12.3  %. As the volume increases, considerable internal stresses appear inside the slag, which leads to dispersion of the slags into finely dispersed state during their cooling. This work is devoted to improving the technology of smelting refined ferromanganese grades, using special complex reducing agents. Experiments have been carried out to simulate the smelting process of refined ferromanganese in an ore-thermal refining furnace RCO-0.1 MVA using aluminosilicomanganese (ASM). The technological modes of the smelting process are established, i.e. optimal composition of charge. Charge went evenly without collapses and emissions. The stability of the current load was observed. Thus, the principal possibility of obtaining a refined ferromanganese with the use of a complex ASM alloy as a reducing agent was proved by the largelaboratory experimental melting. The use of ASM as a reducing agent, instead of ferrosilicomanganese, is due to the sufficient content of silicon and aluminum in it. The presence of chemical compounds and solid solutions of iron, silicon and aluminum in ASM should significantly reduce losses of silicon and aluminum for oxidation processes when interacting with air oxygen. And involving ASM alloy in the metallurgical redistribution, in refined ferromanganese smelting, instead of expensive ferrosilicomanganese will make it possible to obtain an alloy with high added value and with the best technological parameters, due to the presence of additional aluminum in it. The results of X-ray phase studies of slag samples show that the mineralogical components are gehlenite, dicalcium silicate and manganosite. It is noted that gelenite in them is the dominant phase, which is a solid solution, preventing the dispersion of slag. As a result of the theoretical and experimental studies, the tasks have been solved - the smelting technology of refined ferromanganese was developed and tested using a special complex reducing agent – ASM.

рафинированный ферромарганецалюмосиликомарганецферросиликомарганецрафинировочная печьметаллотермияшлакрентгенофазовый анализrefined ferromanganesealuminosilicomanganeseferrosilicomanganeserefining furnacemetallothermyslagX-ray phase analysisReferencesТехнология марганцевых ферросплавов. Ч. 2. Низкоуглеродистые сплавы / В.И. Жучков, Л.А. Смирнов, В.П. Зайко, Ю.И. Воронов. – Екатеринбург: УроРАН, 2008. – 442 с.Zhuchkov V.I., Smirnov L.A., Zaiko V.P., Voronov Yu.I. Tekhnologiya margantsevykh ferrosplavov. Ch. 2. Nizkouglerodistye splavy [Technology of manganese ferroalloys. Part 2. Low-carbon alloys]. Ekaterinburg: UroRAN, 2008, 442 p. (In Russ.).Рысс М.А. Производства ферросплавов. – М.: Металлургия, 1985. – 34 с.Ryss M.A. Proizvodstva ferrosplavov [Production of ferroalloys]. Moscow: Metallurgiya, 1985, 34 p. (In Russ.).Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. – М.: Металлургия, 1988. – 784 с.Gasik M.I., Lyakishev N.P., Emlin B.I. Teoriya i tekhnologiya proizvodstva ferrosplavov [Theory and technology of ferroalloy production]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 784 p. (In Russ.).Садовский Н.Г., Гасик М.И. Об окислении кремния, растворенного в марганце // Известия АН СССР. 1976. № 6. С. 54 – 56.Sadovskii N.G., Gasik M.I. On the oxidation of silicon dissolved in manganese. Izvestiya AN SSSR. 1976, no. 6, pp. 54-56. (In Russ.).Бобкова О.С. Силикотермическое восстановление металлов. 2-ое изд., перераб. и доп. – М: Металлургия, 1990. – 187 с.Bobkova O.S. Silikotermicheskoe vosstanovlenie metallov [Silicothermic reduction of metals]. Moscow: Metallurgiya, 1990, 187 p. (In Russ.).Schurman E. Das Gleichgewicht zwischen Schlake und Metall bei der Erzengeng von Ferromangan mit neidrigen kohlen gehalten // Stahl und Eisen. 1978. Bd. 98. No. 25. S. 1359 – 1360.Schurman E. Das Gleichgewicht zwischen Schlake und Metall bei der Erzengeng von Ferromangan mit neidrigen kohlen gehalten. Stahl und Eisen. 1978, Bd. 98, no. 25, S. 1359–1360. (In. Germ.)Гасик М.И., Лякишев Н.П. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов. – М.: Интермет Инжиниринг, 1999. – 764 с.Gasik M.I., Lyakishev N.P. Teoriya i tekhnologiya elektrometallurgii ferrosplavov [Theory and technology of ferroalloys electrometallurgy]. Moscow: Intermet Inzhiniring, 1999, 764 p. (In Russ.).Еремин Н.И., Дергачев А.Л. Экономика минерального сырья. – М.: МГУ, 2007. – 504 с.Eremin N.I., Dergachev A.L. Ekonomika mineral’nogo syr’ya [Economy of mineral raw materials]. Moscow: MGU, 2007, 504 p. (In Russ.).Леонтьев Л.И., Жучков В.И., Смирнов Л.А. и др. Производство ферросплавов в мире и России // Сталь. 2007. № 3. С. 43 – 47.Leont’ev L.I., Zhuchkov V.I., Smirnov L.A., Dashevskii, V.Ya. Global and Russian ferroalloy production. Steel in Translation. 