close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4380 junusov a. k.tolimbekova l. b metallurgicheskaya pererabotka margancevih rud mestorojdeniy tur i zapadniy kamis

код для вставкиСкачать
А. К. Ж унусов, Л. Б. Толы мбекова
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ
ПЕРЕРАБОТКА МАРГАНЦЕВЫХ
РУД МЕСТОРОЖДЕНИЙ «ТУР»
И «ЗАПАДНЫЙ КАМЫС»
Павлодар
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет
им. С. Торайгырова
А. К. Жунусов, Л. Б. Толымбекова
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ
ПЕРЕРАБОТКА МАРГАНЦЕВЫХ
РУД МЕСТОРОЖДЕНИЙ «ТУР»
И «ЗАПАДНЫЙ КАМЫС»
фонография
Павлодар
Кереку
УДК 669.74 (574.244) (035.3}
Ж 89
Рекомендовано к изданию Ученым советом Павлодарского
государственного университета им. С. Торайгырова
Рецензенты:
Г. М. Никитин - доктор технических наук, профессор,
Инновационный Евразийский университет;
А. Г. Калиакпаров - доктор технических наук, зав. лабораторией
ТОО «Научно-исследовательский инжиниринговый центр ЕКО»;
М. М. Суюндиков - кандидат технических наук, профессор.
Жунусов А. К.
Ж 89 Металлургическая
переработка
марганцевых
руд
месторождения «Тур» и «Западный Камыс» / А. К. Жунусов,
Л. Б. Толымбекова. - Павлодар : Кереку, 2016. - 209 с.
151Ш 978-601-238-675-2
В монографии освещены вопросы разработки технологии
производства агломерата и окатышей из некондиционных
марганцевых руд месторождения «Тур» и «Западный Камыс».
Представленные материалы и результаты решают проблему
производства марганцевых ферросплавов.
Книга предназначена для широкого круга читателей: инженеров металлургов, технологов, научных работников, магистрантов и
студентов, интересующихся металлургией ферросплавов.
УДК 669.74 (574.244) (035.3)
18ВК 978-601-238-675-2
©Жунусов А. К., Толымбекова Л. Б., 2016
©111 У им. С. Торайгырова, 2016
За достоверность материала, грамматические и орфографические ошибки несут
ответственность авторы
Введение
Ферросплавная промышленность Казахстана в последнее время
испытывает острый дефицит в качественной марганцевой руде для
производства марганцевых сплавов. Хотя в Казахстане существуют
огромные запасы марганцевых руд, в большинстве эти руды не
пригодны для выплавки стандартных марок марганцевых сплавов, так
как около 70 % из них являются железомарганцевыми, а 30 %
считаются труднообогатимыми. В отличие от марганцевых руд СНГ,
казахстанские руды отличаются практическим отсутствием фосфора.
Потребность ферросплавных заводов в марганцевой руде
обеспечивает марганцево-рудная отрасль Казахстана. Доля мелких
классов (менее 10 мм) в руде составляет 30 %. Использование их в
металлургическом
переделе
затруднительно
и
повышает
энергетические затраты. Кроме того, мелкодисперсная часть шихты
выносится из печных агрегатов и фактически вращаются в
технологическом цикле, перегружая газоочистные сооружения. При
добыче марганцевых руд и на горно-обогатительных комбинатах
также образуется большое количество мелких классов, в результате
дробления, сортировки, флотации и т.д. Поэтому большое количество
мелковатых руд оказываются практически непригодными для
непосредственного использования в производственных процессах,
которые требуют специальной подготовки - окускования.
Анализ мирового опыта подготовки марганцевых руд к
металлургическому переделу показал, что за рубежом из методов
окускования широко распространены и успешно применяются
агломерация, окомкование и брикетирование. При этом предпочтение
отдается агломерации. Выбор того или иного способа окускования
зависит от качества руд, его физико-химических свойств и т.д.
Казахстанские марганцевые руды, как было отмечено выше, имеют
свои отличия.
Отличительными
признаками
мелких
марганцевых
руд
Казахстана является их легкоплавкость, что не позволяет вести
процессы агломерации и последующую выплавку из них
ферросиликомарганца по традиционным технологиям. Это требует
знаний в области фазовых равновесий в системах РеО-МпО-СаОА^Оэ-ЗЮ:
и
МбО-МпО-СаО-АЬОз-ЗЮг,
непосредственно
характеризующих составы марганцевых руд, а также установления
закономерностей превращения в оксидных системах на основе
марганца и оптимальных областей составов
в сложных
марганцеворудных
шихтовых
материалах,
способствующих
3
образованию прочных спеков и связующих расплавов.
Исследования,
представленные
в
данной
монографии,
направлены на разработку технологии агломерации марганцевой руды
месторождения «Тур» и выплавку ферросиликомарганца с
применением агломерата. Их отличие от ранее проведенных
исследований заключается в базировании на результатах изучения
диаграмм фазового состояния многокомпонентных систем, а также
результатах других экспериментально-теоретических исследований
фазовых переходов в сложных системах.
В работе использовались различные методы поиска, широко
применяемые и показавшие свою адекватность в прикладных физико­
химических исследованиях сложных металлургических процессов.
Использованы методы расчета термодинамических данных и
моделирования фазовых равновесий в многокомпонентных системах,
моделирования высокотемпературных процессов восстановления в
печи сопротивления Таммана. Дериватографический анализ тепловых
эффектов проводился на оборудовании ВепуаЮ§гарЬ (3-1000.
Определение прочности, физических свойств и петрографии руды и
агломерата
выполняли
на
стандартном
оборудовании,
предусмотренном ГОСТами. Химический анализ сырья и продуктов
пирометаллургической переработки осуществлялся лабораторией
химического анализа Химико-металлургического института им.
Ж.Абишева, имеющей государственный аттестат аккредитации
№ К2.7100000.06.09.00712 от 29.12.2007 г.
В настоящей монографии приводятся результаты исследований,
в которой:
- установлена динамика
изменения
фазового
состава
аглошихты в процессе спекания, в присутствии доломита с
выявлением образования ряда промежуточных фаз: форстерита
2М§0 5Ю2 и
диопсида
С а 0 М § 0 23102,
способствующих
повышению температуры плавления конечных шлаков при выплавке
ферросиликомарганца;
- проведена оценка влияния оксида магния на физико­
химические свойства и фазовый состав получаемых агломератов и
выявлен оптимальный уровень расхода доломита в количестве 8,4 %
для руд месторождения «Тур».
- методами
неизотермической
кинетики
получены
экспериментальные данные об энергии активации процессов,
протекающих при агломерации марганцевых руд. Анализ этих данных
показал, что процессы термического разложения минералов рудной
части аглошихты протекают в определенной последовательности с
4
образованием гаусманита, браунита и манганозита, и далее тефроита,
фаялита, монтинеллита и форстерита;
- термогравиметрическим методом получены кинетические
характеристики восстановления марганца углеродом из марганцевого
сырья. Кажущаяся энергия активации процесса восстановления шихт
на основе неофлюсованного и офлюсованного доломитом агломерата
составили 91,96 и 61,33 кДж/моль, соответственно.
- разработка и опытно-промышленная проверка технологии
производства ферросиликомарганца с использованием в шихте
марганцеворудного офлюсованного агломерата;
- методами неизотермической кинетики изучены и определены
значения энергии активации процессов, протекающих при нагреве
мелочи марганцевой руды месторождения «Западный Камыс» и смеси
ее с восстановителями и связующей добавкой. Показано, что в
присутствии связующей добавки и восстановителей в виде кокса и
угля, термические процессы протекают с меньшими энергетическими
затратами;
- на основе термодинамически-диаграммного анализа фазовых
равновесий в оксидных системах РеО-МпО-СаО-А^Оз-ЗЮг и М §0МпО-СаО-АЬОз-ЗЮг
дано
теоретическое
обоснование
целесообразности использования высокозольных углей Берлинского
месторождения (Казахстан), которые
обеспечивают образование
волластонит-анортит-диопсидовых
шлаковых
расплавов
с
содержанием анортита не менее 50 %, тем самым улучшая шлаковый
и электрический режимы плавки ферросиликомарганца;
- установлены закономерности изменения фазового состава
марганцевых окатышей при нагреве и его связь с качественными
показателями окомкованного сырья.
Технология агломерации с вводом в состав шихты 10 % доломита
опробована на Аксуском заводе ферросплавов. На пилотной установке
получен офлюсованный агломерат, характеризующийся следующими
механическими свойствами (по ГОСТ 15137-77): прочность на удар
58,0 %; прочность на истирание 10,9 %. Проведены опытно­
промышленные плавки ферросиликомарганца с применением
офлюсованного агломерата в шихте. Замена мелкой марганцевой
руды офлюсованным агломератом позволила улучшить электрический
и технологический режимы плавки.
При
работе
печи
на
агломерате
увеличивается
производительность печи на 5,2 % и снижается расход электроэнергии
на 4,9 % с повышением степени извлечения марганца с 68,6 до 74,1 %
за счет снижения его потерь со шлаком, а также уменьшения выноса
5
марганцевой руды с пылегазовыми выбросами.
На основании выполненных исследований создана эффективная
технология окомкования мелочи марганцевой руды месторождения
«Западный Камыс» (фракции 0-5 мм) с использованием
восстановителя и связующего материала, в качестве которого
использовали глину Саздинского месторождения (Казахстан).
Разработана технология производства ферросиликомарганца с
использованием в шихте марганцевых окатышей при частичной
замене (до 30 %) коксового орешка высокозольным углем
Борлинского месторождения (Казахстан),
успешно прошедшая
промышленные испытания.
6
1
Состояние проблемы подготовки марганцевых руд к
металлургическому переделу
1.1
Современное состояние марганцевой
ферросплавной
промышленности Казахстана
В последнее десятилетие заметно наблюдается развитие
марганцевой отрасли ферросплавного производства Казахстана. Если
в бывшем СССР Казахстан, располагая значительными запасами
марганцевых руд, не производил марганцевые ферросплавы, то в
настоящее время производителем марганцевых сплавов является
Аксуский
завод
ферросплавов,
ТОО
«Темиртауский
электрометаллургический
комбинат»
и
ТОО
«Таразский
металлургический завод» [1]. Мероприятия по освоению технологии
производства марганцевых сплавов в Казахстане начато еще в 1991
году по инициативе Химико-металлургического института. На
Аксуском заводе ферросплавов выплавка ферросиликомарганца
начата в 1994 году переводом печи № 11 с выплавки ферросилиция
на
производство
ферросиликомарганца.
Суммарный
объем
марганцевых сплавов производимых этими предприятиями в данное
время достигает 180-200 тыс.т в год, что потребует поставок более
600 тыс.т марганцевого концентрата, кондиционного для
ферросплавного передела Кроме того, марганцевые руды Казахстана
поставляются в Россию на Челябинский электрометаллургический
комбинат (ЧЭМК) и Серовский завод ферросплавов (СЗФ) [2-11].
Спрос на сплавы марганца, выплавляемые из казахстанских
низкофосфористых концентратов, возрастает с каждым годом.
Увеличиваются объемы добычи марганцевых руд. Так, с 1991 г. по
2003 г. добыча марганцевых руд в Казахстане увеличилось в 8,5 раз
[12]. Доля потребности в марганцевых сплавах в Казахстане достигает
70 тыс.т в год, из них 60 тыс.т приходится на Карагандинский
металлургический комбинат.
Запасы марганцевого сырья и имеющиеся производственные
мощности Казахстана позволяют не только покрыть указанные
потребности, но и экспортировать марганцевые ферросплавы, как в
ближнее, так и в дальнее зарубежье. В России собственная сырьевая
база обеспечивает сталеплавильное производство марганцевыми
сплавами примерно на 60 %. Например, Россия импортирует
марганцевые сплавы из Украины и Казахстана (350 тыс.т в год), что
может вызвать в ближайшей перспективе рост на спрос
низкофосфористых марганцевых сплавов Казахстана в России [13].
7
В настоящее время добываются и перерабатываются окисленные
марганцевые руды, доля которых составляет около 4 % и эти руды не
требуют больших затрат на обогащение. Переработка этих руд ведется
на простых передвижных дробильно-сортировочных установках и
реже на дробильно-сортировочных фабриках. В отличие от других
производителей марганцевых руд, только ОАО «Жайремский ГОК»
обладает обогатительной фабрикой с гравитационной схемой
обогащения (производительностью 1200-1500 тыс.тонн в год по
исходной
руде),
дробильно-сортировочной
фабрикой
и
передвижными дробильно-сортировочными установками. Жездинская
обогатительная фабрика в связи с исчерпанием запасов марганцевых
руд работает не на полную мощность и на привозном сырье
(месторождения «Тур» и «Камыс») [14]. Запасы эксплуатируемых
богатых окисленных марганцевых руд Казахстана ограничены, а
применяемые
методы
их
обогащения
и
подготовки
к
металлургическому переделу малоэффективны. Связано это, прежде
всего, со значительными потерями марганца (до 50 %) [15, 16].
Обеспеченность разведанными запасами окисленных марганцевых
руд в условиях постоянного увеличения их объемов ежегодной
добычи составляет менее 10 лет [13].
Тенденция ухудшения качества марганцевой руды ставит вопрос
об обеспечении марганцевым сырьем ферросплавные заводы
Казахстана. Марганцевые руды Казахстана, также как и России
являются непригодными для выплавки ферромарганца из-за высокой
концентрации оксидов железа: в карбонатных рудах России велико
содержание фосфора; пустая порода содержит в основном кремнезем
[3,4,17]. В общем запасе марганецсодержащих руд доля
железомарганцевых руд Казахстана составляет около 70 %.
Остальные 30 %, представлены окисленными и труднообогатимыми
первичными рудами. Только на месторождениях «Камыс» и
«Ушкатын III» марганцевые руды в среднем содержат марганца 40 %.
Следовательно, в настоящее время намечается противоречие между
увеличением производства марганцевых сплавов и сокращением
разведанных запасов качественных марганцевых руд. Возрастающий
дефицит в качественном марганцевом сырье требует расширения
сырьевой базы Казахстана.
В настоящее время интенсивно разрабатываются для
производства ферросплавов марганцевые руды месторождений
Ушкатын-Ш, Тур, Камыс, Богач, Жомарт. По запасам товарных руд,
годных для выплавки сплавов марганца, наиболее крупным
месторождением является Ушкатын-Ш около 65 млн. т, остальные
месторождения представлены запасами по 3-10 млн. т. Выход
товарного концентрата фракции 10-100 мм по веем рудам не
превышает 50-60 % и составляет 0,6-0,8 млн. т в год [13]. В этой
связи необходимо вовлечь в ферросплавный передел концентраты и
отходы обогащения крупностью менее 10 мм путем их агломерации,
окатывания или брикетирования, что позволит почти вдвое увеличить
сырьевую базу на многие десятилетия. Также следует учесть, что для
нормальной работы закрытых электропечей требуется кусковой
материал [17].
Анализ современного состояния поставки марганцевых руд на
Аксуский завод ферросплавов, также как и хромовых руд, и характера
распределения кускового и мелкого сырья между ними, сложившемся
в настоящее время по целому ряду причин, показан на схеме
(рисунок 1.1) [18]. Взрывные работы и механизация добычи полезных
ископаемых приводят к переизмельчению добываемых руд и
увеличению в них доли мелкозернистых фракций. Кроме того, из-за
ограниченности запасов богатых руд в добычу вовлекаются в
возрастающих количествах бедные марганцевые руды, которые
необходимо обогащать. В процессе обогащения полезные компоненты
руды перераспределяются между фракциями крупности, и
значительное количество ценного сырья концентрируется в
мелкозернистых и тонкодисперсных (<3 мм) фракциях.
Использование мелких фракции в металлургическом переделе
затрудняет плавку и повышает энергетические затраты на
производство ферросплавов. Также мелкодисперсные материалы
выносятся из ферросплавных печей тягодутьевым режимом и
практически вращаются в технологическом цикле, загружая
газоочистные и аспирационные сооружения. Поэтому большое
количество руд и уже обогащенных концентратов оказывается
практически непригодными для непосредственного использования в
производственных процессах и требуют специальной подготовки оку скован ия [19,20].
Для того чтобы выбрать наиболее эффективные способы
вовлечения мелких марганцевых руд крупностью менее 10 мм в
ферросплавное производство, прежде всего, необходимо представить
какие виды руд мы рассматриваем, а также проанализировать физико­
химические свойства марганцевых руд Казахстана. В связи с этим
ниже рассматриваются характеристики марганцевых руд различных
месторождений Казахстана и существующие способы окускования
мелких фракции марганцевых руд агломерацией.
9
Рисунок 1.1 — Условная схема возникновения мелочи
марганцевого сырья при добыче и металлургическом переделе на
ГОКах Казахстана
10
и Характеристика марганцево-рудной базы стран мира и
Казахстана
В данное время в мире добывается около 6-7 млн.т. марганцевых
руд. Около 60 % общей добычи приходится на высокосортные руды с
содержанием марганца 37-52 %, 40 % приходится на руды с
содержанием марганца 25-35 %. Высокосортные руды добываются в
ЮАР, Габоне, Австралии, Бразилии. Низкосортные в России,
Украине, Грузии, Казахстане, Китае и Индии. На долю Казахстана
среди производителей марганцевого сырья приходится 3 % из общей
добычи. Доля стран в подтвержденных мировых запасах марганцевых
руд по данным [21], представлена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - Доля стран в мировых запасах марганцевых руд
[21]
По величине запасов абсолютным лидером является ЮАР (1045
млн.т); Украина (639 млн.т); Казахстан (354 млн.т); Габон (240 млн.т);
Грузия (185 млн.т); Бразилия (176 млн.т); Китай (135 млн.т);
Австралия (131 млн.т) [22]. Характеристика марганцевых руд,
производимых на зарубежных предприятиях и в Казахстане
представлена в таблице 1.1.
11
Таблица 1.1 - Характеристика марганцевых руд, производимых на зарубежных предприятиях и в Казахстане
[2 3 -3 6 ,4 4 ,4 5 1
________________________________________________________________________________________ __
Страна
Химический состав, %
Предприятие,
МПобш
М йО АЬОз
Р
* е общ §Ю2
СаО
месторождение руд
5 Ю2/ Мп
1
2
3
4
5
8
6
7
9
10
Бразилия
35,1
8,7
3,3
3,2
0,242
3,4
Игарапе Изюль
Габон
51,4
3,2
2,7
5,6
0,1
0,052
Моанда «Комилог»
Гана
30,4
0,7
8,4
5,0
0,276
Нсута,
«Гана
Нэшнл
1,7
Мэнгениз»
—
Заир
34,4
0,6
6,0
5,0
0,145
1,8
48-65
3-7,0
8,0
8,0
6,0
0,15
Нишикхал
0,142
Индия
51,7
10,8
23,5
2,9
0,7
0,454
Рамтек
53,9
4,8
11,0
0,6
0,148
4,4
Тироди
52,2
3,2
0,4
Австралия
3,3
2,7
0,061
Грут Эйленд
5?6
8,0
Мексика
27,5
10,8
5,9
0,392
Тетзинтала
3,2
0,17
19,3
14,8
5,9
1,76
14,8
Усинское ’
0,766
9,26
3,72
0,07
37,8
4,99
0,83
3,72
0,244
Усинское "
Россия
0,50
34,0
3,47
5,51
1,03
0,041
0,162
Парнокская,
Республика
17,1
Коми
2,57
12,50
1,10
44,6
1,68
2,98
0,20
0,280
Никопольская 1с
2,47
20,80
1,20
38,0
1,74
4,14
0,20
0,547
Никопольская II с
Украина
4,14
30,80 0,70
3,54
29,3
0,18
1,051
3,16
Никопольская III с
1,91
16,90
1,00
1,50
2,32
0,22
43,9
0,384
Окисленная руда
13,50 2,10
1,70
10,2
0,24
30,3
2,50
0,445
Карбонатная руда
1родолжсние таблицы 1.1
1
Украина
Казахстан
2
23,0
3
2,91
4
18,7
5
•
6
43,5
6,14
11,7
0,71
44,5
6,40
9,50
39,0
30,0
30,4
10,85
4,79
12,0
16,6
29,7
38,7
4,75
6,14
3,20
3,40
12,4
38,5
35,2
26 Л
Примечания:
1- карбонатные;
2 - родохрозитозые МпСОз
7
7,71
8
0,190
1
0,813
4,26
1,31
0,019
0,268
1,10
2,20
3,50
0,017
0,213
13,3
18/)
17,7
0,50
2,88
1,62
3,10
4,00
5,83
5,00
3,00
0,024
0,030
0,050
0,341
0,600
0,582
46.5
30,3
23,5
22,8
9,20
0,60
0,80
10,2
6,50
-
-
0,50
1,67
1,38
6,87
0,022
2,51
0,030
1,70
0,002
3,40
2,40 1 0,076
3,10
0,050
2,801
1,020
0,607
0,592
0,261
№
5,9
2,16 1 0,051
0,905
■Щ Л
3,08
10
БольшеТокмакское
Ушкатын 1сорт
Жайремский
концентрат -1сорт
-Н сорт
—Шсорт
Западный
Каражал
Джездинская руда
-концентрат
Сарытум
Тур
Восточный
Каражал
Ёо-льи;-_1Й К тай
В СНГ марганцевые руды сосредоточены на Украине
(Никопольское и Большетокмакское месторождение), в Грузии
(Чиатурское месторождение), в России в Кемеровской области
(Усинское месторождение). В России запасы марганцевой руды
ограничены и составляют 148,1 млн.т. Вместе тем 42 % всех
российских запасов содержатся в Усинском марганцевом
месторождении Кемеровской области. Главный недостаток - низкое
содержание металла в руде (20 %). Основными месторождениями и
рудоуправлениями Кузбасса являются Усинское (запасы 98,5 млн.т),
Кайгадатское (32,7 млн.т), Дурновское (300 тыс.т), Горной Шории
(Селезень, Чугунаш с прогнозными запасами 3-5 млн.т), ТогулСунгуйского района Центрального Салаира (вблизи Дурновского,
мелкие руды но богатые). Следует отметить, что до настоящего
времени Усинское месторождение
не эксплуатируется из-за
отсутствия железной дороги и сложности металлургического передела
неокисленных руд и их бедности [37, 38].
Следует отметить, что марганцевые руды Казахстана и Западной
Сибири
(Россия)
являются
непригодными
для
выплавки
ферромарганца из-за высокой концентрации оксидов железа: в
карбонатных рудах велико содержание фосфора; пустая порода
содержит в основном кремнезем. В сравнительно бедных
карбонатных рудах концентрация основных оксидов Са0+М §0
иногда может превышать концентрацию ЗЮг [39,40].
Наиболее важными особенностями при изучении сведений о
химических составах марганцевых руд различных месторождений
является обязательное присутствие в них оксидов железа.
В марганцевых рудах Украины и Грузии концентрация оксидов
железа невелика и не препятствует использованию этих руд для
производства марганцевых сплавов, однако при производстве
металлического марганца они считаются непригодными.
Казахстан имеет богатейшие запасы марганцевых руд и занимает
2 место в СНГ. В прошлом Казахстан обеспечивал потребности СССР
в марганцевом сырье и сыграл огромную роль в производстве
бронетехники в годы Великой Отечественной войны, сплавы на
основе марганца применяли при производстве легендарного танка
Т-34. При использовании марганцевых сплавов из руд Казахстана
обеспечивалась прочность и легкость брони танка [41]. Минеральносырьевая база марганцевых руд Казахстана на 1.03.03 г. по данным
[42] представлена в таблице 1.2.
14
Таблица
1.2 -
Минерально-сырьевая
(Карагандинская область)
1 Месторождение 1 Баланс Среднее
овые
содержа
запасы, ние Мп,
тыс.т.
%
база
Способ отработки
Атасуйский рудный район
18,4
Подземный
Западный
Каражал
Ушкатын 1П
349319
190737
23,2
Ушкатын I
Восточный
Камыс
Западный
Камыс
Жомарт
19196,6
9416,8
11,7
18,7
513,1
16,9
1692,6
24,4
Аксай
Картобай
Кережайган
Полуденное
Средний Ктай
11,0
19,0
29,0
62,8
648
27,8
26,7
16,8
17,2
10,4
Большой Ктай
Арал
Северный
Каражал
Восточный
Каражал
2844
9488
17.1
' ‘ 18,^
7,0
Подземный,
открытый
Открытый
Подземный,
открытый
Подземный,
открытый
Подземный,
открытый
Открытый
Открытый
Открытый
Открытый
Подземный,
открытый
Подземный
Открытый
Подземный
15409
22$
Подземный
Тур
Богач
Караадыр
Шойынгас
марганцевых
Сарысу-Тенизский рудный район
12116,7
24,5
Открытый
268,1
93,0
27,3
Открытый
30,3
Открытый
Агадырский рудный район
34,0
34,1
Открытый
руд
Недропользова
тсль
ТОО «Оркен»
«Жайремский ГОК»
«Жайремский ГОК»
«ТНК Казхром»
«Жайремский ГОК»
«Жайремский ГОК»
ТОО «Акбура-1»
ТОО «Акбура-1»
ТОО «Акбура-1»
«Жайремский ГОК»
Резервное
Резервное
Резервное
Резервное
Резервное
ОАО «ТНК
Казхром»
ТОО «Абайксн»
«Центргеолсъемка»
1 «Мсталлтерминап
сервис»
Каратас
Жезды
Промежуточное
Жаксыкотр
Итого:
Жезказганский рудный район
170,8
32,6
Открытый
7685
19,3
Подземный
589
17,2
Подземный
18,0
18,0
Открытый
620343,3
18,7
15
ТОО Достаулитое
Резервное
Резервное
Резервное
В Казахстане
известно более 100 месторождений и
рудопроявлений. Балансом Республики учтены 19 месторождений.
Около 60 % запасов содержат марганца 10-20 %, 32% с содержанием
марганца 20-30 %, 11 % имеют более 30 %.
За последнее время Казахстан наращивает объемы по добыче
марганцевых руд. Запасы марганецевых руд совместно с
разведанными месторождениями составляют около 700 млн.т.
Разведанные запасы данных руд сосредоточены преимущественно в
Центральной части страны 98 % и 70 % представлены железо­
марганцевыми разновидностями.
Основные запасы марганцевых руд сосредоточены в
месторождениях Атасуйского рудного района. На этот район
приходится также около 65 % учтенных прогнозных ресурсов
марганцевых руд.
В целом разведанные запасы марганцевых руд в Карагандинской
области составляют более одного миллиарда тонн.
Марганцевые руды Казахстана объединены в три группы
месторождений:
Джездинско-Улутаускую,
Атасуйскую
и
Ушкатынскую. Марганцевые руды Джездинско-Улутауской группы
характеризуются низким содержанием марганца (15-17 %), высоким
содержанием кремнезема (40—49 %), удовлетворительным значением
отношения Р:Мп и Мп:Ре [43].
Месторождения марганцевых руд Атасуйской группы: Западный
Каражал, Ушкатын I, Ушкатын III, Тур, Жомарт, Камыс, Богач,
Жаксы, Сарытум и др. сосредоточены практически полностью в
Центральном Казахстане.
Марганцевые
руды
Атасуйской
группы
считаются
труднообогатимыми, что установлено институтом Уралмеханобр. При
выходе концентрата 8-12 % извлечение марганца в концентрат
составляет 25-30 %, при получении железомарганцевого концентрата
извлечение марганца может составить около 60 %. Для выплавки
стандартных марок ферросплавов из этих концентратов по данным
[29]
требуется
дополнительно
удалить
металлургическим
обогащением железо в виде нестандартного ферромарганца или
передельного чугуна.
Месторождение Западный Каражал, запасы которого составляют
285 млн.т., является наиболее крупным. Для этих руд характерно
сложное внутреннее строение. В восточной части на глубине до
90-150 м развита древняя кора окисления, а в центральной на глубине
до 250 м зона баритизации с повышенным содержанием сульфатной
серы в рудах [29]. Руды этого месторождения рассматриваются как
16
сопутствующие полезные ископаемые при добыче железных руд.
Главными минералами являются браунит, гаусманиг, родонит,
родохрозит, в зоне окисления - псимелан. В виде примесей
присутствуют сульфиды. Из нерудных минералов наиболее
распространены кварц, кальцит и в зоне баритизации — барит. По
физическому состоянию руды плотные, крепкие, содержание
марганца 19-23 %. Первичные руды характеризуются высокой
основностью (1,0*-1,2) и относятся к категории легкоплавких [44].
Месторождение Восточный Каражал сложено двумя рудными
залежами (содержание марганца 18-28 %) и представлены
гаусманитно-браунитовыми, якобситовыми и псиломелановыми
разновидностями руд. Руды основного и параллельного пластов по
минералогическому составу и физическому сложению не отличаются
друг от друга. Главной составляющей рудной залежи в первичной
зоне являются гаусманитно-браунитовые руды, содержание марганца
27 %, кремнезема 19,8 %, глинозема 5-7 %.
Псиломелановые руды подразделяются по химическому составу:
параллельный пласт 28,8 % марганца, 11,5 % железа, 16,5 %
кремнезема; основной пласт 137,5 % марганца, 9,05 % железа, 10,4 %
кремнезема, фосфора 0,05 % [44,45].
Месторождение Дальний Восток является продолжением
месторождения Восточный Каражал [43]. Руды представлены
первичными браунито-гаусманитовыми, родохрозитов!,ши и в
небольшом количестве якобситовыми разностями. Распространенные
нерудные материалы- карбонаты и кварц. Также выделяются два типа
руд:
марганцевые
(окисные
и
карбонатные)
и
бедные
железомарганцевые.
Руды
месторождения
Большой
Ктай
представлены
псиломелановыми,
браунитовыми
и
пиролюзитовыми
разновидностями руд с содержанием марганца 19 %. Количество
богатых пригодных для производства ферромарганца составляет 8 %
от общих запасов [43,44].
Высококачественная руда с содержанием марганца 40 %
добывается в месторождениях Камыс и Ушкатын III. Ушкатын III
имеет для открытой разработки 59,8 млн.т и подземной разработки
45 млн.т марганцевой руды.
Концентрат получаемый путем промывки пригоден для
производства
различных
марок
ферромарганца.
Запасы
месторождения Ушкатын III составляют более 85 млн.т марганцевых
и 6 млн.т железных руд [43].
Жездинское месторождение с запасами около 6,0 млн.т находится
17
в резерве. Доразведка и освоение намечается на месторождении
Камыс, где запасы марганцевых руд составляют около 3,0 млн. т.
Жездинские руды плотные, крепкие, труднообогатимые
(объемная масса 2,4—2,6 т/м3). Концентраты с содержанием марганца
более 45 % могут быть получены только при тонком измельчении (до
0,15 мм) и при применении сложных схем обогащения. Однако выход
концентрата
не превышает 10 %. По схеме гравитационно­
магнитного обогащения, разработанной ЦНИИЧМ можно получать
концентрат с содержанием Мп 30-32 % и 5Юг 30-35 %. Основным
рудообразующим минералом в этих рудах является браунит
(80-90 %), марганец находится в виде пиролюзита, псиломелана и
манганита [43]. Жездинские руды характеризуются низким
содержанием фосфора и высоким содержанием кремнезема. Также в
этих рудах содержатся десятые доли процента свинца, сотые доли
меди и титана, тысячные доли кобальта, молибдена, а также таллия.
Присутствует барий (в среднем 2,36 % ВаО). Запасы Жездинских
марганцевых руд составляют около 6 млн.т, со средним содержанием
марганца 16 % [22,45,46].
Все запасы марганцевых руд отнесены к активным: 400 млн.т
(95 %). К неактивным можно отнести запасы месторождения
Восточный Каражал (13.2 млн.т), Большой Ктай (2,8 млн.т) и часть
запасов Жездинского месторождения (2,2 млн.т).
Месторождение «Тур» приурочено к коре выветривания
карбонатных пород. Руды окисленные, мощность рудных тел
колеблется от 1 до 11,5 м. Содержание марганца в руде колеблется от
10 до 60 %. Запасы марганцевых руд месторождения Тур, составляют
по данным [ 13,43 ] 15 млн.тонн.
Добычей марганцевых руд в Казахстане занимаются ОАО
«Жайремский ГОК» (Ушкатын III, Жомарт и на 11 объектах ведутся
разведочные работы), ТНК «Казхром» (Тур, Восточный Камыс), ОАО
«Атасуруда» (Западный Каражал), ТОО «Метаплтерминасервис»
(Шоинтас), ТОО «Абайкен» (Богач) [13,43].
Таким образом, разведанные запасы марганцевых руд
позволяют развивать марганцеворудную промышленность, способную
обеспечить сырьем производителей марганцевых сплавов Казахстана.
Высокое качество казахстанских руд позволяет считать развитие
марганцевой промышленности в Республике необходимым и
эффективным. Но для этого следует разработать технологии по
утилизации образующегося некондиционного материала при
подготовке марганцевых руд к металлургическому переделу.
18
13 Проблема переработки мелких классов марганцевых руд
Марганцевые концентраты, содержащие не менее 40 % марганца,
получают путем тонкого измельчения (фракция -0,15 мм) и
флотационного обогащения руды. В результате образуется большое
количество некондиционных концентратов: гравитационного (0-2 мм)
и флотационного (-0,074 мм) с содержанием 30-33 % марганца. Перед
использованием таких концентратов в ферросплавном производстве,
как отмечалось выше, требуется предварительное окускование.
Однако создание специальных устройств на ГОКах для окускования
накопившейся мелочи в данное время невозможно, поэтому многие
исследователи отмечают, что целесообразно использовать уже
существующие мощности предприятий Казахстана [47].
На Жайремском ГОК переработка марганцевой руды достигает
1,2 млн. т в год. При этом мелкая доля марганцевой руды составляет
3,6 % и 8,28 % и приходится на шламовые отходы [16, 48]. Отсюда
видно, что на Жайремском ГОКе образование мелкой фракции 0-10
мм достигает порядка 120 тыс. в год.
Такое же положение сложилось и на других рудниках и ГОКах.
По данным [48] на месторождениях Ушкатын Ш, Тур, Камыс, Богач и
Жомарт выход товарного концентрата фракции 10-50 мм не
превышает 50-60 % и составляет 0,6-0,8 млн.т в год. На долю мелкой
фракции 0-10 мм приходится около 40-50 %. В пересчете на массу эта
цифра составит около 180 тыс. т в год. Марганцевые руды фракции
0-10 мм Атасуйской группы (600 млн.т) в данный момент не
вовлечены в ферросплавное производство.
На месторождении «Тур» при добыче и переработке марганцевой
руды на долю мелкой фракции 0-10 мм приходится около 50 % [43,
48]. При ежегодной добыче 700 тыс.т марганцевой руды 350 тыс.т
составляет фракция 0-10 мм. Хотя на месторождении «Тур»
предполагалось строительство обогатительной фабрики, которая
перерабатывала бы образованные мелкие классы промывкой и на
рентгено-радиметрических сепараторах, образование мелочи все же
неизбежно, так как отходы, образованные после обогащения составят
105 тыс.т в год. Если учесть, что на руднике разработка и добыча
марганцевой руды ведется с 1994 года, то образованные мелкие
классы 0-10 мм достигают примерно 2 млн.т. Эта мелочь складируется
на отвалах из-за отсутствия рациональной технологии их переработки.
На АксЗФ ферросиликомаргансц выплавляется в закрытых печах
мощностью РКЗ'ЗЗ МВА. Поступающая марганцевая руда проходит
стадию подготовки в цехе подготовки шихты (ЦПШ-2). В последнее
время качество поступающей руды ухудшается. Количество мелкой
19
фракции (менее 10 мм) по предварительным подсчетам достигает от
15 до 30 %. В процессе подачи руды до печи происходит ее
измельчение на перегрузках, ведущее к дополнительному
образованию еще 15 % мелочи. Попадание мелочи в печь ведет к
существенному ухудшению технико-экономических показателей
плавки. Ориентировочно количество отсевов марганцевой руды
превышает 100 тыс. тонн в год. Нами совместно с ОТК и
лабораторией металлургических исследований и анализа (ЛМетИА)
на АксЗФ проводилась работа по определению мелкой фракции 0-10
мм в марганцевой руде. Поступающая на Аксуский завод
ферросплавов марганцевая руда, после проведенных нами
исследований на содержание мелкой фракции, составила от первой
партии 19-25 %. В следующих партиях мелкая фракция составляет
25-28 %. И такая тенденция ухудшения качества марганцевого сырья
продолжается и в настоящее время.
Таким образом, можно заключить, что в Казахстане на рудниках
и заводах скопилось огромное количество мелкой фракции 0-10 мм,
которая требует разработки рациональной технологии их переработки
одним из существующих способов окускования. На наш взгляд
агломерация перед другими способами имеет ряд преимуществ, одно
из которых не требующее дополнительного измельчения перед
окускованием. В результате агломерирования большого количества
мелкой фракции, ферросплавная промышленность Казахстана может
обеспечить себя дополнительно окускованным
сырьем на
десятилетия, тем самым, понизив потребность в кусковых рудах.
1.4
Существующие
способы
переработки
мелких
марганцевых руд агломерацией
За рубежом для окускования мелочи марганцевых руд шйроко
применяются все три способа окускования: производство окатышей,
агломерация и брикетирование [49, 50].
В Японии агломерация марганцевого сырья получила широкое
применение на заводах «Ниппон кокан» в г. Ниигата, фирмы «Тоё
дэнки Когё» в г. Касима, фирмы «Ниппон дзюкагаки когё» в г.
Такаока [51-53].
Предпочтительность организации агломерации непосредственно
на ферросплавном заводе связана с возможностью получения и
использования, не требующего транспортировки менее прочного
агломерата, что повышает производительность агломашин и
уменьшает расход топлива.
20
В Японии руда мелких классов перед подачей в ферросплавную
печь подлежит обязательному окускованию. Япония является
пионером использования агломерационных машин для окускования
ферросплавного сырья. В 1961 году на заводе фирмы «Ниппон дэнко»
были установлены агломерационные машины конвейерного типа для
спекания мелкой руды. Спекание аглошихты производят на
небольших агломерационных машинах площадью спекания 15-18 м2,
производительностью 180-400 т/агломерата в сутки. В состав шихты
входят отходы производства - продукты сухой и мокрой газоочистки,
некондиционная мелочь ферросплавов, мелкий шлак ферромарганца и
т.д.. На заводе «Кобэ стил» в шихте агломерата, идущей на выплавку
силикомарганца, используется пыль газоочисток доменных печей,
содержащая 50-55 % твердого углерода, что позволяет в 1,5 раза
сократить расход коксовой мелочи при агломерации. Особенностью
технологии на этом заводе является дробление горячего агломерата в
щековой дробилке на куски размером менее 60 мм и их подача без
рассева и охлаждения в футерованный бункер-дозатор. Горячий
агломерат затем порционно поступает в футерованную углеродистым
материалом саморазгрузающуюся бадью, куда сверху дозируются
остальные компоненты шихты. Доля горячего агломерата составляет
45-70 %, а температура шихты, загружаемая в печь 400-450 °С, что
обеспечивает экономию электроэнергии при плавке 150 кВт ч/т
сплава [54-57]. Использование такой шихты позволяет работать
рудовосстановительной печи на более мелкой шихте (содержание
фракции менее 10 мм в агломерате составляет 15-20 %), что в свою
очередь позволяет избежать дополнительных операций грохочения
агломерата и выделения возврата, упрощая технологическую и
аппаратурную схему подготовки сырья [58-65].
Ферросплавные заводы размещаются главным образом в
прибрежных районах, например, заводы фирмы «Ниппон кокам» в г.г.
Ниигата и Тояма. Модернизация ферросплавной промышленности,
реализация ряда новых технологических процессов рациональной
подготовки сырья и выплавки сплавов позволили достичь на
ферросплавных заводах Японии одних из лучших результатов в мире
технико-экономических показателей производства ферросплавов.
На рисунке 1.3 представлена схема подготовки руды и выплавки
марганцевых сплавов на заводе фирмы «Кобэ стил» в Японии.
21
19
I - мелкие компоненты шихты; 2 - конвейеры; 3 - бункера шихты; 4 - смеситель; 5 - зажигательный горн;
6 - агломашина; 7 - бункер горячего агломерата; 8 - бункера кусковой руды; 9 - саморазгружающаяся бадья;
10 - поворотный механизм; II - подъемник; 12 - труботечки; 13 - рудовосстановительная печь;
14 - разделитель сплава и шлака; 15 - изложницы; 16 - охладитель слитков; 17 - слитки сплава; 18 - дробилка;
19 - виброгрохот; 20 - готовая продукция.
Рисунок 1.3 —Схема подготовки руды и выплавки марганцевых сплавов на заводе фирмы «Кобэ стил» в
Японии
Использование
на зарубежных ферросплавных заводах
качественной по химическому и гранулометрическому составу
шихты, полученной в результате тщательной подготовки исходного
марганцеворудного сырья, обеспечивает ритмичную работу мощных
закрытых печей в течении длительного времени (до 10 лет) и
улучшает технико-экономические показатели работы печей [66,67].
На фирме Мап^апезе 1пз. агломерируют концентраты
марганцевой руды состава (%): Мп 39-44, 8Ю2 7,5-12,0, РЬ 1-4.
Получают конечный продукт: 48 % - Мп; 8Ю2 - 11,5 %; А12Оз - 2,4 %;
РЬ &0,60 %, 2п и Си - 0,2 % [68].
Компания Ьа 8оае(е Ап^щще СЬепйепе сГЕшйёз ММегез
эксплуатирует в рудниках Имини (Марокко) главное месторождение
марганца, руда которого состоит на 80 % из МпЩ и на 20 % из
псиломелана. Вследствие большого количества мелочи руду нельзя
использовать непосредственно в доменной печи для выплавки
ферромарганца. Агломерация этой руды происходит па аглофабрике
51-сЦ-МагоиГ, введенной в эксплуатацию в 1947 году [69].
На фирме Ш.8ГО (Франция) проводятся опыты по определению
оптимального режима работы аглофабрики, повышению прочности
агломерата и снижения расхода топлива. Изучено влияние высоты
слоя и количество возврата
в марганцевой
шихте
на
производительность и расход топлива [70].
Основными операциями подготовки марганцевых руд и
концентратов к плавке в мощных закрытых печах за рубежом
являются сушка, фракционирование и обязательное окускование, в
основном
применяют
агломерацию
непосредственно
на
ферросплавных заводах в Канаде, Австралии и Японии. Также
агломерации подвергаются различные марганецсодержащис отходы:
продукты сухой и мокрой газоочисток и некондиционная
ферромарганцевая мелочь (<3 мм). Обычно схема полной подготовки
марганцевой руды непосредственно на ферросплавном заводе
включает в себя: грохочение материала для отсева класса +75 (50) мм
и его додробливание, отсев класса -1 0 мм и его спекание на
агломерационной машине, обжиг кускового материала (10-75 мм) и
его дозирование в шихту вместе с агломератом в установленных
соотношениях. В случае применения сушки, из сухой руды
крупностью 0-75 мм отсеивают и подвергают обязательной
агломерации продукт крупностью 0-6 мм [71-73].
Процесс окомкования мелких марганцевых концентратов
осуществлен впервые на фабрике окомкования фирмы «1п(]и8(па е
СотегЫа с1е М теп ш 8А-1СОМ1» в Сантане (Бразилия) [74].
23
В настоящее время ведется большая работа на многих
ферросплавных заводах по утилизации отсевов рудных материалов
одним из трех известных способов окускования. Следует отметить,
что в промышленности широкое применение получил способ
брикетирования. Так ЗАО «УралВИМ» запущен комплекс на ОАО
«Челябинский
электрометаллургический
комбинат»
по
брикетированию разнообразных отсевов: ферросилиция, хромовой и
марганцевой руд, различных пылей аспирационных систем и т.д. [75].
В странах СНГ производство марганцевого агломерата освоено
на Никопольском и Зестафонском заводах ферросплавов [76, 77].
В комплексе Никопольского завода ферросплавов (НЗФ) работает
агломерационная фабрика, оснащенная тремя агломашинами
площадью спекания по 105 м2. На агломерационной фабрике
Зестафонского завода ферросплавов (ЗФЗ) действует агломерационная
машина площадью спекания 75 кв.м, и отделение брикетирования
[77,78].
На Украине разработаны и внедрены в производство технологии
спекания марганцевых агломератов с использованием в шихте
карбонатных марганцевых никопольских и чиатурских концентратов,
пыли и шлама аглофабрик и плавильных цехов, а также других видов
низкосортного и вторичного марганецсодержащего сырья. На
Никопольском заводе ферросплавов производят неофлюсованный и
офлюсованный
агломерат
для
выплавки
углеродистого
ферромарганца, на Зестафонском ферросплавном заводе (Грузия)
выпускают рудные брикеты с добавками отходов производства,
содержащих углеродистые восстановители [79 I 83]. В таблице 1.3
приведены технические требования к качеству неофлюсованного и
офлюсованного марганцевого агломерата производства аглофабрики
НЗФ.