2007, vol. 37, no. 3, pp. 283–287.Байсанов С.О. Закономерности фазовых равновесий в металлургических системах и разработка на их основе эффективных технологий выплавки ферросплавов: Дис. ... док. техн. наук. – Караганда: ХМИ, 2002. – 295 с.Baisanov S.O. Zakonomernosti fazovykh ravnovesii v metallurgicheskikh sistemakh i razrabotke na ikh osnove effektivnykh tekhnologii vyplavki ferrosplavov: dis. ... doktora tekhn. nauk [Regularities of phase equilibria in metallurgical systems and development of effective technologies for the smelting of ferroalloys on their basis: Dr. Tech. Sci. Diss.]. Karaganda: KhMI, 2002, 295 p. (In Russ.).Пат. 26606 РК. Способ получения рафинированного ферромарганца // М.Ж. Толымбеков, С.О. Байсанов, А.С. Байсанов и др. Опубл. 25.12.2012.Tolymbekov M.Zh., Baisanov S.O., Baisanov A.S., Esengaliev D.A., Mukhambetgaliev E.K., Samuratov E.K., Salina V.A. Sposob polucheniya rafinirovannogo ferromargantsa [Method for refined ferromanganese production]. Pat. RK no. 26606. Published 25.12.2012. (In Russ.).Габдуллин Т.Г., Такенов Т.Д., Байсанов С.О., Букетов Е.А. Физико-химические свойства марганцевых шлаков. – Алма-Ата: Наука, 1984. – 92 с.Gabdullin T.G., Takenov T.D., Baisanov S.O., Buketov E.A. Fizikokhimicheskie svoistva margantsevykh shlakov [Physical-chemical properties of manganese slags.]. Alma-Ata: Nauka, 1984, 92 p. (In Russ.).Есенгалиев Д.А., Байсанов А.С., Султангазиев Р.Б. и др. Фазовый состав шлаков производства рафинированного ферромарганца // Фундаментальные и прикладные науки сегодня. Матер. II Междунар. науч.-практич. конф. 19 – 23 декабря 2013 г. – М., С. 161 – 163.Esengaliev D.A., Baisanov A.S., Sultangaziev R.B., Zhumagaliev E.U., Kelamanov B.S. Phase composition of slags of refined ferromanganese production. In: Fundamental’nye i prikladnye nauki segodnya. Materialy II mezhdunarodnoi nauchno­prakticheskoi konferentsii: 19­23 dekabrya 2013 g. Moskva [Fundamental and applied sciences today. Materials of the 2nd Int.Sci. and Pract. Conf. December 19-23, 2013, Moscow]. Moscow, pp. 161–163. (In Russ.).Гасик М.И. Особенности кристаллической структуры стабилизированного ортосиликата кальция как минеральной фазы – офлюсованного марганцевого агломерата. – В кн.: Физико-химические исследования малоотходных процессов в электротермии. – М.: Наука, 1985. С. 7 – 21.Gasik M.I. Features of the crystalline structure of stabilized calcium orthosilicate as a mineral phase - fluxed manganese agglomerate. In: Fiziko­khimicheskie issledovaniya malootkhodnykh protsessov v elektrotermii [Physic-chemical studies of low-waste processes in electrothermy]. Moscow: Nauka, 1985, pp. 7–21. (In Russ.).Чепеленко Ю.В. Исследование процесса извлечения марганца из отвальных шлаков // Металлургия и коксохимия. 1966. № 3. С. 96 – 106.Chepelenko Yu.V. Research of extraction process of manganese from waste slag. Metallurgiya i koksokhimiya. 1966, no. 3, pp. 96–106. (In Russ.).Хитрик С.И., Ем А.П., Гасик М.И., Кравченко В.А. Комплексное использование марганцевых шлаков // Развитие ферросплавной промышленности в СССР. – Киев: НТО ЧМ УССР, 1961. С. 141 – 147.Khitrik S.I., Em A.P., Gasik M.I., Kravchenko V.A. Complex use of manganese slags. In: Razvitie ferrosplavnoi promyshlennosti v SSSR [Development of ferroalloy industry in the USSR]. Kiev: NTO ChM USSR, 1961, pp. 141–147. (In Russ.).Зайко В.П., Верушкин В.В., Воронов Ю.И. Извлечение марганца из шлаков отходов производства ферросиликомарганца // Электрометаллургия. 2003. № 12. С. 27 – 32.Zaiko V.P., Verushkin V.V., Voronov Yu.I. Extraction of manganese from waste slags of ferrosilicomanganese production. Elektrometallurgiya. 2003, no. 12, pp. 27–32. (In Russ.).Вагин В.В., Зубанов В.Т., Величко Б.Ф. и др. Изделия из огненно-жидких шлаков производства силикомарганца – эффективные заменители металла, цемента, огнеупорного материала // Сталь. 1993. № 11. С. 35 – 39.Vagin V.V., Zubanov V.T., Velichko B.F. etc. Products made from fiery-liquid slags of silicomanganese production as effective substitutes for metal, cement and refractory material. Stal’. 1993, no. 11, pp. 35–39. (In Russ.).Шультс Ю.А., Гасик М.И., Шрамко М.С. и др. Использование отвальных шлаков производства металлического марганца при выплавке стали // Сталь. 1984. № 9. С. 37 – 39.Shul’ts Yu.A., Gasik M.I., Shramko M.S. etc. The use of waste slags for production of metallic manganese in steel smelting. Stal’. 1984, no. 9, pp. 37–39. (In Russ.).Величко Б.Ф., Гаврилов В.А., Гасик М.И. и др. Металлургия марганца Украины / Под ред. М.И. Гасика. – Киев: Техника, 1996. – 472 с.Velichko B.F., Gavrilov V.A., Gasik M.I. etc. Metallurgiya margantsa Ukrainy [Manganese metallurgy in Ukraine]. Gasik M.I. ed. Kiev: Tekhnika, 1996, 472 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.