Увеличение глубины
обогащения
марганцевого сырья,
расширение сортамента вовлекаемых в производство марганцевых
концентратов, рост объема использования при агломерации
низкосортных и вторичных марганецсодержащих материалов привели
в последние годы к изменению вещественного и гранулометрического
составов агломерационной шихты и
ухудшению показателей
агломерации и качества агломерата.
Исследованиями УкрНИИспецстали на НЗФ установлено, что
производительность агломерационных машин и прочность агломерата
зависят от содержания шламов в аглошихте [82].
В таблице 1.4 приведены технологические параметры процесса
агломерации марганцевых концентратов на НЗФ.
24
|
|
0
<-Л 1-Л
1
Таблица 1.3 - Технические требования к качеству марганцевого
агломерата_______ ________ ________ ________ ________ _
Агломерат
АМНВ-1 АМНВ-2 АМНШ АМНЖ АМО
Содержание,%
30,0
44,0
I Мп. не менее
41,0
45,0
36,0
5,0
- Ре, не более
8,0
- Мп:Ре, не менее
—
Основность
Кол-во фракции,
%
1 <5 мм, не более
- 20-200 мм, не
менее
Прочность
по
фракции,%
- >5 мм, не менее
5,0
75,0
8,0
63,5
5,0
69,0
5,0
75,0
8,0
70,0
76,0
72,0
74,0
75,0
70,0
Таблица 1.4 - Технологические параметры процесса агломерации
марганцевых концентратов на НЗФ_________ __________________
АМНВ-1 АМНВ-2 АМО
Агломерат
Содержание топлива в шихте, %
6,5
6,3
9-11
Высота слоя шихты, мм:
- до уплотнения
400
370
440
- после уплотнения
365
340
400
I Степень уплотнения шихты, %
8,7
8,8
10,5
Температура
зажигательного
122012201220горна, °С
1240
1240
1240
Температура
газогорелочного
устройства, °С :
- у первой горелки
110011001150- у пятой горелки
1115
1150
1200
650-700
650-700 700-750
Разряжение перед эксгаутером,
10,7810,7810,78кПа
11,76
11,76
11,76
Производительность, т/м2-ч
0,95
0,94
0,64
Содержание фракции 5-0 мм, %
7,37
7,56
10-12
Выход возврата, %
30
30
35
25
В таблице 1.5 приведен химический состав марганцевого
агломерата производства аглофабрики НЗФ.
СаО
Таблица 1.5 - Химический состав марганцевого агломерата
Марка
о
с
О«м
б1 О
ос
О*
сл
О
Щ
’с/э
2
<
Ни
АМНВ-1 49,6 19,3
АМНВ-2 43,4 23,5
29,7 16,3
АМО
2,8
3,4
6,4
2,3 2,6
2,6 3,7
2,1 3,0
1,3
2,0
1,7
0,12
0,20
0,17
0,3
0,3
0,3
0,13
0,20
0,12
1 о
0 “
о 9
0,20
0,24
1,8- 2,4
В результате расширения области использования вторичных
материалов, повышения содержания мелких некомкуемых фракции в
марганцевых концентратах, производительность агломашин НЗФ
снижалась на 10 %. Отрицательные воздействие перечисленных выше
факторов можно уменьшить путем улучшения качества подготовки
агломерационной шихты перед спеканием и оптимизацией ее состава.
Лабораторными и промышленными испытаниями на НЗФ
определены
условия,
обеспечивающие
более
равномерное
распределение компонентов шихты в процессе спекания, и
предложены оптимальные условия работы оборудования [82-87].
Днепропетровским металлургическим институтом (ДМетИ)
совместно с НЗФ, и институтом
«УкрНИИспецстапь» и
«Механоборчермет» проведены многочисленные исследования по
спеканию марганцеворудного сырья с металлоконцентратом и
некондиционной мелочью силикомарганца, позволившие разработать
надежную технологию агломерационного процесса [88-92]. Также
спеканию подвергались марганцевые концентраты II сорта
с
подшихтовкой 1,5-2 % некондиционной мелочи силикомарганца
(71 % Мп; 18,3% §1<Ш 0,3 % Р;). При этом содержание марганца в
агломерате возрастает на 2,3-3,5 %, механическая прочность на 1,8 %
по сравнению с обычным агломератом [91-95].
Вопросам окускования марганцевых руд месторождений России
посвящен ряд исследований [96-102]. В этих работах в основном
уделено внимание получению неофлюсованных марганцевых
агломератов из окисленных руд. Использование неофлюсованного
агломерата при плавке в электропечах требует ввода в шихту
значительного количества сырого известняка, что приводит к
повышенному расходу электроэнергии, низкому качеству продукции.
Применение офлюсованного агломерата интенсифицирует процесс
26
выплавки ферромарганца, снижает расход электроэнергии на 10-15 %,
кокса на 20-25 % без уменьшения степени извлечения марганца
[103,104].
При получении офлюсованного агломерата, в основном,
используют окисленные руды при содержании марганца более 40 %.
Однако, в последнее время наряду с добычей окисленных руд
возрастает доля добычи карбонатных. В составе марганцевых рул
Полуночного месторождения доля карбонатных руд составляет более
75 % [105]. Карбонатные руды требуют более сложной технологии
обогащения по сравнению с окисленными. В результате получают
концентрат крупностью менее 2 мм. Дальнейшая ее переработка
также требует окускования.
Офлюсованные
марганцевые
агломераты
подвержены
значительной разрушаемости в процессе хранения, транспортировки и
особенно при контакте с водой [99]. Отмечается три фактора,
влияющие на прочность агломерата: неусвоенная известь, инверсия
двукальциевого силиката и модификационные превращения растворов
оксидов кальция и марганца [105, 106].
Авторами работы [105] были исследованы два вида
концентратов, полученных из окисленных
и карбонатных
марганцевых
руд.
Опыты
проводили
на
лабораторной
агломерационной установке. В качестве флюса служил известняк
крупностью 0-3 мм, в качестве упрочняющих добавок — магнезит,
стронцийбариевая руда. После спекания агломераты подвергались
петрографическому исследованию [106].
Исследования показали, что неофлюсованный агломерат,
полученный из окисленной и карбонатной марганцевой руды
Полуночного месторождения, обладает механической прочностью
66,7-74,7 % и 8,1-9,7 % соответственно.
Химический
состав
марганцевых
руд
Полуночного
месторождения представлен в таблице 1.6.
В Грузии по агломерации марганцевых руд проводилось
множество
научно-исследовательских
работ.
По
проекту
ГрузГИПРОМЕЗ сооружена и введена в 1979 году в эксплуатацию
аглофабрика на Зестафонском заводе ферросплавов [107 - 110].
На ЗЗФ агломерационная фабрика оснащена агломашинами
площадью 75 м и отделением брикетирования. Разработаны и
внедрены в производство технологии спекания марганцевых
агломератов с использованием в шихте карбонатных марганцевых
никопольских и чиатурских концентратов, пыли и шлама аглофабрик
27
и плавильных цехов, а также других видов низкосортного и
вторичного марганецсодержащего сырья [ 111].
Таблица 1.6 - Химический состав марганцевых руд Полуночного
месторождения [85]____________________________________________
Содержание, %
Элементы
Зола коксика
Окисленная Карбонатна Известняк
(А=16 %)
я руда
руда
35,8
28,58
14,14
50,5
МпС>2
54,3
17,82
19,0
1,6
шш
2,11
0,80
27,0
2,45
А12Оз
0,49
5,09
8,75
6,16
Рвобш
53,5
2,54
4,46
СаО
1,7
0,35
0,12
0,02
5
1,0
0,54
0,43
0,03
0,8
Р20 5
1,44
0,7
МеО
1,08
1,7
42,37
8,17
26,01
п.п.п
Анализируя мировой опыт подготовки марганцевых руд к
металлургическому переделу, можно заключить, что за рубежом
широко распространены и успешно применяются различные методы
окускования марганцевых руд. Следует отметить, что за рубежом
мелкие продукты марганцевых руд на стадии подготовки к
металлургическому переделу подлежат обязательному окускованию,
так как фабрики окускования находятся непосредственно на
ферросплавных заводах.
Анализ работ по окускованию мелочи марганцевых руд (менее 10
мм) показывает, что наиболее эффективным способом подготовки
сырья является агломерация. При этом показана высокая
эффективность использования агломерата при выплавке марганцевых
сплавов. Причем отмечается, что разновидность руд и концентратов,
изменение их свойств в результате использования различных методов
обогащения, требует разработки оптимального режима агломерации
для каждого конкретного случая.
1.5 Использование мелочи марганцевых руд Казахстана
В Казахстане проведены многочисленные
исследования по
окускованию мелочи марганцевых руд. Так исследования в работе
[112]
по определению основных технологических параметров
агломерации были направлены на Жездинские (фракции 0-2 мм) и
Ушкатынские (фракции 0-2 мм и 0-10 мм) марганцевые концентраты
28
и руды. При спекании смесей этих руд были установлены основны е
технологические параметры: топлива - 4,6-5 %; влажности 7,6-7,8 %; вертикальная скорость спекания - 11,25-14,33 мм/мин;
выход годного агломерата — 75,8-81,4 %. При спекании мелочи
марганцевой руды месторождения Ушкатын 111 были получены
оптимальные параметры: высота слоя - 450 мм; топлива - 7,8-15 %;
влажность шихты - 9-10 %; вертикальная скорость спекания - 20,621,18 мм/мин; выход годного - 82,4-85,5 %. Полученные агломераты
имели следующий химический состав: марганца - 28,99 %:
железа - 9,28-9,86 %; кремнезема - 25,0-27,0 %.
Авторы работ [113] на АО «ИСПАТ-КАРМЕТ» спеканию
подвергали отсевы марганцевой руды месторождения Ушкатын III и
концентраты фракции 0-10 мм Жездинской обогатительной фабрики
на агломерационной установке с дальнейшим освоением технологии
на
агломерационной
машине.
Оптимальными
параметрами
исследований являются: возврат 15 %, топлива 8-10 % и влажности
9-10 %. Температура при спекании достигает 1230-1240 С,
производительность при этом 0,95-0,98 т/(м2 ч). Выход годного
агломерата 82-85 %, прочность полученного агломерата +5 мм
69,3-72 %, -0,5 мм 5,9-8,1 %.
В работе [114] как в лабораторных, так и в промышленных
условиях были проведены испытания по спеканию концентратов
Ушкатын III, Восточный Камыс, Есымжал, где были отработаны
оптимальные условия процесса агломерации. Агломерат отличался
хорошими механическими свойствами, марганцевые агломераты
полученные в промышленных условиях в дальнейшем позволили
выплавить стандартные марки силикомарганца на АО «Химпром». В
основном работы по агломерации марганцевых руд Казахстана
проведены в ХМИ им. Ж. Абишева [115]. Естественно эти данные
могут служить базой для поиска эффективных способов окускования
других руд, особенно руд месторождения «Тур», с которыми
исследования по агломерации не проводились.
Выполненные лабораторные и промышленные испытания в
работах [112-115] показали возможность производства качественного
марганцевого агломерата из руд Центрального Казахстана. Отсюда
следует,
что
в
Казахстане
необходимо
строительство
агломерационных фабрик непосредственно на заводах, как показывает
практика зарубежных предприятий и ферросплавных заводов стран
СНГ. По сведениям авторов [116] такое производство существует, и в
данное время ведутся подготовительные работы по запуску
29
агломерационного ц еха м ощ ностью 3 5 0 ты с.т аглом ерата (х р ом ов ого
и марганцевого) г, гол на А к суск ом зав оде ф ерросплавов.
В данной работе перед нами ставится задача получения
агломерата из мелочи марганцевой руды м естор ож ден и я «Т ур ». Руды
месторождения «Тур» существенно отличаю тся о т уш каты нских. так
как в них почти в два раза больше $102 (таблица 1.1). П реим ущ ество
способа окускования
агломерацией по ср ав н ен и ю с другим и
заключается в образовании кускового материала с пористой
структурой, что облегчает его п о с л е д у ю щ е е в осстан ов лен и е в печи.
При агломерации удаляются такие вредны е прим еси как сера,
происходиI частичное восстановление руды с и спол ьзован ием бол ее
дешевых гидов восстановителей и отсев ов кокса, обр азую щ и хся на
заводах и не находящих своего прим енения. Также при агломерации
можно использовать образующиеся асп ираци онн ы е пыли, пыли
газоочистных сооружений и другие отходы б е з предварительной
подготовки
необходимой для технологии брикетирования и
производства окатышей. Использование аглом ерата при пр ои зв одств е
ферросплавов
позволит
утилизировать
образовавш иеся
мелкодисперсные
отходы
прои зводства,
повысить
производи гельность электропечей* улучш ить восстанови гельный
процесс,
снизить расход электроэнергии, ум еньш ить р асход
восстановителей П оэтом у целью и сследований является пол учение
качестве м ч э м арганцевого агломерата из мелких фракции
месторождения
«Т ур *,
прел назначенного
дл я
выплавки
ферросиликомарганца. При проведении и сследований по п ол уч ен и ю
марганцерого агломерата необходимо
учиты вать легкоплавкость
марганцевой рулы Данное обстоя тел ь ств о тр ебует б о л е е детальн ого
изучения физико-химических п р оц ессов в р удах м естор ож ден и я
«Т' . и
; •■го м:»ерату рн ь условиях с примечен ием диаграммы
фазового строения с истемы Р еО -М п О -С аО -А Ь О г^ Ю г [1 1 7 ] с целью
оптики <м;ч< шлакового режима плавки силиком арганца.
Фншк'олимичсские
свойства
марганцевых
руд
претил значеиных дли яыпллвкн силикомарганца
При выплавке ферросиликомарганца в качестве ш ихтовы х
материалов используются марганцевые рулы и концентраты , кварцит,
восстановители и шлакообра *\ ющие присадки материалы,
содержащие СаО . М § 0 и другие ком поненты , обр а зу ю щ и е н аи бол ее
прочные химические ссели нем ия с оксидами — продуктам и реакции
восстановления.
Благодаря
мим
присадкам
вязкость
шлака
уменьшается
за
счет
разу порядочен ия
к р см неки слородн ы х
30
полимерных образований, снижается концентрация в металле вредных
примесей, а также обеспечивается
полное извлечение ведущего
элемента и повышение качества ферросплавов [117].
Поскольку формирующие шлаки находятся в довольно
ограниченной
области
составов,
характеризующихся
удовлетворительными транспортными свойствами, незначительные
изменения состава шлака или снижение температуры реакционной
зоны приводит к повышению вязкости шлака, затруднениям при
выпуске продуктов плавки, нарушениям режима работы электропечи.
В этих случаях, после нескольких суток непрерывной работы
наблюдается нарушение технологического режима плавки, что
связано с накоплением в ванне печи тугоплавкого шлака [9,117].
Регулирование шлакового режима плавки силикомарганца является
одним из актуальных направлений повышения извлечения ведущих
элементов, в первую очередь марганца, и сводится к двум аспектам:
термодинамическому - повышению активности закиси марганца, и
кинетическому — снижению структурночувствительных свойств вязкости и электропроводности шлака. Наиболее часто используемым
флюсующими
материалами
являются
известняк
и доломит
(СаСОз-М^СОз). О собенно применение доломита обеспечивает более
низкую вязкость шлака, при несколько меньшем количестве флюса
[9 ,4 3 ,1 1 7 ].
Решение
проблемы
переработки
высококремнистого
марганцевого сырья, в основном, направлено на поиски оптимального
шлакового режима, и оно почти не касается вопросов рудоподготовки
мелочи тех ж е высококремнистых руд. Причем, применение
различных флюсующих добавок оказывает положительное влияние на
свойства конечных шлаков, улучшая их физико-химические свойства,
тем самым, способствуя довосстановлению марганца и кремния из
оксидных расплавов. Для снижения энергетических затрат процесс
выплавки силикомарганца целесообразно вести на предварительно
подготовленном сырье, используя для этой цели материалы с
флюсующими добавками и измененным составом марганцевой руды с
минимальным содержанием легкоплавких соединений. Поэтому для
выбора оптимального состава агломерационной шихты с добавкой
флюсов необходимо провести анализ физико-химических свойств и
путей
оптимизации
состава
марганцеворудного
сырья,
предназначенных для выплавки ферросиликомарганца.
Известно, что при переработке руд по обычным технологиям на
силикомарганец
неизбежно
образование
легкоплавких
промежуточных, а в некоторых случаях - даже первичных шлаков,
31
дополнительно характеризуемых очень низкой вязкостью и высокой
электропроводностью.
Об этом
свидетельствуют обширные
исследования диаграмм фазового состава и состояния систем на
основе оксидов железа и марганца, сделанных в Химико­
металлургическом институте. В работе [43] представлены отдельные
результаты таких исследований, применительно к процессу плавки
силикомарганца, на базе которых авторами [43] были исследованы
свойства марганцевых руд и концентратов месторождения Тур и
выработаны соответствующие технологические рекомендации по
эффективной их переработке в большегрузных ферросплавных печах.
Термографические исследования данных проб на дериватографе
0-1500 до 1000 С показали, что дифференциально-термические
кривые для них характеризуются наличием двух основных эффектов в
интервалах 640-650 и 820-860 °С, что обусловлено превращениями
пиролюзита и разложением курнакита с образованием гаусманита
(Мп30 4).
Концентраты Тур (рисуноки 1.4, 1.5) по температурным
характеристикам (температуре размягчения и плавления) относятся к
категории очень легкоплавких.
Рисунок 1.4 - Последовательность превращения вторичных фаз в
расплавах системы РеО-МпО-СаО-А12Оз-8Ю2 силикомарганца по
[43,117]
Вызвано это тем, что по нормативному фазовому составу они
располагаются в области пентатопа№ 16 фазовой диаграммы системы
РеО-МпО-СаО-А12Оз-8Ю2,
особенно
ближе
к
тефроитовой
(2Мп08Ю 2). Известно, что данное соединение марганца легкоплавкое
и имеет очень высокую электропроводность. Поэтому процесс плавки
этих руд может сопровождаться образованием легкоплавких шлаков,
т.е. скорость образования шлаков
больше, чем скорость
32
восстановления марганца. Это приводит к расстройству хода печи,
если не предпринять специальных мер для предотвращения указанных
отрицательных факторов.
м2з
Рисунок
1.5 Магнезиальные
шлаки
силикомарганца
(диаграммы фазового состава системы М §0-Са0-А1 2 0з-8Ю 2) по
[43,117]
Согласно работам ХМИ о диаграммах фазового строения
системы РеО-МпО-СаО-А12 Оз-8Ю 2 видно, что руды, находящиеся по
составу в пентатопах № 15 и 16 (руды месторождения «Тур»
располагаются в пентатопе № 16), по мере восстановления из них
железа и марганца перемещаются в пространстве к областям смежных
пентатопов № 29, 23, 34 и 1.
Если эти перемещения осуществить в окрестностях плоскости
Мп2 ЗЮ4 (тефроит) - СаОА12Оз‘28Ю2 (анортит) - ЗЮ 2 (кремнезем),
тогда образующиеся при этом шлаки будут тугоплавкими, менее
электропроводными.
В
результате
можно
будет
избежать
вышеуказанных нежелательных явлений [43].
Для этого необходимо добавлять доломит при агломерации
мелких марганцевых руд. Это может обеспечить образование более
тугоплавких конечных шлаков. Но при этом следует выявить характер
изменения фазового состава агломератов и образующихся шлаков, и
соответственно их свойств в зависимости от количества доломита в
шихте с определением его оптимального количества. В связи с этим
на основе изучения влияния добавок доломита в состав аглошихты на
основе диаграмм состояний систем РеО-МпО-СаО-А12 Ог 5 Ю2 и МдОМп0-Са0-А1 2 0 3 -ЗЮ 2
необходимо
определить
оптимальное
количество оксида магния в шихте.
Отличительной особенностью казахстанских марганцевых руд
является их низкая температура плавления. Это обстоятельство
33
приводит к нарушению одного из основных принципов, высказанных
Хитриком С. И. [17, 78] при анализе влияния температуры
размягчения и плавления шихты, динамики изменения состава и
свойств первичных шлаков по ходу плавки на технико-экономические
показатели плавки: скорость восстановления компонентов из
первичных шлаков должна быть большей, чем скорость плавления
марганцевого сырья.
Практика переработки аналогичных руд по традиционной
технологии (на тридимит-кристаболитовых шлаках) происходит с
низкими технико-экономическими показателями, в основном, из-за
снижения степени восстановления марганца.
Для шлаковых процессов, к которым относится и процесс плавки
ферросиликомарганца, состав и свойства оксидных расплавов
оказывают решающее влияние на физико-химические основы
технологии и конечные результаты плавки.
Из
всех
видов
ферросплавов
шлаковый
режим
ферросиликомарганца наиболее сложен. Сложность эта обусловлена
самой спецификой процесса, где совмещены в одном агрегате
процессы
высокотемпературного
восстановления
кремния
и
относительно
низкотемпературного
восстановления
марганца,
особенно
из
высших
оксидов,
имеющих
различные
термодинамические условия восстановления. Это обстоятельство
вынуждает
поиск
компромиссных
вариантов,
при
котором
обеспечивается достаточная степень восстановления и марганца и
кремния, с учетом также экономической ситуации и, в первую
очередь, соотношения стоимости марганца и электроэнергии.
Например, при работе на высоких основностях имеет место
повышение степени восстановления марганца и рост кратности шлака,
приводящей к увеличению расхода электроэнергии.
Более
существенные
результаты
при
переработке
низкотемпературных казахстанских руд были достигнуты при
переходе на волластонит-анортитовые шлаки с использованием в
качестве глиноземсодержащих материалов высокозольных углей [7].
Высокое удельное электросопротивление углей положительно
отразилось на электрическом режиме плавки, обеспечив устойчивую
глубокую посадку электродов, что в конечном итоге положительно
отразилось на состоянии колошника, снизив отрицательное влияние
легкоплавкости шихты.
Однако, при переходе на волластонит-анортитовые шлаки,
увеличение содержания АЬОз приводит, наряду с ростом температуры
плавления, к увеличению вязкости шлаков.
34
В этой связи были испытаны волластоиит-анорти I- шопеидовыс
шлаки, регулируя составы и свойства расплавов изменением
содержания в шлаке М^О. Добавка М§ 0 приводит к образованию
л иапсид а. имеющего более простую структуру крсмиекислоролных
анионов, чем у анортита и. тем самым, способствует снижению
вязкости волластонит-анортитовых шлаков.
Руды месторождения «Западный Камыс» относя гея к катег ории
легкоплавких. Фазовый состав тяготеет к вершине тефроита
(МгъЗЮД что обусловливает, наряду с низкой Iем пера гурой
плавления, и повышенное значение электропроводное!и рулы, что для
электротермических
процессов
является
дополнительным
отрицательным фактором, влияющим на электрический режим
плавки.
Поэтому вопросы рациональной металлургической переработки
марганцевых руд месторождения «Западный Камыс» явл яю тся одной
из решаемых проблем, поставленных в данной работе.
Решение поставленной задачи включает: поиск и изучение
свойств высокозольных углей в качестве глиио зс мсод е ржа тих
материалов; экспериментальное испытание технологии производства
ферросиликомарганца на волластонит-анортит-диопсидовых шлаках с
определением оптимального содержания в нем М&0 и Л1:( Х
35
2
Физико-химические характеристики марганцевого сырья
месторождения «Тур»
2.1
Термические
исследования
марганцевых
руд
месторождения «Тур»
Металлургические свойства марганцевых руд различных
месторождений существенно отличаются и зависят от количества в
них марганца, параметров их структуры и химического состава,
соотношения в руде количеств оксидов марганца и железа, степени их
окисленности. Вмещающая порода представлена рядом компонентов,
от состава и количества которых также существенно зависят свойства
руды. Комплексный подход к анализу свойств руды позволяет
оценить в полной мере ее металлургические свойства, что важно при
освоении новых месторождений и использовании комбинации
различных руд при составлении шихты как для получения
агломерата, так и для выплавки марганцевых ферросплавов.
В связи с этим в работе были проведены исследования
термических превращений в изучаемых марганцевых рудах. Среди
физико-химических методов исследования термический анализ занял
одно из ведущих мест. Термический анализ (ТА) — метод
исследования физико-химических превращений, происходящих в
веществе, в условиях программированного изменения температуры.
ТА обнаруживает сам факт протекания процесса, температурный
интервал, в котором он происходит и его эндо- или экзотермический
характер. Основными методами ТА являются дифференциальный
термический анализ (ДТА) и термогравиметрия (ТГ, или ТС).
Сущность дифференциально-термического метода заключается в
следующем: если поместить исследуемый образец и эталонное
вещество, в котором не будет никаких изменений, в среду,
температура которой плавно изменяется, то при протекании в
исследуемом образце процессов, связанных с поглощением или
выделением тепловой энергии (фазовые превращения, химические
реакции), температура исследуемого образца будет отклоняться от
температуры эталона. Фиксируя эти отклонения, можно обнаружить
факт протекания эндо- или экзотермических процессов и определить
температурный интервал их протекания. При этом за один опыт
обнаруживаются все превращения, которые испытывает образец в
исследуемом температурном интервале, как в твердом состоянии, так
и при переходе в жидкое или газообразное состояние.
Дифференциально-термический
анализ
проводили
в
окислительной атмосфере воздуха на дериватографе системы
36
Ф.Паулик, И.Паулик, Л.Эрдей. Данное оборудование позволяет
фиксировать изменение веса (ТС) и разность изменения веса (ОТО)
образца относительно эталона, а также разность температур (ОТА)
между исследуемым и эталонным образцами при непрерывном
нагреве с заданной скоростью. Запись температурной и
дифференциальной кривых велась с применением платинаплатинородиевой термопары. Скорость нагрева составляла Н)
градусов в минуту, скорость протяжки ленты щ = 2мм/мин.
Чувствительность ОТА дериватографа составляла 0,5 мВ, р Щ - 1 ,0
мВ, ТС — 200-500мг. Образцы помещали в корундовый тигель
диаметром 10 и высотой 12 мм в порошкообразном виде.
Длительность экспериментов составляла 100 минут.
Интерпретация термических эффектов дана на использовании
имеющихся литературных данных и основании результатов
рентгенофазовых
исследований.
Во
многих
случаях
руководствовались
кроме
отдельных
публикаций
по
термоаналитической характеристике минералов сводными таблицами,
обобщающими эти данные [118-124].
Химический состав
исследуемых проб представлен в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Химический состав исследуемых проб
№
проб
1
2
3
Материал
Концентрат (10-40 мм)
Мелочь (0-5 мм)
Мелочь (0-10 мм)
МвО
РеО
МлО
СаО
А120 3
8Ю2
1,35
1,03
0,89
8,45 48,50
8,96 19,49
6,90 25,43
1,82
1,25
из
5,21
6,49
6,64
21,00
44,20
37,20
На дериватограмме марганцевого концентрата месторождения
«Тур» (рисунок 2.1) имеется четыре эндотермических эффекта,
свидетельствующих о протекании широкого ряда физико-химических
превращений. Первый эндотермический эффект при температуре 150
°С, соответствует потере гигроскопической влаги.
Удаление гидратной (конструкционной) влаги протекает в
интервале 200-425 °С и не имеет ярко выраженных ников. Суммарная
потеря влаги (гидратной и гигроскопической) составила 41 мг (2,2 %).
При температуре 620 °С проявляется сильный эндотермический
пиролюзитовый эффект образования (З-МП2О3 из р-пиролюзита
(Р-Мп02) [125-128].
37
Рисунок 2.1 - Дериватограмма марганцевого
концентрата месторождения Тур (вес навески 1860 мг)
кускового
Третий эндотермический эффект при температуре 830 °С
соответствует разложению полиперманганатов. При 980 °С
регистрируется курнакитовый эффект образования р-гаусманита
МП3О4 из р~Мп20з. Потеря веса при пиролюзитовом эффекте (по
кривой ТС при чувствительности 200 мг) составила 105 мг (5,65 %)
от начального веса, при полиперманганатовом - 162 мг (8,71 %), а при
курнакитовом эффекте 188 мг (10,11 %). Текущая убыль массы от
исходной пробы составляет 191 мг (10,27 %).
На рисунках 2.2, а и б приведены дериватограммы отсевов
марганцевой руды месторождения «Тур» крупностью 0-10 мм пробы
№ 1 и 2.
На данных дериватограммах зафиксирован ряд термических
эффектов свидетельствующих о сложном минеральном составе
мелочи марганцевой руды «Тур». Так удаление гигроскопической и
гидратной влаги плавно протекает до 450 °С с эндотермическим
эффектом при 150 °С. Незначительный эндотермический эффект
дегидратации гидрооксидов железа и марганца зафиксирован на
рисунке 2.2. а при 375 °С.
На дериватограммах отсевов марганцевых руд месторождения
«Тур» фракции 0-10 и 0-5 мм в интервале температур 540 - 635 °С,
помимо пиролюзитового эффекта, проявляется раздвоенный эффект,
вызванный наложением термических воздействий кристаллизации
псиломелана и разложения пиролюзита. Эндотермический эффект при
температуре 800 °С, зафиксированный на обоих дериватограммах,
соответствует разложению полиперманганатов. При 985-990 °С
регистрируется курнакитовый эффект образования Р-гаусманита из Р38
Мпг03. Полученные дернватограммы свидетельствуют о сложности
минерального состава марганцевой мелочи.
а - мелочь марганцевой руды месторождения Тур проба № 1 (навеска
1270 мг); б - мелочь марганцевой руды месторождения Тур проба № 2
(навеска 1410 мг)
Рисунок 2.2 - Дернватограммы отсевов марганцевой руды
месторождения «Тур»
Общая потеря веса в пробах 1 и 2 составила 99 мг (7,8 %) и 129
мг (9,15%) соответственно. Потеря веса при пиролюзитовом эффекте
от начального веса составила 81 мг (6,38 %) и 90 мг (6,38 %), при
полиперманганатовом - 91,5 мг (7,2 %) и 112 мг (7,94 %), а при
курнакитовом эффекте текущая убыль веса составила 98 мг (7,72 %) и
39
127 мг (9,0 %). Некоторые отличия связаны с неравномерным
распределением минералов исходной пробы по фракциям: +10 мм,
0-10 мм, 0-5 мм.
Результаты рентгенофазового анализа подтвердили данные,
полученные дифференциально-термическим анализом, так на
рентгенограммах кусковой марганцевой руды месторождения «Тур»
(рисунок 2.3) фиксируются пики соответствующие присутствию
вернадита, пиролюзита и в небольших количествах браунита и
гематита. Пустая порода практически полностью
представлена
кварцем.
Рисунок 2.3 - Рентгенограмма кусковой марганцевой руды
месторождения «Тур»
Согласно данным рентгенофазового анализа пробы руды, уже
прошедшие
термическую
обработку
на стадии
проведения
дифференциально-термического анализа (ДТА), явно заметно, что
высшие оксиды марганца продиссоциировали с образованием
гаусманига и браунита (рисунок 2.4).
Рентгенограмма мелочи марганцевой руды месторождения «Тур»
крупностью 0-10 мм приведена на рисунке 2.5. Согласно данным
рентгенограммы мелочь насыщена компонентами пустой породы:
кварцем, каолинитом и кварцитом. Рудные минералы представлены
пиролюзитом, гематитом и небольшими количествами браунита.
Полученные результаты свидетельствуют о том. что в случае
агломерации мелочи марганцевой руды месторождения «Тур», где
процессы начала оплавления и образования, склеивающих различные
частицы между собой полурасплавленные вещества (связки),
о
начинают развиваться после 1000 С. Эти процессы происходят из-за
40
взаимодействия гаусманита и браунита с кварцем, каолинитом,
кварцитом, а также гематитом.
Рисунок 2.4 - Рентгенограмма кусковой марганцевой руды
месторождения «Тур» после ДТА (после термической обработки)
о
|,Э4в
«
40
К
32
58
24
20
I?
О
■ - каолинит; 0-км рц; к-кварцит; о-пнролюзит; у-гсматит; х-брпунит
Рисунок 2.5 - Рентгенограмма мелочи марганцевой руды
месторождения «Тур» (мелочь руды фракции 0-10 мм)
41
2.2
Определение кинетических
параметров
фазовых
превращений в марганцевых рудах
месторождения
«Тур»
методом неизотермической кинетики
Одной из сложных задач химической кинетики является расчет
энергии активации. Подобные исследования весьма трудоемки и
требуют высокой точности эксперимента. В последнее время для этих
целей начинают все шире применять косвенные методы. В частности
для
исследования
кинетики
восстановления
используют
термогравиметрический метод, осуществляемый в неизотермических
условиях [122 -1 2 4 ].
Основными преимуществами неизотермического метода (в
сравнении с изотермическим методом) является, что для расчета
кинетических
параметров
необходимо
гораздо
меньше
экспериментальных данных и кинетические параметры можно
рассчитывать непосредственно для всего температурного интервала.
Одним из недостатков неизотермического метода является сложность
аппаратного оформления, а также расчета кинетических параметров
процесса.
В изотермических методах проводится изучение скорости
превращений в зависимости от времени при нескольких постоянных
значениях температуры (не менее трех), а объектом анализа является
получаемая после обработки первичных данных величина, так
называемая степень превращения (а). Для заданного значения
времени (т*) при различных температурах, строятся графики а=Д1/Т)
для Щ Из графиков получают данные об энергии активации для т, и
судят изменяется или нет Еш от времени.
Если придерживаться этой методики, то для каждого фазового
превращения, наблюдаемого на дериватограммах (рису нок 2. 1-22 ), а
их не менее четырех, мы должны провести как минимум по три
эксперимента (в начале пика, в середине и в конце) при трех
температурах с тремя пробами одного и того же материала.
Естественно, это очень трудоемкая задача. К тому же на стадиях
изучения последующих процессов, на результаты накладываются
энергетика предыдущих эффектов (превращений). Таким образом, в
изотермическом методе процесс изучается в зависимости от одного
фактора (сначала от времени при постоянной температуре, а далее эти
данные обрабатываются с получением зависимостей от температуры
при заданном времени). А сам изучаемый процесс состоять в
большинстве случаев из нескольких превращений.
В неизотермическом процессе все наоборот. Изучается
конкретное фазовое превращение (первый, второй пики в
42
отдельности). Но этот процесс двухфакторный: одновременно
меняется и температура и время. Но они между собой аналитически
связаны через скорость нагрева, т.е. 10 град/мин в нашем случае. Это
как раз учитывается в матаппарате этого метода.
В представленном разделе приведены результаты определения
кажущейся энергии активации фазовых превращений, протекающих в
марганцевой руде при обжиге. Для определения кажущейся энергии
активации
процессов
диссоциации
применялась
методика,
предложенная Г.О. Пилояном [125, 126].
Рассматриваемые процессы диссоциации относятся к реакциям
типа А п = Вте + Сгаз (или Вта-Д тв). Подобные реакции с достаточной
точностью могут быть описаны известным кинетическим уравнением:
( 2 . 1)
ат
где а
степень
превращения
исходного
(безразмерная велиина);
п - порядок реакции (безразмерная велиина);
Е - энергия активации (кДж/моль).
Принимая,
что
в
первом
вещества
приближении
А(~А5—
после
Ат
логарифмирования, для значений а < 0,5 уравнение (2.1) имеет вид
1пД/ = С — — ,
(2 .2 )
ЯТ
где А( - отклонение кривой ДТА от базисной кривой,
измеряется непосредственно по кривой ДГА в единицах длины (мм)
[125, 126];
§ - площадь термического эффекта.
Для получения точных результатов по применяемой методике
необходимо соблюдение следующих условий:
1) кривая ДТА после рассматриваемого эффекта должна
выходить на базисную линию, поэтому необходимо точно определять
температуры начала и завершения термических эффектов;
2) недопустимо наложение на рассчитываемый эффект других
эффектов;
43
3 ) расчет у « эндотермических эффектов необходимо проводить
по начальной ветви эффекта на участке, отвечающем а < 0,4-0,5.
Первая производная, взятая от кривой ДТА, значительно
усиливает небольшие изменения в наклоне кривой ДТА, давая тем
самым возможность более точно установить положение базисной
линии, а также начало и завершение фазовых превращений.
Результаты
определения
кажущейся
энергии
активации
эндотермических реакций по дериватографическим данным для
исследованных материалов сведены в таблицу 2.2. Уравнения
линеаризации и коэффициенты регрессии приведены в таблице 2.3.
Таблица
2.2
Значения
кажущейся
энергии
активации
эндотермических .■ффектов на дериватограмчах марганцевых руд
950575Температурный [ 23.450
750-925
1000
675
интервал. °С I______ _____
Кусковая I
Энергия
201,38
143,35
руда
ак шпации.
6,15 I 167,43
I «Тур» |
кДж моль
Достоверность
0,94
0,94
0,96
0,96
аппроксимации
500Температурный
700-925 925-1000
25-500
700
интервал,°С
Смесь
Энергия
кусковой
158,00
6.40
75,52
106,63
активации,
руды
кДжмоль
«Тур» +
агломерат
Достоверность
0,99
0,97
0.92
0,96
ал мс» жсимации
475Температурный | 2 5 . 4 7 3
700-925 925-1000
575
интервал. “С
Энергия
Мелочь
275,9
72,01
активации,
5,31
58,19
руды
кДж моль
«Т у р »
Д ос; . верность
0,97
0,96
0.93 [ 0,91
I аиир' ч ей чаи и и
Вычисленные из данных дифференциально-термического анализа
значения кажущейся шергии ак (икании, реакции диссоциации
оксидон и гидрооксилов марганца удовлетвори тел ыю согласуются с
литературными данными (таблица 2.2-2.3). Некоторые расхождения в
значениях энергии активации объясняются главным образом
44
влиянием экспериментальных факторов на процесс термической
диссоциации и примесных компонентов в превращающемся минерале.
Таблица 2.3 - Уравнения линеаризации и коэффициенты регрессии
Е„кг
Наименование
Уравнения
(кДж/м
К
цор.
материала
оль)
0,938
6,13
У25-4М=-0,835-Х+3,3498
0,937 167,43
У575-675—22,779-Х+26,964
Кусковая руда «Тур»
0,959 143,35
У750-925—19,503 Х+19,136
У950-1000—27,401-Х+22,806
0,959 201,38
У25-475=-0,7235 Х+3,0989
0,96
5,31
0,932 100,06
У475-575=-13,614 Х+17,776
Мелочь руды «Тур»
0,913 72,01
У7оо-925=-9,8011 Х+10,08
У925-1«ю—37,544-Х+30,719
0,969 275,91
0,967 40,05
Уз75=-5,4496Х+8,6231
У5бо=-8,2251 Х+11,319
0,987 60,45
0,971 1_ 182,50
Энергия активации У„о=-24,832Х+27,456
ДТА «Тур»
У8оо=-12,265 Х+12,282
0,973! 90,14
У„7о=-26,876Х+24,64
0,983 197,53
0,977 263,30
.
У,7о=-35,826Х+29,886
23 Анализ составов марганцевых руд и шихт для
производства агломерата с позиции диаграмм фазового строения
марганецсодержащих систем
Известно, что при переработке марганцевых руд Казахстана но
обычным технологиям на силикомарганец неизбежна возможность
образования легкоплавких промежуточных, а в некоторых случаях даже первичных шлаков, дополнительно характеризуемых очень
низкой вязкостью и высокой электропроводностью [127,128]. Об этом
свидетельствуют обширные исследования диаграмм фазового состава
и состояния многокомпонентных систем на основе оксидов железа и
марганца, проведенные в Химико-металлургическом институте.
Диаграммы фазового строения систем РеО-МпО-СаО-А120з-5Ю2 и
М§0-Мп0-Са0-А120з-ЗЮ2 были достаточно изучены ранее и
подробно описаны в работах [127-129]. Далее по тексту приводятся
сокращенные обозначения оксидов: 8-8Ю2; А-А120 3; С-СаО; М-МпО;
Р-РеО; Мц-М^О. Причем первую диаграмму предпочтительней
использовать для характеристики непосредственно марганцевых руд и
концентратов, а также первичных шлаков производства марганцевых
сплавов, а вторую для описания фазовых составов конечных шлаков.
45
На базе диаграмм фазового строения указанных выше систем по
[127, 128], были рассчитаны нормативные фазовые составы
марганцевых руд и концентратов различных месторождений,
химические составы которых представлен в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Химический состав марганцевых руд и концентратов
РеО Г МпО
ЩО
СаО
Материал
10,84 1 52,31
Ушкатын-III
1,69
окисленная
0,73
12,77
Ушкатын-III первичная 1 1,35 ; 6,34 ] 49,14
Восточный Камыс
: 0,88 [ 3.08 | 48,41
1,69
Марганцевая рула месторождения «Тур»
5,57
Руда кусковая 10-150
53,70
1,65
мм
0.67
Руда кусковая 4 0 -1 5 0
53,01
2,30
7,11
1,89
мм
Руда кусковая 10-40 мм
8.44
48,58
1,86
1,33
Руда мелкая 0 -5 мм
1,05
8.96
19,49
1,25
Руда мелкая 0 -1 0 мм
0 ,8 8
6,90
25,43
1.33
АЬОз
4,66
8 Ю2
10,06
и з
3,12
12,63
22.10
5,14
17,80
5,66
18,17
5,22
6,49
6,64
21,30
44.20
37ДО |
Для использования результатов термодинамически-диаграммного
анализа применительно к изучаемому сырью, прежде всего,
необходимо найти те элементарные пентатопы, в которых образуются
первичные шлаки, и выяснить направление изменения их составов по
мере добавления различных флюсующих добавок.
Затем, ориентируясь на расположение этих руд в том или ином
пентатопе, а также на нормативное распределение их основных
компонентов
между
соединениями
(вторичными
фазами),
находящимися на вершинах данного пентатопа, можно дать
металлургическую оценку руд и шихт на их основе. Для этого
вещественные составы отдельных сортов марганцевого сырья
Казахстана были пересчитаны на пять оксидов системы Р-М-С-А-5.
после чего были определены положения их в факторном пространстве
этой системы с вычислением нормативного количества вторичных фаз
в соответствующих пентатопах.
Результаты расчетов представлены в таблице 2.5, на базе которых
нами были исследованы свойства марганцевых руд и концентратов
месторождения «Тур» в сравнении с различными месторождениями
Казахстана и
выработаны
соответствующие
технологические
рекомендации по эффективной их подготовке к металлургическому
передел) на стадии их окускования методом агломерации.
46
При этом оказалось, что практически все марганцевые руды,
включая также высококремнеземистые, карбонатные концентраты и
руды, по химическому составу располагаются в пен гатопах № № 12; 15
системы Р-М-С-А-3. Следовательно, характеристики этих материалов
и свойства первичных шлаков при агломерации определяются
особенностями последних. Если разбить указанные материалы по
сортам, то высокоосновные марганцевые руды и концентраты
(например, Ушкатын-Ш первичная), как правило, попадают но
составу в пентатоп № 15 (таблица 2.5), аналитические выражения
вторичных фаз которого имеют следующий вид:
Р 1 Р0
С2А 8 = 2,688А0
М = Мо-2,3673о + 1,269С0
(2.3)
С23 =-1,688А0 + 1,536С<,
М25 = 3 ,3 6 7 5 0 - 1,805С0.
При этом благодаря присутствию СаО большая часть ЗЮ2
связывается с ним и доля манганозита в них начинает расти (таблица
2.5).
Аналогично можно рассмотреть поведение марганцевого сырья,
располагаемого в пентатопе № 12. Как следует из выражений (2.3), в
результате ухудшения качества материала (снижения содержания
марганца и роста содержания кремнезема и глинозема) состав его
перемещается от пентатоп^№ 15 в пространство систем Р-М-С-А-5 и
сырье окажется в пентатопе № 12 (появляется вершина С Л 3 2)
(таблица 2.5).
Нормативные количества вторичных фаз в вычисляются по
выражениям:
Р = Р0 , СА$2 » 5,43Ао-4,94Со,
Мп * -2 ,3 6 7 5 * - 0 ,6 9 6 А* -г 6,358С0-*-Мп0,
МЛ = 1,696Ао - 3,097С0,
М23 - 3,3678о - 7,236Ао,
Качественные
руды
по
составу
манганозитовой вершине пентатопа №
значительная часть закиси марганца в
свободном состоянии (таблица 2.5). Этим
восстановимость таких материалов.
(2.4)
сильно
смещены
к
12. вследствие этого
расплавах находится в
и объясняется лучшая
Таблица 2.5 - Вещественные и нормативные фазовые состояния марганцевых руд и концентратов на базе
системы РеО-К/
№
цент
Уш катын-Ш
окисленная
Ушкатын-Ш
первичная
Восточный
Камыс
Руда «Тур»
Руда кусковая
10-150 мм
Руда кусковая
10-150 мм
Руда кусковая
40-150 мм
Руда кусковая
10-40 мм
Отсев руды 0-5
мм
Отсев руды 01 0 мм
1 2
Вещественный состав, %
РеО
МпО
СаО
А12 0
13,62 65,75
5,86
2 ,1 2
3
8
Нормативный фазовый состав, %
Юг С А 82 Мп2§
>
Материал
12,64 10,54 27,23
Р
М
13,62 45,22
МА
С 2 А5 С25 СМ8
5
Р*>8 1
3,37
4
1
4,03
15
7,72
59,85 15,55
1,50
15,38
7,72
43,20
1 2
3,93
61,75
2,16
3,98
28,19 10,72 79,31
3,93
5,96
0,07
1 2
6,64
64,04
1,97
6,13
21,23
9,79
57,23
6,64
22,04
4,30
12
7,10
67,04
0,70
5,69
19,47
3,47
60,52
7,10
21,42
7,48
12
8,24
61,46
2,67
6,56
21,07
13,27 51,63
8,24
23,98
2,87
12
9,88
56,89
2,18
6 ,1 1
24,94
10,84 68,22
9,88
7,44
3,62
3
11,15 24,25
1,55
8,07
54,98
7,74
18,95 25,41
3
8,91
32,81
1,72
8,57
48,00
8,54
30,54 26,38
1,23 43,82
32,12 15,79
21,93 12,62
*
С другой стороны из положения состава последних в пентатопе
следует, что они должны быть тугоплавкими.
Согласно [130] качественные руды (более 45 % Мп) начинают
плавиться при 1590-1650 К и имеют температуру ликвидус 1780-1890
К, что гораздо выше температуры начала восстановления Мп
углеродом (1461 К), что соответствует данным таблицы 2.5.
Следовательно, указанные обстоятельства, как в термодинамическом,
так и в кинетическом отношениях благоприятствую!' восстановлению
марганца при выплавке силикомарганца.
Концентраты из руд месторождения «Тур» и «Восточный Камыс»
по составу располагаясь в пентатопе № 12 тяготеют к вершине
легкоплавкого (1618 К) тефроита (Мг$) (таблица 2.5). Указанный
сдвиг состава руд вызывает снижение температуры плавления руд,
уменьшение свободного манганозита в расплавах и увеличение доли
силикатов марганца. Все это непосредственно отражается на
показателях плавки силикомарганца при использовании этих
материалов.
Концентраты «Тур» по температурным характеристикам
(температуре размягчения и плавления) относятся к категории очень
легкоплавких [127]. Особенно это касается отсевов марганцевых руд
месторождения «Тур» фракций 0-5 и 0-10 мм, характеризующихся
высоким содержанием кремнезема и соответственно низким
содержанием марганца. Вызвано это тем, что по нормативному
фазовому составу они располагаются в области Пентагона № 3
фазовой диаграммы системы Р-М-С-А-3, ближе к каннодс тефроита
(2Мп08Ю г), имеющий низкую температуру плавления (1ПЛ=1345 °С) и
высокую электропроводность, а также еще более легкоплавкого
спессартита М3А83 (1^=1205 °С). Поэтому ожидается, что процесс
плавки этих руд может сопровождаться образованием очень
легкоплавких шлаков, что приведет к опережению процесса
образования жидкого шлака над процессами восстановления
марганца. Это приведет к расстройству хода печи, если не
предпринять
специальных
мер
для
предотвращения
этих
отрицательных факторов. Именно это обстоятельство не позволяет в
настоящее время поднять мощность печей в цехе № 1 АксЗФ, где все
печи работают примерно на 60 % номинальной мощности печных
трансформ аторов.
Для нейтрализации этих отрицательных факторов и подбора
оптимальных составов шихт для выплавки силикомарганца в работах
Байсанова С.О. и Толымбекова М.Ж. [128, 129] предлагается
переместить составы шихт, к плоскостям тефроит-анортит-гслснит,
49
тефроит-анортит-кремнезем, указанных систем. При образовании
высокоглиноземистых шлаков анортитового состава они получаются
вязкими, но посредством добавки магнезии можно сместить состав
конечного шлака в сторону диопсида СаО М §025Ю 2, чтобы добиться
желаемых вязкостных свойств шлаков.
Отсюда следует, что при создании технологии агломерации
марганцевого сырья месторождения «Тур» необходимо учитывать эти
факторы и отыскать оптимальный уровень присадки магнезии
(таблица 2.6).
При
разработке
оптимальной
технологии
агломерации
высокремнистых марганцевых руд месторождения «Тур», для
обеспечения эффективных параметров плавки требуется, прежде
всего, увеличить температуру плавления окускованного сырья, а для
получения прочного агломерата достаточного количества связующей
жидкой фазы, чего можно добиться поиском требуемого уровня
расхода топлива.
Таблица 2.6 — Изменение химического состава аглошихты на основе
марганцевой Iруды
«Тур»
от 0 -1 5 % (расчетный)
^
* » - с вводом
•
•доломита
■
м
/ .
Химический состав аглошихты
Количество
доломита в
М §0
РеО
МпО
СаО
А^Оз 1 §102
Сумма
шихте, %
6,64
0
0,88
6,90
25,43
1,33
37,20
78,39
1
1,09
6,84
25,18
1,61
6,58
36,83
78,13
2
1,29
6,78
24,92
1,90
6,53
36,46
77,88
3
1,50
6,72
24,67
2,18
6,47
36,10
77,63
4
24,41
1,70
6,66
2,46
6,41
77,37
35,73
5
6,59
2,74
24,16
6,36
35,36
77,12
1,91
2,11
6
6,53
23,91
3,03
6,30
34,99
76,87
7
2,32
6,47
23,65
3,31
6,25
34,62
76,62
6,41
23,40
8
2,52
3,59
6,19
34,26
76,36
23,14
3,87
9
2,73
6,35
6,13
33,89
76,11
6,28
22,89
10
2,93
4.16
6,08
33,52
75,86
11
3,14
4,44
6,22
22,63
6,02
33,15
75,60
12
3,34
6,16
22,38
4,72
5,96
32,78
75,35
3,55
6,10
22,12
13
5,01
5,91
32,42
75,10
14
21,87
3,75
6,04
5,29
5,85
32,05
74,85
15
3,96
5,97
21,62
5,57
5,79
31,68
74,59
Для
повышения
температуры
плавления
окускованных
материалов традиционно используются оксид магния, в виде
50
доломита. Однако при этом необходимо учитывать влияние добавок
доломита на вязкость шлака, дополнительный расход электроэнергии
на разложение карбонатов и количество образующихся жидких фаз
для получения прочного спека.
Для поиска оптимальных расходов доломита обеспечивающих
благоприятные условия получения агломерата и его дальнейшей
переработки проведен анализ влияния добавок доломита в состав
аглошихты на изменение химического (таблица 2.6) и фазового
состава агломерата на основе диаграммы фазового строения системы
М&-М-С-А-5 (таблица 2.7).
Исследование фазообразования в процессе агломерации
марганцевых руд месторождения «Тур» при вводе в состав аглошихты
доломита с позиции термодинамически-диаграмммого анализа
системы М^-М-С-А-8 показывает, что фазовый состав веществ
изменяется в определенной последовательности с заходом в тот или
иной пентатоп в зависимости от полноты взаимодействия доломита и
марганцевой руды. Зная начальное расположение в пространстве
системы М§-М-С-А-8 исходных материалов (марганцевой рулы и
доломита) нетрудно проследить динамику изменения фазовых
равновесий в составе аглошихты, протекающих в процессе спекания
при агломерации (рисунок 2.6).
ПЕНТЛТОПЫ
4
3
100
90
1
80
I
70
|
|
в
0
60
50
40
1 2030
10
0
0
3
6
9
12
15
Содержав не долом ита, %
Рисунок 2.6 - Динамика изменения фазовых равновесий в
составе агломерата при вводе в состав аглошихты доломита
51
Таблица 2.7 — Изменение вещественного и нормативного фазового состояния состава аглошихты на основе
марганцевой руды месторождения «Тур» фракции 0-10 мм с вводом доломита от 0-15 % на базе системы М^ОМпО-СаОА12Ог5*С>2 ________________ '
________
■“
Количество
доломита в
шихте, %
Вещественный состав, %
№
цент.
м§о
МпО
СаО
А120 з
Нормативный фазовый состав, %
8
Ю2
СМ$5
СА 8
2
М2 8
М3 А8
3
8
М& 2 8
2
0
4
1,23
35,58
1,86
9,29
52,04
9,41
33,25
28,43
26,82
2,09
1
4
1,52
35,32
2,26
9,23
51,66
11,39
35,27
24,43
26,30
2,61
2
4
1.81
35,05
2,67
9,18
51,29
13,37
36,99
20,91
25,59
3,14
3
4
2,11
34,79
3,07
9,13
50,91
15,35
39,16
16,91
24,92
3,66
4
4
2,41
34,52
3,48
9,07
50,52
17,33
40,88
13,39
24,21
4,19
5
4
2,70
34,26
3,89
9,02
50,14
19,31
43,05
9,39
23,54
4,71
6
4
3,00
33,99
4,30
8,96
49,75
21,29
44,77
5,87
22,83
5,24
7
4
здо
33,72
4,72
8,90
49,36
23,27
46,80
1,86
22,31
5,76
8
3
3,60
33,45
5,13
8,85
48,97
0,72
24,32
47,51
21,40
6,05
9
3
3,91
33,17
5,55
8,79
48,58
2,48
24,04
47,23
20,25
6,00
10
3
4,21
32,90
5,98
8,73
48,18
4,63
23,77
46,80
18,97
5,83
11
3
4,52
32,62
6,40
8,68
47,78
6,17
23,77
46,37
17,84
5,85
12
3
4,83
32,34
6,83
8,62
47,38
7,93
23,50
49,09
16,68
5,80
13
3
5,14
32,06
7,25
8,56
46,98
9,47
23,50
45,66
15,54
5,83
14
3
5,45
31,78
7,68
8,50
46,57
11,62
23,22
45,24
14,27
5,65
15
3
5,77
31,50
8,12
8,44
46,17
13,37
22,95
44,81
13,09
5,78
Как видно из рисунка 2.6, по мере взаимодействия марганцевой
руды с доломитом в составе аглошихты происходи! образование
новых фаз по следующим реакциям:
5 + С + 2М 3 А83 = ЗМ25 + 2СА32,
С + Мё + 2М 3 А83 = СМе $ 2 + ЗМ25 +
2Ме + 8 = М& 8 ,
С + М§ + 23 = СМё32,
(2.5)
8
( 2.6)
(2.7)
( 2.8)
Добавка доломита приводит к образованию более тугоплавких
соединений. Наиболее легкоплавкое соединение в системе спессартит
({„„=1205 °С) и свободный кремнезем, присутствующий в отсевах
марганцевых руд при взаимодействии с доломитом будут
образовывать более тугоплавкие соединения форстерита М§23
((„=1860 °С) и диопсида СМ32 (!пя=1391,5 °С) по реакциям (2.5) и
(2.8). В результате при добавлении доломита в состав аглошихты
более 8 % приводит к переходу состава агломерата из Пентагона № 4
(МзАЗз-САЗгМгЗ-М&З-З) вдентатоп № 3 (СМ32 -СА32 -М2 3-М82 3-3),
в котором отсутствует спессартит М3 АЗ 3 .
Таким образом, введение в состав аглошихты более 8 %
доломита полностью выводит из его состава наиболее легкоплавкое
соединение спессартит, что должно привести к повышению
температуры плавления агломерата. Однако, образование в
значительных количествах (до 40>50 % масс.) легкоплавкого тефроита
М2 З ((„л-1345 °С) по реакциям (2.5) и (2.6) может привести наоборот к
снижению температуры плавления получаемого агломерата. Поэтому
нами был проведен анализ влияния ввода доломита в состав
аглошихты на ее температуру плавления, которая рассчитывалась
аддитивно исходя из фазового состава аглошихты приведенного в
таблице 2.7. Хотя результаты расчетов, приведенные на рисунке 2.7,
носят весьма приближенный характер и не отражают истинную
картину всех процессов протекающих при плавлении, но в первом
приближении могут быть использованы для оценки направления
изменения характеристик исследуемых материалов при изменении их
состава.
Таким образом, высказанные на основе термодинамическидиаграммного анализа предположения о повышении температуры
плавления аглошихты при введении в его состав доломита
53
подтверждаются. Ввод доломита до 8% приводит к повышению
температуры плавления, дальнейшее повышение количества доломита
может привести к снижению температуры плавления. Проведенное
теоретическое исследование по установлению фазовых равновесий в
системе М§0-Мп0-Са0-А120з-8Ю2 показало, что при агломерации
марганцевых руд с добавками доломита по мере протекания процесса
высокотемпературного спекания происходит образование более
тугоплавких соединений форстерита М§28 (1ш,=1860 °С) и диопсида
СМ52(1пл=1391,5 °С).
Таким образом, выявленный с позиции построенных в работах
[128,129] диаграмм, характер изменения расчетного фазового состава
шихтовых материалов, указывает пути устранения нежелательных для
рудной электротермии марганца факторов на стадии подготовки руд
методом агломерации.
1га-°С 1520 -]
Количество доломита. %
Рисунок 2.7- Влияние количества добавки доломита в состав
аглошихты на температу ру плавления агломерата
Выводы
1.
Проведенные, с целью моделирования поведения марганцевы
руд месторождения «Тур» различного фракционного состава в
процессе
агломерации
и
выплавки
силикомарганца,
дериватографические исследования показали последовательность
изменения состава руд в процессе их нагревания. В кусковых рудах
при температуре 620 °С проявляется сильный эндотермический
пиролюзитовый эффект образования Р-Мп20 з из (^-пиролюзита ф Мп02). При температуре 830 °С наблюдаемый пик соответствует
разложению полиперманганатов. При 980 °С регистрируется
54
курнакитовый эффект образования Р-гаусманита из |3-Мп20}. На
дериватограммах отсевов марганцевых руд месторождения «Тур»
фракции 0-10 и 0-5 мм в интервале температур 540 - 635 °С, помимо
пиролюзитового эффекта, проявляется раздвоенный эффект,
вызванный наложением термических воздействий кристаллизации
псиломелана и разложения пиролюзита Эндотермический эффект при
температуре 800 °С зафиксированный на обоих дери ватограм мах
соответствует разложению полиперманганатов. При 985-990 °С
регистрируется курнакитовый эффект образования р-гаусманита из рМп’Оэ. Полученные дериватограммы свидетельствуют о сложности
минерального состава марганцевой мелочи.
2. Результаты рентгенофазового анализа подтвердили данные,
полученные дифференциально-термическим анализом. Так, на
рентгенограммах кусковой марганцевой руды месторождения «Тур»
фиксируются пики соответствующие присутствию вернадита,
пиролюзита и в небольших количествах браунита и гематита. Пустая
порода практически полностью представлена кварцем. Согласно
данным рентгенофазового анализа в результате термической
обработки высшие оксиды марганца продиссоциировали с
образованием гаусманита и браунита. Рентгенограмма мелочи
марганцевой руды указывает на то, что она насыщена компонентами
пустой породы: кварцем, каолинитом и кварцитом. Рудные минералы
представлены пиролюзитом, гематитом и небольшим количеством
браунита.
3. Результаты определения кажущейся энергии активации
эндотермических реакций по дериватографическим данным для
исследованных материалов удовлетворительно согласуются с
литературными данными. Некоторые расхождения в значениях
энергии активации объясняются главным образом влиянием
экспериментальных факторов на процесс термической диссоциации.
4. Исследование фазообразования в процессе агломерации
марганцевых руд месторождения «Тур» при вводе в состав аглошихты
доломита с позиции термодинамически-диаграммного анализа
системы М§-М-С-А-8 показывает, что фазовый состав веществ
изменяется в определенной последовательности с переходом в гот или
иной пентатоп, в зависимости от полноты взаимодействия доломита и
марганцевой руды. Показана, что добавка в аглошихту доломита
приводит к образованию тугоплавких соединений в результате
взаимодействия
последнего с легкоплавкими
марганцевыми
соединениями. Наиболее легкоплавкое соединение в системе
спессартит (1ПЯ=1205 °С), присутствовавший в отсевах марганцевых
55
РУД» при взаимодействии с доломитом будет образовывать более
тугоплавкие соединения форстерита М&8 (1„л=1860 °С) и диопсида
СМ 32 (!пя=1391,5 °С) п о реакциям (2.3) и (2.4). В результате,
добавление доломита в состав аглошихты более 8,4 % приводит к
переходу состава агломерата из пентатопа № 4 (М1А5з-СА8г М28М§28-3) в пентатоп № 3 (СМЗг-САЗг-МгЗ-М&З-З), в котором
отсутствует спессартит М 3А 83. Таким образом, выявленная
термодииамически-диаграммным анализом диаграмма фазового
строения, рассмотренной системы указывает пути устранения
некоторых нежелательных для рудной электротермии марганца
факторов на стадии подготовки руд методом агломерации.
6. Установлена динамика изменения фазовых равновесий в
составе аглошихты в процессе спекания, протекающая с образованием
промежуточных фаз: форстерита М &З и диопсида СМЗг- Проведена
оценка влияния оксида магния на физико-химические свойства и
фазовый состав получаемых агломератов и выявлен оптимальный
уровень расхода доломита в количестве 8,4 % для месторождения
«Тур».
56
3
Разработка технологии агломерации марганцевых руд
месторождении «Тур»
3.1
Описание опытной агломерационной установки
методика исследования процесса спекания мелочи марганцевой
руды месторождения «Тур»
Для спекания мелкой фракции марганцевой руды месторождения
«Тур» была использована лабораторная агломерационная установка.
Схема и общий вид агломерационной установки представлены на
рисунках 3.1 и 3.2. Лабораторная агломерационная установка состоит
из следующих основных частей:
1) агломерационной чаши;
2) пылеуловителя;
3) вакуумного водяного насоса;
4) контрольно-измерительной аппаратуры;
5) газопровода и дымовой трубы.
В распоряжении лаборатории имеются две агломерационные
чаши цилиндрической формы с внутренними диаметрами 205 и
410 мм. Высота чаши позволяет спекать шихту при высоте слоя до 400
мм.
Процесс спекания ведется в стальной чаше 1, снабженной
колосниками 2. Готовый агломерат выгружается в стальной ящик 3.
Температура в слое спекаемой руды контролируется термопарами 4,
связанными с показывающими и записывающими автоматическими
приборами 5 (КСП-2). Над чашей устанавливается колпак 6 с
диаграммой для измерения удельного расхода дутья.
На трубопроводе 7, установленном на нижней части аглочаши
имеются два штуцера 8, используемые для замера разрежения и
температуры отходящих газов термопарой (ТХА) 9, связанным с
автоматическим прибором 10 (КСП-2). Разряжение под колосииком
измеряется манометром И . Регулирование разряжения под
колосником производится шиберным затвором 12.
Грубая очистка отходящего газа от пыли производится а
пылеуловителе циклонного типа 13. При необходимости для
улавливания тонкой пыли последовательно после циклонного
пылеуловителя можно установить пылеуловитель с рукавными
фильтрами.
Установка оснащена вакуумным водяным насосом (ВВН-8) 14,
смонтированным в газопроводном тракте. При работе вакуумный
насос
способен
создавать
под
колосниковой
решеткой
агломерационной чаши разрежение до 2000 мм вод. ст. при 1950
57
и
об/мин. Привод вакуумного водяного насоса состоит из
электродвигателя 15 мощностью 16 кВт. Передача осуществляется
через упруго-втулочную муфту 16.
Контрольно-измерительная аппаратура установки состоит из:
1) хром ел ь-ал юм елевой термопары 9 с потенциометром КСП-2
для измерения температуры отходящего газа;
2) платинородий-платиновой термопары 8 с потенциометром
КСП-2 для измерения температуры внутри слоя шихты;
3) водяного манометра 11 для определения разряжения под
колосниковой решеткой.
1 - Чаша; 2 - Колосник; 3 - Ящик; 4 - Термопары;
5 - Потенциометр КСП-2; 6 - Колпак; 7 - Трубопровод; 8 - Штуцер;
9 - Термопара; 10 - Потенциометр КСП-2; 11 - манометр;
12 - Шиберный затвор;
13 - Пылеуловитель; 14 - Вакуумный
водяной насос; 15 - Электродвигатель; 16 - Упруго-втулочная муфта
Рисунок 3.1 - Схема лабораторной агломерационной чаши
При производстве марганцевого агломерата из мелочи
марганцевой руды месторождения «Тур» использовали следующие
компоненты:
1) отсев марганцевой руды месторождения «Тур» (фр.0-5 мм,
0-10 мм);
2) отсев кокса КНР (фр.0-5 мм), химический и технический
состав золы кокса представлен в таблице 3.1;
3) отсев доломита фракции 0-5 мм, содержание в шихте 5-10 %
по массе;
58
4)
возврат — некондиционный агломерат от предыдущего
спекания (фр.0-8 мм), в количестве 20-30 % (по массе) в шихте.
Рисунок 3.2 лаборатории АксЗФ
Агломерационная
чаша установленная
в
Химический состав двух фракции мелочи марганцевой руды
месторождения «Тур», использованных при агломерации приведен в
таблице 3.2.
Влажность
шихты
определяли
по
ГОСТ
12764-73.
Гранулометрический состав определяли по ГОСТ 27562-87 (таблица
3.3). Загрузку шихты осуществляли с помощью специального
устройства, позволяющего значительно уменьшить сегрегацию и
уплотнение шихты. Температура шихты 25
С. Зажигание
осуществлялось в течение одной минуты при разрежении 300-350 мм
вод-ст. смесью коксика, древесных опилок (смесь для зажигания
шихты) и стружки (запальная смесь), смоченных в керосине. Средняя
температура зажигания в опытах (замеры в конце 1-ой минуты)
составляла 1080 С. Спекания проводили при постоянном разрежении
под колосниковой решеткой 1100 мм вод.ст. Показания термопар температура в слое, температура отходящих газов, фиксировались
самописцем (КСП-2). Начало спекания определялось моментом
воспламенения коксика, окончание процесса — по времени
59
достижения максимальной температуры отходящих газов. Замер
температуры отходящих газов производили термопарой (ХА),
установленной на газоотводящей трубе. После окончания спекания
пирог выгружали из чаши, охлаждали 10 мин на воздухе, взвешивали
на лабораторных весах, затем сбрасывали с высоты 2 м на стальную
плиту по ГО СТ 25471 - 82, после чего определяли выход классов (в
том числе и годного фракции +8 мм). Далее пробы агломерата
фракции +5 — 40 мм подвергались определению механической
прочности по ГОСТ 15137-77.
Представленные для исследования пробы мелкой фракции
марганцевой руды месторождения «Тур»
различались
по
химическому составу, по содержанию Мпобщ и 8 Ю 2 значения которых
свидетельствуют о нахождении пустой породы в исходной руде,
преимущественно в классе 0-5 мм, что дополнительно подтверждается
рентгенофазовым анализом (глава 2 ).
Таблица 3.1 - Химический состав золы и технический состав кокса
КНР, %
СаО
МёО
А
V
5Ю2
АЬОз
Ре:0 3
44,8
13
7,1
14,4
12,9
25,4
5,4
7,4
Таблица 3.2 - Химический состав мелкой фракции марганцевой руды
месторождения «Тур»______________________________________________
Отсев руды
Химический состав, %
N41106111 АЬОз СаО МеО 5Ю2
|
Р
С
п.п
п
Фракция
19,7
6,64
1,33 0,88
37а 0,095 1,98 0,052 6,4
0- 10мм
Фракция
15,1
6,49
1,05
44,2 0,066 1,23 0,036 8,9
1,25
0-5 мм
Таблица 3.3 Гранулометрический состав мелкой фракции
марганцевой руды__________________________________________________
Отсев руды
Соде]эжание фракции крупностью (в мм), %
10-2,5 1,6-2,5 1,0- 1,6 0,63-1,0 0,4-0,63 0,2-0 ,4
0- 0,2
Фракция
4,7
31,4
25,8
19,6
6,3
5,8
6,3
0-10 мм
Для определения оптимального технологического режима
спекания опыты проведены при изменении параметров спекания в
следующих пределах:
- влажность - 5-1 2 %;
60
- расход топлива - 5-12 %;
- количество возврата - 5-40 %;
- высота слоя —250-400 мм.
3 Л Определение оптимального состава шихты
3.2.1
Определение оптимальной степени увлажнения шихты. При
агломерации большое значение имеет начальная газопроницаемость
шихты, от величины которой зависит весь ход процесса агломерации
и следовательно, свойства полученного агломерата и удельная
производительность установки [131-135].
Газопроницаемость шихты зависит от целого ряда физических
свойств: величины и формы зерен, высоты слоя шихты, влажности
шихты. Начальная газопроницаемость сильно зависит от степени
увлажнения агломерационной шихты, в особенности при спекании
мелких шихтовых материалов. Максимальная газопроницаемость
шихты обеспечивается при оптимальном гранулометрическом составе
шихты, которая характеризуется средним эквивалентным диаметром:
чем выше этот показатель, тем выше газопроницаемость шихты.
Величина поверхностного натяжения достигает своего максимума при
определенной влажности шихты, что является оптимальной влагой
для данной шихты. Переувлажнение шихты приводит к превращению
шихты в грязевидное состояние.
При проведении опытов смешивание и окомкование шихты
производили в барабанном смесителе. Время смешивание сухой
шихты равнялось 2 минутам, время окомкования (увлаженной шихты)
3 минуты.
Оптимальную влажность шихты в данной работе подбирали
постепенным повышением влаги. Наличие глинистых составляющих
также способствовало улучшению свойств шихты при подготовке сс
перед спеканием, она получалось хорошо окомкованной, рыхлой, а
улучшение газопроницаемости сокращало время спекания. Влияние
степени увлажнения шихты на результаты агломерационного
процесса и качество полученного марганцевого агломерата показано
на рисунке 3.3.
Шихта с влажностью 5-6 % показала низкую скорость спекания
- 12,0 и 12,3 мм/мин , производительность установки также является
низкой (0,34 и 0,47 т/м 2 час), механическая прочность равнялась 35,1
% и 36,3 %, выход годного составил 50,0 и 52,0 %.
61
60
85
&
я
Ч
я
Й
е
г
е
«
ои
Ч
О
м
Ош
СО
В
X
Л
то
2
С
Влажность шихты. %
■ Прочность на удар
♦ Выход ГОДНОГО
а
*
--0 ,5
■
Содержание влаги в шихте, %
■ Скорость спекания
♦ Производительность
у- мм**' -м21«'
Я1-0*84
+к*шж*11Л47
у"•*М5,<♦ини’-мий1■
*МЯ»1ч п «
В*-МЮ2
а - влияние степени увлажнения шихты на прочность и выход годного
агломерата; 6 - влияние степени увлажнения шихты на скорость
спекания и производительность
Рисунок 3.3 - Влияние степени увлажнения шихты на процессы
спекания
62
Показатели спекания приведены в таблице 3.4.
При спекании шихты, с влажностью 7 % получены следующие
результаты: скорость спекания 16,4 мм/мин; прочность на удар
43,2 %; производительность аглоустановки равняется 0,54 т/м2-час,
выход годного составил 54 %. При 8 % влажности шихты скорость
спекания равняется 16,7 мм/мин, производительность установки
повышается до 0,71 т/м2 час, механическая прочность 43,7 %, выход
годного агломерата - 58,1 %. С увеличением содержания влаги в
шихте до 9 % существенного изменения скорости спекания не
наблюдалось
(16,8
мм/мин),
производительность
установки
повышается до 0,82 т/м час, механическая прочность - 45,1 %, выход
годного - 66,9 %. При влажности шихты 10 % достигнуты следующие
показатели
спекания:
производительность
I
0,99
т/м2 час,
механическая прочность - 56,7 %, скорость спекания - 17,9 мм/мин,
выход годного - 79,3 %. С увеличением влажности шихты до 11 и 12
% наблюдается снижение скорости спекания с 17,3 до 16,0 мм/мин,
производительность установки понижается с 0,97 до 0,83 т/м час,
также происходит снижение выхода годного агломерата с 77,2 % до
71,1 %. Механическая прочность увеличивается с 56,1 % до 60,6 %.
Таблица 3.4 - Показатели спекания в зависимости от оптимальной
степени увлажнения шихты __________________ __________ ____
№
Влажность Скорость Производительность, Прочность
Выход
опыта
шихты, %
1
2
3
4
5
6
7
8
5
6
7
8
9
10
11
12
спекания,
мм/мин
12,0
12,3
16,4
16,7
16,8
17.9
17.3
16,0
т/м3-час
0,34
0,47
0,54
0,71
0,82
0.99
0,97
0,83
по ГОСТ15137-87
35,1
36,3
43,2
43.7
45,1
56.7
56,1
50,6
годного,
%
50,0
52,0
54,0
58,1
66,9
79,3
77.2
71.1
В таблице 3.5 представлены результаты сбалансированных
спеканий.
Таким образом, наилучшие результаты были получены при
влажности шихты 10 %, что является оптимальным для спекания
мелкой фракции марганцевой руды месторождения «Тур».
63
Время спекания
мин
14
17
13
18
19
17
18
19
19
16
16
20
18
16
22
24
18
18
25
27
«Тур»
Высота слоя
шихты, мм
усадки,
20
40
30
20
40
30
40
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
40
40
54
58
52
66,4
67,4
65,6
67,9
73,2
70,8
71,6
72,3
63,7
68,9
76,6
78
79,5
73
71,1
79
77
..
Высота
мм
43,2
44
51,1
47,3
54
47,8
50,9
50,5
51,2
54
55,6
41,6
53,4
50,2
51,6
52,5
53
53,4
58,7
61,8
годного,
1,08
1,04
1,06
1,05
1,19
1,09
1,05
1,09
1,05
1,09
1,09
1,08
1,08
1,13
уз
1,07
1,02
1,09
194
139
136
112
93,1
134
99,1
97,2
80,8
96,2
97,5
96,3
95,3
112
«2,5
68,1
104,2
100
80
86,3
св
О,
« 1 8
Я х ж^
18
10
9
10
И
11
10
10
9,2
9
9
9,5
9,8
12,6
10
12
12
11,7
11
9,7
Выход
%
т
Прочность
по
ГОСТ-15137-77
На удар,
%
1,09
возврата,
28,2
19,8
19,5
19,4
18,6
21,7
22,8
19,2
19,6
21,6
22,4
20,1
20,1
19,2
18,9
17,2
21,3
26,1
20,8
27,5
вес,
16,4
19,4
24,6
18,3
18,4
18,2
16,6
17,3
19,2
20
20,6
18,5
18.3
20,6
15
Ш
18,3
17,7
16
12,2
Объемный
т/м3
[Влажность
ь.
ГВозврагг
20
25
30
25
30
20
21
22
23
23
24
25
26
20
25
30
20
20
20
20
1а:
ч
4> о
с я
§
а ^
С>
2 Й
С о
0,54
0,66
0,76
0,69
0,70
0,71
0,75
0,80
0,69
0,85
0,87
0,65
0,71
0,86
0,65
0,63
0,82
0,68
0,74
0,34
мелочи марганцевой руды месторождения
Баланс
%
V
7,5
7,5
8
8
8
9
9,5
10
12
7
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
Потери веса при
спекании, %
5
6
6
7
7
7,5
7,5
7,5
7,5
7,5
Скорость
спекания,
/мин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Кокс
Опыта
Состав
аглошихты,%
мм
Таблица 3.5 — Результаты сбалансированных спеканий
крупностью 0-5 мм
230
330
320
330
350
310
300
300
350
320
330
370
330
330
330
330
330
320
400
330
Определение оптимального расхода кокса. У глерод топлива
при горении выделяет тепло, необходимое для процесса спекания
шихты. Если топлива в шихте будет недостаточно, то необходимая
для спекания температура (при котором начинаю т образовы ваться
жидкие фазы) не будут достигнуты и ф изико-хим ические
превращения в шихте будут слабо развиты . Ш ихта при недостаточном
топливе не спечется до конца (не образуется достаточное количество
связки всех частиц между собой по всему слою), что приведет к
слабой прочности полученного спека С другой стороны, перерасход
топлива вызывает развитие высоких температур, что вы зовет
чрезмерную оплавленность агломерата и снижению м еханической
прочности. Необходимо иметь такой расход топлива, при котором
агломерат имел бы хорошую механическую п рочность и бы л бы не
сильно оплавлен [138-141].
Данные опыты были поставлены с целью определения
соответствующего такому агломерату расхода топлива.
Опыты проводили при том же составе ш ихты , как и при
определении
оптимальной
влажности.
Результат:.'
опы тов
представлены на рисунках З.4., 3.5 и представлены в таблице 3.6.
3.2.2
Таблица 3.6 - Показатели спекания при изм енении ргсх«?;л тол л ч ва
Содержан Скорость Производится Прочность Выход
№
по ГОСТ - годного,
ьность,
Опы ие кокса в спекания,
т/м
час
15137-87,
шихте,
%
мм/мин
та
%
(X)
0,54
16,0
43,6
53,2
1
5
18,0
0,66
44,0
6
58,0
2
19,4
0,70
54,0
7
67,4
3
20,6
0,87
55,6
4
7,5
72,3
20,6
0,86
57,2
76,6
8
5
60,0
79,2
9
18,3
0,82
6
0,74
59,7
7
16,0
79,0
10
15,7
11
0,65
61,3
79,2
8
При расходе топлива 5,0 %, достигнуты низкие показатели
спекания - прочность агломерата 43,6 %, п роизводительн ость - 0,54
т/м2*час, скорость спекания - 16,0 мм/мин, выход годного аглом ерата
—53,2 % . По своей структуре агломерат был умеренно оп лавлен , но в
нем довольно часто встречались включения п о л у о :ш к .с ш :м х зерен
руды, не сцепленных между собой.
65
При увеличении расхода топлива с 5 % до 6,0 % прочность
агломерата выросла до 44,0 %, выход годного агломерата - 58 %,
скорость спекания —18,0 мм/мин, а производительность увеличилась
до 0,66 т/м2 час.
А
и
О
Л 'и
*
4??
Н* «9
*N
X
о
о.
Е
Расход кокса, %
■ Скорость спекания
* Производительность
на
Рисунок 3.4 - Влияние расхода топлива в шихте
производительность установки и скорость спекания процесса
85
80
+ 75
е
3
еа
и
50
Расход кокса. %
-Прочность на удар
• Выход годного
Рисунок 3.5 | Влияние расхода топлива в шихте на прочность и
выход годного агломерата
66
Дальнейшее увеличение расхода топлива с 6 % до 7,0 % привело
к значительному увеличению прочности полученных агломератов
(54 %), выхода годного агломерата (67,4 %). Вертикальная скорость
спекания и производительность увеличиваются с 18,0 до 19,4 мм/мин
и с 0,66 до 0,70 т/м час соответственно.
Полученные агломераты по внешнему виду были примерно
одинаковы и имели однородную хорошо оплавленную структуру, хотя
нередко еще встречались небольшие включения полуоплавленных
зерен руды.
На рисунке 3.6 представлена фотография куска агломерата,
полученного спеканием шихты с 7 % углерода.
Показатели спекания улучшаются вплоть до расхода топлива
равном 7,5 %. При этом прочность агломерата составила 55,6 %,
выход годного агломерата составляет 72,3 %, скорость спекания 20,6 мм/мин, а производительность установки выросла до 0,87
т/м час.
0
|
2
3
4
5
Ь
7
К
Ч
10
1»
Рисунок 3.6 - Фотография куска агломерата, полученного
спеканием шихты с 7 % углерода
При увеличении расхода топлива до 8 % показатели снекания
практически не изменились. При одинаковой скорости спекания
(20,6 мм/мин) удельная производительность аглоустановки упала до
0,86 т/м2.
67
С увеличением содержания топлива в шихте возрастала
температура отходящих продуктов горения и усадка шихты, что
указывало на повышение температуры в зоне горения и образование
большого количества расплава. Особенно большое количество
жидкой фазы образовалось при содержании в шихте 9, 10 и 11 %
топлива, что приводило к понижению скорости спекания вследствие
большого сопротивления проходу газов через жидкие массы.
Анализ результатов проведенных опытов показывает, что
оптимальное содержание кокса в шихте для агломерации мелкой
части марганцевой руды месторождения «Тур» составляет 7,5 % [142—
145].
3.2.3
Определение оптимального количества возврата.
производственных условиях часть возврата прибывает дополнительно
с плавильного цеха, где мелочь менее 5 мм отсеивается от агломерата
перед загрузкой в печи. Возврат является отходом производства,
браком не входящим в готовую продукцию. Поэтому, чем больше
относительная доля возврата в суточной продукции фабрики, тем
меньше доля годного агломерата. Возврат благоприятствует процессу
спекания, так как он крупнее мелкой марганцевой руды, его кусочки
служат центрами окомкования для пылевидных фракций шихты.
Добавка возврата, следовательно, улучшает газопроницаемость
шихты, повышает вертикальную скорость спекания. Кроме того,
возврат отличается по составу от руды и близок по составу к
агломерату. Возврат может содержать малое количество карбонатов и
гидратов, так как в нем частично прошли реакции диссоциации и
восстановления [139 —141]. Из этого следует, что потребность в тепле
у возврата значительно меньше, чем у руды. С ростом содержания
возврата в агломерационной шихте улучшается прочность агломерата.
Но в любом случае для конкретного аглопроцесса должно быть
оптимальное количество возврата, т.е. должен быть баланс по нему,
чтобы в технологическом процессе обеспечивалось одно и тоже
количество его в любое время.
В таблице 3.7 приведены результаты опытов по определению
оптимального содержания возврата. На рисунке 3.7 представлены
данные влияния содержания возврата на производительность
аглоустановки и механическую прочность агломерата.
Из таблицы 3.7 и рисунка 3.7 видно, что с повышением
количества возврата в шихте с 5 % до 10 % (при прочих равных
условиях) растет механическая прочность агломерата с 53,4 % до 54,6
%. Это, естественно, так как значительная масса шихты при этом
проходит повторное спекание. При увеличении возврата с 15 % до
68
В
20 % также происходит увеличение механической прочности с 55,0 %
д о 57,2 % и производительности установки с 0,86 до 0,87 т/м час.
Агломерат был средне оплавлен и содержал небольшое количество
полуоплавленных зерен руды. Увеличение количества возврата в
шихте до 20 % не показало сущ ественного изменения прочности и
структурно-внеш него вида агломерата.
Увеличение возврата с 20 % до 25 % привело к образованию
оплавленного агломерата. При этом механическая прочность
увеличилась д о 57,6 % , производительность установки достигла
максимального значения - 0.88 т/м -час. Агломерат был хорошо
оплавлен и имел незначительное количество полуоплавленных зерен
руды. Дальнейш ее увеличение возврата с 30 % до 40 % приводит к
увеличению механической прочности с 58,9 % до 60,2 % , но при этом
снижается производительность установки с 0,76 до 0,60 т/м 2 час.
На основе данны х рисунка 3.7 и таблицы 3.7 можно сделать
вывод о том, что для агломерации мелочи марганцевой руды
месторождения «Тур» оптимальное количество возврата в шихте
составляет 2 0 - 2 5 % о т веса руды.
Таблица 3.7 — П оказатели спекания
при изменении количества
возврата
___________________ ____________________ _________________
Прочность по
Содержание
Выход годного, %
№ Опыта
ГОСТ - 15137возврата в шихтб,
87, (X)
%
53,4
54,0
1
5
54,6
10
55,0
2
66,9
55,0
15
3
77,2
57,2
4
20
78,6
25
57,6
5
79,0
30
58,9
6
59,7
83,0
35
7
87,0
60,2
40
8
69
Количество возврата в шихте, %
Прочность
Выход годного, %
Рисунок 3.7 - Влияние количества возврата на
прочность и выход годного агломерата
механическую
3.2.4 Определение оптимальной высоты спекаемого слоя.
Оптимальная высота слоя шихты обеспечивает наилучшие условия
спекания [131-135]. В процессе спекания зона горения перемешается с
определенной скоростью вниз, перемещение ее продолжается до тех
пор, пока она не достигнет колосниковой решетки. Продукты горения,
нагретые до высокой температуры, почти полностью отдают свое
тепло нижележащим слоям шихты. В результате происходит
испарение заключенной в ней влаги и подогрев Шихты до
температуры спекания. Воздух нагревается при просасывании через
расплавленный слой агломерата, расположенный выше зоны горения,
и поступает в область горения подогретым. Таким образом, углерод
шихты и воздух взаимодействуют, будучи предварительно нагретыми,
а вследствие этого в области горения развиваются высокие
температуры, и процесс агломерации происходит достаточно быстро.
Повышение высоты спекаемого слоя приводит к более полному
использованию тепла отходящих газов, повышает выход продуктов
спекания с единицы площади аглоленты. С другой стороны при
повышении
высоты
спекаемого
слоя
из-за
увеличения
газодинамического сопротивления спекаемого слоя имеет место
снижения вертикальной скорости спекания. Особенно это сказывается
при спекании тонкодисперсной шихты. Оптимальная высота спекания
зависит
от физико-химических свойств материала и его
70
гранулометрического
состава.
Поэтому
только
постановкой
специальных опытов можно установить оптимальную высоту
спекаемого слоя для каждого конкретного материала [112, 114,
115,116,138].
Из литературных данных известно, что спекание марганцевых
руд целесообразно проводить при повышенных слоях шихты.
Наиболее тщательные исследования по влиянию высоты слоя шихты
на качество агломерата, скорость спекания, выход годного были
проведены А.И. Солдаткиным при спекании Чиатурской марганцевой
руды [138]. Автором было показано, что увеличение высоты слоя
шихты до 500 мм привело к снижению скорости спекания.
Наибольшая скорость спекания соответствовала высоте слоя 250 мм.
Выход годного агломерата с увеличением высоты слоя шихты
возрастал, но с высоты 350 мм оставался практически на одном
уровне. Авторами работы [138] было сделано заключение, что в
отношении производительности, выхода годного агломерата, его
прочности и скорости спекания высоту слоя в 350-400 мм следует
признать наиболее приемлемой.
В нашем случае высота слоя шихты во всех опытах изменялась от
230 мм до 400 мм.
Во всех опытах разряжение под колосниковой решеткой
поддерживали 900 мм.вод.ст. При высоте слоя 230 мм спекание идет
не стабильно с образованием сквозных микропор, что вызывает
сильное колебание разряжения под колосниковой реш еткой .
Агломерат получается высокопористый с низкой м ехан и ч еской
пористостью. Во всех оптах^величина его не превышала 40 %.
Увеличение высоты слоя шихты до 300 мм привело к улучшению
механической прочности агломерата (50,7 %), и увеличению удельной
производительности до 0 , 6 6 т/м 2 -час.
Агломерат был умеренно оплавлен, хотя и содержал еще немного
полуоплавленных включений руды. Температура газов пол
колосниковой решеткой поднялась с 176 °С до 230 С. Такое
улучшение качества агломерата и повышение температуры газов под
колосниковой решеткой указывали на более высокую температуру в
зоне горения.
Дальнейшее увеличение высоты слоя до 350 мм привело к
повышению прочности агломерата до 60,0 %, а удельной
производительности до 0,89 т/м 2 *час.
Увеличение высоты слоя до 400 мм приводит к снижению
скорости спекания до 17,7 мм/мин, что в конечном итоге отразились
на снижении удельной производительности до 0,72 т/м2, час.
71
Таким образом, на основе проведенных опытов
оптимальная высота слоя спекаемой шихты 350 мм.
спекаемого слоя 350 мм получены следующие
механическая прочность - 60,0 %, скорость спекания производительность установки - 0,89 т/м 2 час.
установлена
При высоте
результаты:
20,6 мм/мин,
3.3
Спекание мелочи марганцевой руды месторождения
«Тур» с присядкой доломита
Как отмечалось выше (в главе 2) на основании теоретического
анализа
фазовых
равновесий
в
процессе
агломерации,
рекомендовалось при агломерации марганцевых руд использовать 810 % доломита При производстве офлюсованного агломерата, где в
шихту добавляется доломит требуется более высокий расход кокса,
чем на производство неофлюсованного агломерата. Прочность
офлюсованного агломерата оказывается на уровне неофлюсованного.
В процессе проведения опытов по спеканию офлюсованного
агломерата в первых опытах в качестве флюса применяли известняк
фракции 0-3 мм. Однако офлюсованный известняком фракции 0-3 мм
агломерат малопригоден для производства ферросиликомарганца, так
как он рассыпается вследствие гидратации неассимилированных
частиц извести, структурной неоднородности и повышенного
количества стекловидных фаз, распада твердых растворов системы
СаО-МпОх , полиморфизма минеральных фаз, преимущественно
Са2ЗЮ4, гидратации
пересыщенных оксидами кальция твердых
растворов и ортосиликата кальция [1, 3, 146]. При нагреве и
восстановлении офлюсованного агломерата происходит снижение его
прочности из-за образования трещин, вызванных термическим
расширением
структурных
составляющих
и
твердофазного
восстановления МП3О4 до МпО, сопровождающееся изменением
объема.
При проведении опытов нами преследовалась цель ввести с
агломератом оксид магния для обеспечения заданной концентрации
его в печных шлаках выплавки силикомарганца .
Поскольку скорость гидратации М §0 сравнительно мала, было
проведено лабораторное спекание офлюсованного агломерата с
доломитом, химический состав его приведен в таблице 3.8. В шихте
использовали мелочь марганцевой руды фракции 0 -1 0 мм (таблица
3.1), в качестве топлива - коксовую мелочь фракции 0-5 мм (таблица
3.2).
72
Таблица 3.8 - Химический состав доломита
Материал
Доломит
Химический состав. %
СаО
5Ю2
А^Оз+РегОз
30,5
1,35
1О/~С)
М йО
20.6
Результаты опытов приведены в таблице 3.9 и на рисунке 3.8.
6
7
8
10
10
10
10
10
8
8
8,5
7
7
8
8
9
10
10
10
10
10
10
10
10
25
30
20
20
25
25
30
20
25,0
22,2
22,2
23,5
26,6
23,5
21,0
*■20,0
2
о5ю ->
•
О
5
О
О.
с:
1,02
1,00
0,97
0,91
0,99
0,93
0,87
0,82
69
74
70,3
69,8
70,7
68,4
68,7
70,1
400
400
400
400
400
400
400
400
55,0
55,8
56,3
54,0
55,0
55,4
56,0
57,3
На
истирание
%
Скорость спекания,
мм /мин
Возврат
Влажность
О
и ”
Высота сл
шихты, м
1
На удар, %
3
4
5
5
5
5
О
Зб
Выход годного, %
1
2
Доломит
№ опыта
Таблица 3.9 — Основные показатели
агломерации
мелочи
марганцевой руды с использованием в шихте доломита_____________
Состав шихты, %
А
Прочность по
Н
О
ГОСТ-15137
О
К _
О 2
-77
Й о
10,6
9,8
10,2
10
10,1
9,9
10
11
При спекании агломерата с 10 % доломита и 7 % топлива в шихте
были достигнуты наилучшие технологические показатели: скорость
спекания - 26,6 мм/мин, производительность - 0,99 т/м час,
механическая прочность - 55 %. При повышении топлива до 8 %
агломерат имеет более высокую прочность (56,0 %). При этом падает
вертикальная скорость спекания и связанная с этим, удельная
производительность.
В таблице 3.10 представлены результаты сбалансированных
спеканий
мелочи марганцевой руды
крупностью 0-1 0 мм без
доломита и с добавлением доломита.
73
2 0
10
2 0
10
2 0
3
4
5
6
7
8
9
10
-
3
4
5
5
5
5
5
5
6
1 0
7
10
1
2
7
7
7
10
25
30
8
10
2 0
8
10
8
10
10
9
10
2 0
10
10
2 0
8
10
8
10
25
30
10
2 0
2 2 ,2
10
2 0
2 0 ,0
10
2 0
10
2 0
8,5
9
10
7
7
10
8
10
8
10
9
1 0
8
10
10
9
1 0
25
30
2 0
18,7
18,7
17,6
15,7
15,0
17,6
16,6
16,6
15,7
10
25
25
30
2 0
25,0
2 2 ,2
16,6
23,5
26,6
23,5
2 1 ,0
2 0 ,0
16
14
14
12
13
11
10
9
9
9,7
1 0 ,6
9,8
1 0 ,2
11
12
10
1 0 ,1
9,9
10
11
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
69
74
70,3
72
68,9
69,8
70,7
68,4
68,7
70,1
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
1
15
16
16
17
19
2 0
17
18
18
19
16
18
18
2 0
24
17
15
17
19
2 0
Высота слоя
шихты, мм
75,7
75,8
76,1
76,1
69,0
73,4
76,9
79,8
76,0
78,4
Время
спекания
мин
На
истира
ние, %
О/
/0
Баланс
возврата, %
На
удар,
%
8
2
Производитель
ность т/м -час
о
т
Высота усадки,
мм
10
6
2
Прочность по
ГОСТ-15137
-87
Выход
годного, %
5
2
VI
-
о
а
*
Шихта (юакции 0 - 1 0 мм без доломита
19,4
0,67
1 ,1 2
1 1 0
49,8
19.7
0,69
108
50,1
1 ,1 1
18,9
1,09
107
0,73
50,6
19,3
1,06
1 0 2
0,75
55,0
2 1 ,2
108
1 ,0 2
0,73
54,0
20,7
1,08
0,70
1 0 2
57,0
23,7
0,87
103
1 ,1 2
58,9
17,7
1,14
0 ,8 8
99,8
58,9
21,7
0,87
102,9
59,2
М2
1,09
20,3
0 ,8 8
59,7
98 Л
Шихта ( )ракции 0 - 1 0 мм с доломитом
19,5
97,8
0,93
1 ,0 2
55,0
0,96
95,3
1 ,0 0
55,8
18,4
0,98
0,97
90,3
56,3
17,0
0,92
96,4
56,7
0,87
0,79
20,7
1 ,0 2
1 1 2
58,0
0,91
0,91
17,8
96,7
54,0
0,94
0,99
1 0 0
17,5
55,0
0*93
55,4
0,93
99,7
18,8
17.9
0,96
0,87
104
56,0
1
,
0
2
0.82
108
19,6
57,3
3
1
Скорость
спекания,
мм /мин
Возвра
т
Влажн
ость
Кокс
Отсев
долом
ита
№ оп ы та
С о с т а в а гл о ш и х ты ,%
Потери веса
при спекании,
I
аблица ЗЛО — Результаты сбалансированных спеканий мелочи марганцевой руды крупностью 0-10 мм
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
400
400
400
400
400
400
400
400
400
400
28
Т |*1
Расход кокса, %
■ Скорость спекания
♦ Производительность
а
Содержание кокса в шихте. %
* Прочность на удар
• Выход годною
б
а — влияние расхода топлива на производительность установки и
скорость спекания процесса; б -влияние расхода топлива в шихте на
прочность и выход годного
Рисунок 3.8 - Влияние расхода топлива на процесс спекания с
присадкой доломита
Полученные опытные агломераты были подвергнуты полному
химическому анализу и на их основе рассчитаны нормативные
75
фазовые составы в системе МёО-МпО-СаО-А^Оз-ЗЮг (таблица 3.12).
Результаты показали, что полученный агломерат с добавкой 10 %
доломита располагается в пентатопе № 3 и характеризуется наличием
в его составе диопсида СМ 82 (таблица 3.13). Это подтверждает
выявленное
ранее
термодинамически-диаграммным
анализом
диаграммы фазового строения системы МвО-МпО-СаО-АЬОз-ЗЮг
(глава 2 ) предположение, что наиболее легкоплавкое соединение в
системе спессартит М3А 83, присутствующий в отсеве марганцевых
руд и неофлюсованном агломерате, при введении в состав аглошихты
более 8 % доломита будет образовывать тугоплавкое соединение
диопсид СМ3 2 [136-137]. В представленной таблице 3.13 проба № 1,
№ 2 - агломерат без доломита, проба № 3 агломерат с добавлением 5
% доломита и проба № 4 с добавлением доломита 10 %
соответственно.
На рисунке 3.10 представлена
фотография офлюсованного
марганцевого агломерата.
Рисунок
агломерат
3.10
-
Офлюсованный
доломитом
марганцевый
Таблица 3.12 - Химический состав марганцевых агломератов
Материал
Агломерат без доломита
Агломерат без доломита
Агломерат с доломитом 5 %
Агломерат с доломитом 10 %
РеО
7,57
7,57
МвО
1,03
1,16
1,92
2,58
9,94
10,97
76
МпО
25,04
29,82
20,65
20,78
СаО
3,56
4,17
3,06
4,06
АЬОз
8,13
8,64
6,92
6,80
З 1О 2
43,70
40,40
44,60
43,00
Таблица 3.13 - Вещественные *и нормативные фазовые состояния
марганцевых агломератов на базе системы М&0-Мп0-Са0-А120з-5*02
Нормативный фазовый состав, %
Вешественный состав, %
№
№
про
пент М §0 МпО СаО АЬОз ЗЮ 2 СМ3 2 СА 8 2 М23 М 3АЗ 3 3
м 23
бы
4
1
21,63 37,62 10,01 28,54 2,2
1,26 30,74 4,37 9,98 53,64
2
4
1,38 35,42
4,95
10,26 47,99
24,50 46,55
6,27
20,27 2,41
3
4
2,49 26,77
3,97
8,97
57,81
19,65 32,79
8,63
34,59 4,35
4
3
3,34
5,26
8,81
55,68 1,54 24,07 38,28
26,91
30,78 5,33
Таким образом, лабораторными исследованиями:
1. Разработана технология агломерации мелочи марганцевых руд
месторождения «Тур». Определены оптимальные технологические
параметры: влажность шихты -1 0 % , расход топлива - 7-8 %, высота
слоя - 350-400 мм, возврата - 20-25 %.
2.
При
оптимальных
параметрах
агломерации
мелочи
марганцевой руды месторождения Тур крупностью 0-5 мм (топлива
7-8 %, влага 10 %, высота слоя 350-370 мм) достигнуты следующие
показатели спекания: механическая прочность на удар 55,6 % и на
истирание 9 %; вертикальная скорость спекания - 20,6 мм/мин; выход
годного агломерата - 72,3 %, удельная производительность - 0,87
т/м час.
3.
При
оптимальных
параметрах
агломерации
мелочи
марганцевой руды месторождения «Тур» крупностью 0 -10 мм мм
(топлива 7-8 %, влага 10 %, высота слоя 300-370 мм) достигнуты
следующие показатели спекания: вертикальная скорость спекания 19,6 мм/мин, выход годного агломерата - 79,8 %, удельная
производительность - 0,88 т/м2 час, механическая прочность 59,7%.
4.
При
оптимальных
параметрах
агломерации
мелочи
марганцевой руды месторождения «Тур» (топлива 7-8 %, влага 10 %,
высота слоя 350-400 мм) с добавлением в шихту в качестве флюса 5 %
доломита достигнуты следующие показатели спекания: вертикальная
скорость спекания - 16,6-25,0 мм/мин, выход годного агломерата 68,9-74 %, удельная производительность - 0,79-1,02 т/м2 час;
механическая прочность 55-58 %.
5.
При оптимальных параметрах агломерации мелочи
марганцевой руды месторождения «Тур» (топлива 7 -8 %, влага 10 %,
высота слоя 350-400 мм) с добавлением в шихту в качестве флюса 10
% доломита достигнуты
следующие
показатели
спекания:
вертикальная скорость спекания - 20,0-26,6 мм/мин, выход годного
77
агломерата - 68,4-70,7 %, удельная производительность - 0,82-0,99
т/м2 час; механическая прочность 54-57,3 %.
6 . Полученный агломерат с добавкой 10 % доломита,
располагается в пентатопе № 3 системы М^О-МпО-СаО-А^Оз-ЗЮгХарактеризуется агломерат наличием в его составе диопсида СМ 8 2,
что подтверждает выявленная ранее термодинамически-диаграммным
анализом диаграммы фазового строения системы М^О-МпО-СаОА 120 з-8 Ю2 предположение, что наиболее легкоплавкое соединение в
системе спессартит, присутствующий в отсевах марганцевых руд, при
взаимодействии с доломитом будет образовывать более тугоплавкое
соединение диопсид.
78
4
Металлургические свойства марганцевых агломератов,
полученных из мелочи руд месторождения «Тур»
4.1
Исследование
физико-механических
свойств
марганцевого агломерата и руды месторождения «Тур»
Физические характеристики (плотность, пористость) шихтовых
материалов влияют на протекание руднотермических процессов. От
соотношения удельных весов шихтовых материалов зависит их
распределение в ванне печи, продолжительность и степень контакта, а
также газопроницаемость колошника, скорость схода шихты.
Пористость шихтовых материалов оказывает положительное
влияние на процесс восстановления целевого продукта. С
увеличением пористости степень восстановления материалов
увеличивается. При развитой пористости создается возможность
проникновения газообразного восстановителя вглубь кусковых
материалов,
и
соответственно
повышается
скорость
восстановительного процесса.
Пористость материалов особенно сказывается в верхних
горизонтах печи, т.е. при процессах, протекающих при температурах
ниже температуры размягчения материала, где идет гетерогенное
восстановление газообразным восстановителем, в частности, высших
окислов марганца в низшие. Так, пористость материалов после
размягчения может существенно отличаться от первоначально
определяемой [147, 148]. Следовательно, определение плотности и
пористости необходимо для характеристики шихтовых материалов.
Кажущийся удельный вес определяли методом парафинирования
и рассчитывали по формуле Х.К. Тагирова [149].
По ГОСТ 15165-69 кажущаяся плотность крупных партий
агломерата определяется с пробой 1 кг (2 пробы) при крупности
кусков 15-50 мм. Парафинирование в этом случае ведут для каждого
куска, погружая его на 1 с в расплавленный парафин. Взвешивание
данной пробы производят с точностью ±5 г.
В таблице 4.! для сравнения приводятся данные из работы [ 150]
истинных и кажущихся удельных весов и пористости марганцевых
руд Ушкатын III и Атасуйской группы.
Результаты исследования сведены в таблицу 4.2. Удельный вес
кусковой руды - 3,68 г/см3. Для марганцевых агломератов с
применением в качестве флюсов мелочи доломита с Алексеевского
рудника плотность составила 1,78 г/см3. У агломерата, полученного из
фракции 0-10 мм, представляющей собой глинистую пустую породу.
79
имеющей в составе марганца до 15 % и кремнезема до 44 % плотность
- 1,70 г/см3.
Первичные руды месторождения «Тур» являются более
плотными, чем окисленные. Это объясняется тем, что первичные руды
состоят в основном из плотных марганецсодержащих минералов, в
частности из гаусманита, плотность которого равна 4,7-4 ,8 г/см3 [151],
тогда как окисленные включают менее плотный псиломелан (3,9
г/см3).
Таблица 4.1 - Удельный вес и пористость некоторых марганцевых руд
Казахстана [1501___________________________ __________________
Месторождение
марганцевых руд
Ушкатын III:
а Окисленная
- Первичная
Большой Ктай
Восточный Каражал
Западный Каражал
Участок Дальний Восток
Концентрат Тур I сорт
Концентрат Тур II сорт
Удельный вес, г/см3
Пористость, 1
%
истинный
кажущийся
3,66
4,15
3,07-4,97
3,02-4,21
4,43-5,40
4,08-4,12
3,15
2,88
4,45
4,28
1,96-3,15
2,15-3,85
3,14-4,94
3,31-3,87
3,05
2,81
17,80
3,00
12Д-25,9
9,7-22,8
8,5-29,1
7,6-18,8
ЗДО
2,43
Таблица 4.2 - Истинный и кажущийся удельный вес и пористость
марганцевой руды и агломерата из мелочи месторождения «Тур»
Материал
Удельный вес, г/см3
Пористость, %
Руда кусковая
Агломерат из мелочи
Агломерат с флюсом
истинный
кажущийся
3,68
1,70
1,78
3,12
1,63
1,66
3,40
32,7
30,5
Пористость марганцевой руды месторождения «Тур» находится
на уровне аналогичного показателя первичной руды Ушкатын III, а
пористость марганцевых агломератов значительно выше, чем у
марганцевой руды месторождения «Тур». Это можно отнести к
положительной характеристике с металлургической точки зрения, так
как для агломерата может быть достигнуто ускорение процесса
восстановления ведущих элементов [151].
80
4.2
И сследован ие эл ектр осоп роти влен ия
м арганцеворудны х м атери алов и ш ихт на их основе
ок ускованн ы х
Работа ферросплавных печей в большой степени зависит от
глубины погружения электродов в шихту, что улучшает технико­
экономические показатели протекающих процессов. При высоко
сидящих электродах зона плавления перемещается вверх, что резко
ухудшает ход процесса: увеличиваются тепловые потери с
колошниковыми газами, затрудняется обслуживание перегретого
колошника,
температура
горна
повышается,
что
создает
дополнительные трудности при выпуске металла и шлака,
уменьшается
извлечение
основных
элементов
вследствие
повышенного улета.
При постоянном вторичном напряжении глубина погружения
электродов зависит от общего сопротивления ванны печи, которое
в свою очередь зависит от природы применяемых руд, вида их
подготовки (агломерирование, окатывание, брикетирование),
фракционного состава материалов и вида восстановителей. В работе
[152] установлено, что агломерированные и окатанные руды
обладают повышенным электросопротивлением. В работе [153]
отмечено понижение проводимости шихт с более мелким составом
материалов.
Способ подготовки шихтовых материалов, тип окускованных
материалов, отражаются на электросопротивлении шихты [154 — 157].
В результате возникает необходимость проведения исследований по
изучению электросопротивления окускованных шихтовых материалов
применяемых в настоящее время на отечественных ферросплавных
заводах для выплавки стандартных марок силикомарганца.
4.2.1
Методика
проведения
экспериментов.
Изучение
электросопротивления шихтовых материалов и шихт проводилось по
методике описанной в работе [156], которая позволяет определять
электросопротивление материалов и шихт при температурах до 1800 °С
в насыпном слое с одновременной фиксацией степени их размягчения
(усадки).
На рисунке 4.1 показана принципиальная схема установки.
Давление на материал составляло 0,02-0,04 МПа, скорость нагрева
20-25 град/мин, внутренний диаметр алундовой трубки 0,03 м,
высота слоя материала 0,025 м. В данное время этот метод
применяется для определения электросопротивления материалов и шихт
различными исследователями [1 5 8 - 162].
При проведении опыта измерялось электросопротивление
выбранных компонентов и всей шихты. При этом контролировались
81
все факторы, влияющие на сопротивление шихты: температура,
агрегатное состояние, степень восстановления материалов. Для
объяснения
причин
изменения
электросопротивления
ведется
постоянное наблюдение за изменением объема материалов.
печь сопротивления;
2
граф итовая труба;.
3 - ааундовая трубка; 4 - магнезитовая подставка; 5 - нижний
графитовый электрод; 6 - шихта; 7 - верхний графитовый электрод;
8 - водоохлаждаемый цилиндр; 9 - диэлектрическая прокладка;
10 — подвижный ры чаг; 11 - втулка; 12 - индикатор; 13 - груз;
14 - ш кала: 15 - ом м етр; 16 - терм оп ара; 11 - потенц иом етр
Рисунок
4.1
электросопротивления
Схема
установки
по
определению
При
измерении
электрического
сопротивления
шихты
фракционный состав
ее подбирался пропорционально крупности
компонентов шихты, применяемой з производственных условиях,
пределы которого уменьшались на порядок.
4.2.2 Результаты и их обсуждение. На рисунке 4.2 представлена
температурная зависимость удельного электросопротивления (УЭС)
марганцевых руд (мелочи) и агломератов.
Агломерат
-±~ М елкая руда
О ф . аглом ерат
Рисунок 4.2 - Изменение УЭС марганцеворудных материалов
при нагревании
Из рисунка 4.2 видно, что при низких температурах, вплоть до
850 °С, сопротивление мелочи марганцевой руды является
наименьшим.
При сравнении кривых УЭС неофлюсованного агломерата и
офлюсованного агломерата можно заметить, что они идут почти
параллельно до 960 °С, после чего темпы снижения УЭС
неофлюсованного агломерата заметно снижается.
Характерно, что при низких температу рах УЭС офлюсованного
агломерата, в отличие от остальных, снижается с меньшей
интенсивностью, и при 670 °С и 960 °С выравнивается с
неофлюсованным агломератом. При температурах 1000 °С УЭС резко
снижается,
что
можно
объяснить
началом
оплавления
83
неофлюсованного
агломерата,
сопровождающимся
заметным
изменением объема.
Температурные
зависимости
электросопротивления
шихт
приведены на рисунке 4.3. Как видно, электросопротивление шихт в
определенной степени зависит от УЭС применяемых восстановителей,
особенно при высоких температурах.
До 500 °С наибольшим УЭС обладает шихта с неофлюсованным
агломератом. При 500 °С УЭС шихт выравнивается. С увеличением
температуры электросопротивление шихт с рудой и неофлюсованным
агломератом, в отличие от шихты с офлюсованными агломератами,
снижается заметно быстрее. УЭС шихты с офлюсованными
агломератами до 800 °С снижается медленно, оставаясь практически
на одном уровне в интервале 650-850 °С. Далее до 1000 °С идет
резкое
снижение
УЭС,
обусловленное
процессами
начала
восстановления и металлизацией шихты. При 1000-1060 °С темп
снижения УЭС замедляется, после 1050 °С начинаются процессы
шлакообразования, что обуславливает дальнейшее более интенсивное
снижение УЭС.
Кокс+руда
Кокс+Оф. агломерат
Кокс+Агломерат
Рисунок 4.3 - Изменение УЭС шихт при нагревании
84
Как видно из рисунка, шихта с офлюсованным агломератом по
такому важному показателю как УЭС для электротермических
процессов, к которым относится и получение ферросиликомарганца,
превосходит марганцевую руду и неофлюсованный агломерат [ 163].
Данное превосходство нельзя объяснить более высоким УЭС
офлюсованных агломератов. Как видно из рисунка 4.3, офлюсованные
агломераты лишь в интервале 700-960 °С обладаю т более высоким
электросопротивлением, чем мелкая марганцевая руда и
неофлюсованный агломерат. Как показывают исследования 1164] на
удельное электросопротивление шихт существенное влияние
оказывают не только УЭС отдельных составляющих шихты, но и
отношение объёмов непроводящих при нормальных условиях (руда,
кварцит) компонентов к проводящим (восстановители).
Данные опытов сведены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Фракционный состав шихтовых материалов
Материал
в условиях
1 в условиях
производства
опыта
| Марганцеая руда:
1
1- мелкая
0 -1 0
0- 1
| - кусковая
1 0 -1 5 0
1-10
( Агломерат (АМ)
1 -5
1Офлюсованный
агломерат
|(АМО)
■
1Коксик
5-25
0 ,5 - 2 ,5
|
1-5
Вследствие разрыва коксовых токопроводящих
цепочек
рудными кусками удельное электросопротивление шихты всегда
больше, чем слоя углеродистого материала, что отмечается н работе
[165]. С повышением температуры разность
и
уменьшается в
связи с металлизацией и перерождением минеральной структуры
рудных компонентов. Для практических расчетов удельного
сопротивления шихты авторами [165] предложено уравнение
А* =А 1+ -
где
или
1п - !Й- = » 1 1 п 1 + -
В.
(4.1;
и кг - исходные объемы рудной и углеродистой частей
шихты;
85
1
т - показатель степени, зависящий от температуры, которая для
заданного значения 7} равна т, =1п(Р>шх/Р>
у)/1п(1+У/ Уу).
Зная значения рш и
рг при разных температурах, а также
отношение V /V можно определить значение показателя степени т.
Зависимость т от температуры как правило имеет линейный характер.
Результаты аппроксимации показателя степени приведены в таблице
4.4.
Таблица 4.4 - Коэффициенты уравнения для расчета УЭС шихт из
различных марганцеворудных материалов__________________________
Коэфф.
т = а + Ь ■ 10 Т
Материал
коррел.
а
Ь
Мелочь марганцевой руды
17,6255
-9,49692 0,990
1,55
Неофлюсованный
1,28
агломерат
21,66222 -11,8777 0,989
Офлюсованный агломерат
1,22
17,64316 -9,06737 0,947
Зная значения т и используя формулу (4.1) можно рассчитать
значения
для различных марганцеворудных материалов во всем
интервале температур при использовании различных углеродистых
восстановителей и их смесей.
Для нахождения т для каждого вида сырья с соответствующими
флюсующими добавками и навеской кокса определяют отношение У /
Уу (это отношение принимается константой для заданной шихты во
всем интервале температур, т.е. усредненное значение) [165]. Затем
составляется таблица из риау, руу.1п (р„ау р у.0Н 1+УУ Уу); Щ для всех 7}.
при которой фиксировались УЭС материалов. Далее строят график
т,=/[Т^ и обрабатывая эти данные методом наименьших квадратов
находят
коэффициенты
линейной
регрессии
т = а + Ъ 1 0 '-Т .
Полученная
эмпирическая зависимость может быть, затем
использована для оценки проводимости шихты для различных
температурных зон колошника в печи.
Дериватографические
исследования
марганцевых
4.3
агломератов
Дериватографический метод был выбран в качестве основного
экспериментального метода исследований фазовых и химических
превращений
в
марганцевых агломератах при
нагреве в
86
окислительных и восстановительных условиях, по нижеприведенным
причинам.
Исследование физико-химических свойств руд, агломератов и
карботермического восстановления в условиях, соответствующих
реальному технологическому процессу производства ферросплавов,
требует использования методики эксперимента, позволяющей
наблюдать за превращениями в руде при изменяющейся температуре
(в динамическом режиме). Такое требование к эксперименту
диктуется тем обстоятельством, что в процессе плавки шихтовые
материалы
в
печи
проходят
последовательно
различные
температурные зоны, и нагрев шихты осуществляется со скоростями
7-15 °С/мин в зависимости от ее положения относительно электродов.
Дериватограф модели (3-15000 позволяет моделировать процесс
нагрева на низкотемпературной стадии восстановления, в интервале
температур до 1500 °С с заданными скоростями нагрева: 3,75; 7,5; 10;
15 °С/мин. Получаемые в таких условиях экспериментальные данные
представляются более приближенными к реальным условиям
процессов, протекающих в «зоне твердой шихты» и, частично, в
«переходной зоне» рудновосстановительной печи, чем данные,
получаемые в статическом температурном режиме [166].
Для процесса выплавки ферросиликомарганца в открытых рудновосстан овительных
печах
характерна
значительная
разница
температурных и окислительно-восстановительных условий по
высоте шихты. По мере опускания шихты температура растет,
окислительные условия, характерные для верхних слоев шихты,
меняются на восстановительные. Очевидно, нельзя полностью
исключать частичное развитие окислительных процессов в рудных
материалах, находящихся в верхних горизонтах печи. Окислительные
процессы изменяют химический и фазовый состав рудных
материалов, что влияет на условия восстановления. Дериватограф
позволяет моделировать процессы нагрева в различных газовых
средах: в окислительной (воздух), в нейтральной атмосфере инертного
газа (например, аргона), в восстановительной атмосфере, характерной
для нижних слоев рудновосстановительной печи и возникающей в
результате газификации углерода шихты.
На дериватограмме смеси марганцевого кускового концентрата
месторождения Тур с марганцевым агломератом (рисунок 4.4)
зафиксированы те же эффекты, что и на дериватограмме кусковой
марганцевой руды (рисунок 2.5), но при этом появляются
дополнительные эффекты при 570 и 625 °С.
87
а - 3 0 % марганцевого агломерата и 70 % кускового концентрата Тур
(вес навески 1800 мг); 6 - 30 % марганцевого агломерата и 70
%мелочи марганцевой руды месторождения Тур (дериватограмма
дефектная)
Рисунок 4.4 - Дернватограммы смесей марганцевого агломерата,
кускового и мелкого концентрата
Общая потеря веса при этом составляет 190 мг (10,56 %). Потеря
веса при пиролюзитовом эффекте (по кривой ТС при
чувствительности 500 мг) составила 100 мг (5,56 %) от начального
веса, при полиперманганатовом - 162 мг (9,0 %), а при курнакитовом
эффекте 187 мг (10,39 %).
6
а - 19,4
1900 мг)
% марганца (навеска 1660мг); б - 23,1% марганца (навеска
Рисунок 4.5 — Дернватограммы
окислительной атмосфере
89
марганцевого агломерата и
Дернватограммы марганцевых агломератов с различным
содержанием марганца и навеской (рисунки 4.5, а и 6) практически
идентичны. На обоих дериватограммах фиксируется эндотермический
эффект в интервале температур от 25 до 500 °С и экзотермический
эффект окисления остаточного углерода в интервале температур
500-800 °С с потерей веса. На экзотермический ход кривой
накладывается эндотермический эффект полиморфного преврашеиия
кварца при 560-570 °С (пример рисунок 4.6). Проявление данного
эффекта связано с высоким содержанием кремнезема в агломерате, до
47,9 % (таблица 3.13). Эндотермический эффект в интервате
температур 800-1000 °С сопровождается согласно кривой ТГ слабым
увеличением веса, что возможно связано с окислением низших
оксидов марганца и железа образованных в восстановительных
условиях при агломерации.
Общая потеря веса при 1000 °С составила 4,5мг (0,27 %).
Максимальная потеря веса фиксируется при 750 °С 13мг (0,78 %) и
800 °С 17мг (0,89 %) соответственно для проб марганцевого
агломерата с содержанием 19,4 % Мп и 23,1 % Мп.
Рисунок 4.6 - Дериватограмма кварцитовой крошки (навеска
1410 мг) в воздухе
90
Согласно результатам рентгенофазового анализа (рисунок 4.7)
минеральный
состав
марганцевых
агломератов
представлен
гаусманитом, ферритом марганца, фиксируются незначительные
количества магнетита. Присутствие небольших количеств карбонатов
марганца и кальция (Са,Мп) СОз свидетельствует о неполном
протекании процессов диссоциации карбонатов при агломерации и
разложение совместно со сгоранием частиц остаточного углерода,
является причиной уменьшения веса на дериватограммах (рисунки
4.5 и 4.6) в интервале температур 500-800 °С.
На дериватограммах марганцевых агломератов с добавками 5 и
10 % доломита (рисунки 4.8, а и б) фиксируются те же эффекты, что и
на рисунке 4.5.
о
3,342
а
4,25В
Ч
а
1,374
1,810
Щ I
| Щ
I____ »
о
3 ,3 3
о
о
1,54
1,82
•
* о
2,4 7 . 2.5 2 , ,.
4,24
4,9
Л^А ли.
I
32
28
24
20
б
а - агломерат с содержанием 19,4 % марганца; б - агломерат с
содержанием 23,1 % марганца ( 0 - кварц; о - гаусманит;
х - Мп- феррит)
Рисунок 4.7 - Рентгенограммы марганцевых агломератов
91
а - в количестве доломита 5 % (навеска 1530 мг); б - в количестве
доломита 10 % (навеска 1610 мг)
Рисунок 4.8 - Марганцевый агломерат с добавкой доломита
При визуальном сходстве кривых ДТА агломератов, как с
добавками доломита, так и без, обработка кривых ТГ позволила
выявить различие в динамике потери веса при нагревании (рисунок
4.9). Так у агломератов с добавками доломита фиксируется более
высокая потеря веса при температурах выше 500 °С, причем с
увеличением добавок доломита потери веса увеличиваются.
Сравнение изменения скоростей потерь веса агломератов
позволило выявить температурные интервалы, в которых фиксируется
увеличение веса проб (рисунок 4.10). Как видно на рисунках 4.9 и 4.10
увеличение потерь веса в агломератах с добавками доломита связано с
более высокой устойчивостью к вторичному окислению в интервале
температур 750-1000 °С.
Некоторое увеличение веса проб в интервале температур 350 450 °С свидетельствует о присутствии в агломерате оксидов марганца
в несвязанном состоянии, которые окисляются до устойчивой при
данных температурах фазы, а именно курнакита.
Рентгенофазовым анализом установлено, что марганец в
агломерате с добавками доломита представлен ферритом марганца,
также присутствует магнетит (рисунок 4.11). Пустая порода
представлена кварцем и карбонатами (Са,М§)СОз [167].
92
Рисунок 4.9 - Динамика потерь веса агломератов
21
1.6
-
\
1-
С к о р о с ть
потерь
в е с а , IV
2.5 -)
Ь С - 1 ____ Л Л ; - .
а
•0,5 1
100
200
300
400^ 500
50
600
700
800 к А »
в
-1 1
Температур*. 'С
— Агломерат
•• •Агломерат ♦ 5% доломита
—►
— Агломерат ♦ 10 % доломита
Рисунок 4.10 - Изменение скорости потерь веса агломератов
93
2.51
а
1,5*
2.28
2в
1
2«
1
га
и
ч
3,342
«
о
1*335
1,539
40
1*819
36
32
С
4,248
оV V
0 2531 х **Г:4
^Ц6 2>Я
к 2.М
2А$л Д
2.56
28
24
20
16
а - агломерат с добавкой 5 % доломита; б - агломерат с добавкой 10 %
доломита (<§ - кварц; V - магнетит; х _ феррит)
Рисунок 4.11 — Рентгенограммы марганцевых агломератов с
доломитом (офлюсованный)
Обработкой термических эффектов на кривых ДТА (рисунок 4.5
и 4.8) по методике Пилояна, ранее примененной для определения
значения кажущейся энергии активации эндотермических эффектов в
марганцевой руде (глава 2), были получены данные об Евкт процессов
для каждого интервала температур (таблица 4.5).
Анализ полученных данных, позволяет выделить тенденцию
изменения энергии активации по мере увеличения добавок доломита.
Например для интервала температур 450-825 °С кажущаяся энергия
активации протекающих процессов понижается с 40,98 до 35,46 и
28,97 кДж/моль при добавках доломита 0, 5 и 10 %, соответственно.
Для процессов при температурах выше 825 °С также фиксируется
понижение значения кажущейся энергии активации с 185,34 до 110,57
и 158,17 кДж/моль.
94
ОО
Оч.
Таблица 4.5 - Значения кажущейся энергии активации определенной
по тангенсу угла наклона прямой зависимости 1)>А/ - ! / Г
Температурный интервал,
Параметры
Материал
°С
825Температурный
25-450 450-825
интервал, С
1000
Неофлюсованный
185,34
Еает. кДж/моль
5,90
агломерат
Ккор, достоверность
0,85
0,94
0,96
аппроксимации
Температурный
82525-450 450-825
интервал, С
1000
Агломерат с 5 %
Бак,-, кДж/МОЛЬ
35,46
110,57
доломита
4,94
(офлюсованный)
Кир, достоверность
0,95
0,94
0,85
аппроксимации
Температурный
85025-425 425-825
интервал, С
1000
Агломерат с 10 %
Еает, кДж/моль
доломита
8,95
28,97
158,17
(офлюсованный)
Ккор, достоверность
0,92
0,88
0,83
аппроксимации
Таблица 4.6 - Уравнения линеаризации и коэффициенты регрессии
Наименование
материала
Уравнения
Х+4,5989
Агломерат с 10 % Ш В Ш
доломита
У425425=-3,9427 •Х+6,1482
(офлюсованный)
У850-1000=-21,522 -Х+17,545
Агломерат с 5 % У25-45о=-0,6728 Х+3,1103
У«о-*25=-4,8259 Х+7,0821
доломита
(офлюсованный)
У825-юоо~ 15,043 'Х+12,868
У25-450—0,8029 Х+3,3761
Неофлюсованный
У4зм25=-5,5753 Х+7,9053
агломерат
У825-Ю00—25,221 -Х+22,226
У25-5оо=-0,8705 -Х+3,4323
Смесь,
кусковая У5оо-7оо=-Ю,276 Х+12,893
руда + агломерат
У7оо-925=-14,5П Х+14,654
У925-юоо=-21,499 Х+18,322
Кцор.
Еакт>
кДж/моль
0,92
0,882
0,835
0,946
0,941
0,85
0,956
0,853
0,939
0,916
0,994
0,961
0,972
8,976
28,976
158,177
4,944
35,466
110,573
5,899
40,976
185,349
6,397
75,529
106,637
158,009
Таким образом, можно констатировать, что добавки доломита в
агломерате
снижают
энергетический
барьер
окислительно*
95
восстановительных процессов и положительно сказываются на
уменьшении вторичного окисления агломератов, что положительно
сказывается на расходе восстановителя.
4.4
Петрографические
исследования
марганцевых
агломератов
Петрографический анализ марганцевых агломератов проведен с
использованием микроскопа «№орЬо1-21». Для микроскопических
исследований были изготовлены полированные шлифы для анализа в
отраженном свете. На рисунке 4.12 представлена микроструктура
марганцевого агломерата (неофлюсованного) с содержанием марганца
19,4%.
б
1-браунит; 2-тефроит; 3-гаусманит; 4—фаялит; 5-пиролюзит; 6 манганозит.
Рисунок 4.12 (о и б) - Микроструктура марганцевого агломерата
(неофлюсованного) с содержанием марганца 19,4 %, с увеличением
х150
Структура неоднородная, в отдельных участках микропористая.
В отдельных микрообъемах наблюдаются реликты руды слегка
оплавленные, по краям которых наблюдаются продукты замещения
96
представленные смесью браунита - 3(Мп, Ре^ОуМпЗЮг (цвет в
шлифе - серый), тефроита - МП2ЗЮ4 (цвет в шлифе - темно-серый) и
гаусманита - МП3О4 (цвет в шлифе - светло-серый), а также
небольшие объемы скоплений зерен фаялита (цвет в шлифе
- серый).
Рудная масса представлена зернами пиролюзита - МпСЬ (цвет в
шлифе - светлый, почти белый), смесью манганозита - МпО (цвет в
шлифе - белый), браунита и гаусманита.
Цементирующая
масса
представлена
стекломодобпым
веществом, содержащим зерна фаялита и корольки металла.
На рисунке 4.13 представлена микроструктура марганцевого
агломерата (неофлюсованного) с содержанием марганца 23 %.
б
1-пиролюзит; 2-манганозит; 3-браунит; 4-тефроит; 5-фаялит
Рисунок 4.13 (а и б) - Микроструктура марганцевого агломерата
(неофлюсованного) с содержанием марганца 23 %, с увеличением
* 150
97
Структура микропористая. Рудные минералы представлены
ксеноморфными зернами пиролюзита — МпОг (цвет в шлифе —
светлый, почти белый), манганозита - МпО (цвет в шлифе - белый),
брауиита - 3(Мп, Ре^ОуМпЗЮо (цвет в шлифе - серый). В результате
агломерации зерна манганозита регенерировались, т.е. укрупнились,
межзерновые пространства заполнены тефроитом - МП2ЗЮ4 (цвет в
шлифе - темно-серый). Кроме того, в шлифе наблюдаются крупные
ксеноморфные зерна фаялита - Ре25 Ю4 (цвет в шлифе — серый),
возможно присутствует марганцево-железистый монтичеллит —
Са(М§, Ре, Мп)5Ю4. Наблюдаются реликты первоначальной руды.
Стеклоподобное вещество, как правило, отмечается в виде каемок
вокруг пор и реликтов первоначальной руды.
На рисунке 4.14 представлена микроструктура марганцевого
агломерата с доломитом 5 %.
1-пиролюзит; 2-манганозит; 3-браунит; 4-монтичеллит; 5-тефроит
Рисунок 4.14 - Микроструктура марганцевого агломерата с
доломитом 5 %, с увеличением *150
Структура пористая, неоднородная. Наблюдаются в пробе
микрообъемы с петельчатой структурой. Стенки петел сложены
пиролюзитом - МпОг (цвет в шлифе - светлый, почти белый). Кроме
того, в шлифе отмечаются микроглобулярные зерна манганозита —
МпО (цвет в шлифе —белый), реже встречаются микрозерна браунита
- 3(Мп, Ре^Оз-МпЗЮг (цвет в шлифе - серый) и корольки металла.
98
Основная связующая м асса п редставлена пластинчаты м и зернами
монтичеллита - (М§, Ре)2ЗЮл (цвет в ш лифе - серы й) и теф рои та МП2ЗЮ4 (цвет в шлифе - тем но-серы й).
Вокруг пор наблю дается узкая каем ка стеклом одобного вещ ества
- цвет в шлифе от тем но-серого д о черного.
На рисунке 4.15 п редставлена м икроструктура м арганцевого
агломерата с долом итом
10 % . С труктура м икропористая.
Наблюдается участок «м анганозитового солнца». Зерна м анганозита М п 0 2 (цвет в ш лиф е - белы й) глобулярной ф ормы им ею т различную
оптическую ориентировку, а частично внутри их на границах зерен
имеются новообразования пиролю зита — МпСЬ (цвет в ш лифе светлый, почти белый).
1-манганозит; 2 -пиролюзит; 3 -гаусманиг; 4-браунит; 5-форстерит;
6~монтичеллит
Рисунок 4.15 - Микроструктура марганцевого агломерата с
доломитом 10 %, с увеличением *150
99
Из рудных минералов кроме выше указанных минералов
отмечаются небольшие скопления и отдельные зерна гаусманита —
МП3 О 4 (цвет в шлифе - светло-серый), браунита - 3(Мп, Ре)2Оз*
М п5Ю 2 (цвет в шлифе - серый).
Из нерудных минералов наблюдаются зерна форстерита М&2& О 4 (цвет в шлифе - серый), включающие микрозерна
монтичеллита - (М§, Ре) 2 $Ю 4 (цвет в шлифе - серый).
Кроме того, в шлифе отмечаются реликты первоначальной
шихты, оплавленные по краям, а также стеклоподобное вещество
вокруг пор и оплавленных обломков шихты - цвет в шлифе от темно­
серого до черного.
Как показывает проведенный нами петрографический анализ,
рудная часть марганцевых агломератов различного состава состоит в
основном из минералов пиролюзита МпОг, манганозита МпО и
браунита 3(Мп, Ре) 2 0 3 • М п5Ю 3. Изменение химического состава
агломератов в основном сказывается на фазовом составе пустой
породы. Так, введение в состав аглошихты доломита в количестве 5%,
судя по петрографическому анализу, привело к появлению в составе
агломерата монтичеллита (М§, Ре) 2 §Ю 4 , который представляет собой
твердый раствор содержащегося ранее в марганцевой руде фаялита
Ре 2 ЗЮ 4 и образовавшегося форстерита М§ 2 § 1 0 4 . Увеличение расхода
доломита с 5 до 10% приводит к выделению наряду с монтичеллитом
и свободного фостерита. На возможность образования в повышенных
количествах форстерита указывалось выше, при теоретическом
изучении влияния добавок доломита в аглошихту на основании
результатов термодинамически-диаграммного анализа системы М §0МпО-СаО-А12 Оз-ЗЮ 2.
Таким образом, полученные результаты петрографического
анализа по влиянию доломита на фазовый состав агломератов
полностью подтверждают данные термодинамически-диаграммного
анализа.
100
4.5
Изотермическая кинетика восстановления марганцевых
агломератов
Технико-экономические
показатели
технологии
выплавки
ферросиликомарганца зависят от скорости восстановления кремния и
марганца, характера протекания процесса шлакообразования. На эти
факторы влияют температура процесса, химический состав шихтовых
материалов
и
их
температура
размягчения,
удельное
электросопротивление шихты, восстановимость рудных материалов и
др.
Кинетика и механизм восстановления марганцевых руд, а также
влияние на этот процесс различных добавок были изучены в работах
[167-169]. В работе [151] изучена кинетика получения марганцевых
сплавов из руд месторождений Атасуйской группы и Ушкатын III.
На лабораторной установке нами была изучена изотермическая
кинетика восстановления марганцевых агломератов месторождения
«Тур»,
что
крайне
важно
для
понимания
механизма
карботермического
восстановления
и
совершенствования
металлургических процессов.
4.5.1
Методика исследований. При проведении исследований в
качестве окускованных марганцеворудных материалов нами были
использованы кусковая и мелкая марганцевая руда месторождения
«Тур», а также марганцевый агломерат с добавками доломита (5 % и
10 % доломита в агломерате), произведенные в крупнолабораторных
условиях на Аксуском заводе ферросплавов.
Исследования проводили на шихте, рудная часть которой
представлена из смеси кусковой марганцевой руды (70 %) и мелкой
марганцевой руды или агломератов (30 %). В качестве восстановителя
применялся металлургический коксик КНР (12,33 % Лс, 5,15 % V1;
2,36 % \У).
Влияние температуры и времени нагрева на степень
восстановления марганца и кремния изучали в печи Таммана
термогравиметрическим
методом.
Метод
достаточно
точен,
чрезвычайно прост, не требует сложных приспособлений и приемлем
для процессов, протекающих при высоких температурах. Он основан
на допущении, что при восстановлении оксидов шихты углеродом в
любой промежуток времени выделяется только оксид углерода. Ото
только допущение, ибо шихтовый материал (руда) всегда содержит
влагу и углекислый газ, которые при высоких температурах
добавляются к выделившемуся газу. В выбранном методе эти
выделения также учитываются взвешивающим устройством, и мы
получаем общую картину кажущейся энергии активации. Чтобы
101
исключить влияние гранулометрического состава марганцевой руды и
восстановителя на результаты исследования восстановимости, все
шихтовые материалы предварительно дробились до фракции 0-1 мм.
Состав исходных материалов и золы кокса приведен в таблице
4.7.
Таблица 4.7 —Химический состав материалов
Химический состав, %
Материал
Мп
Руда
кусковая
Руда
мелочь (010мм)
Агломерат
Агломерат
с
Рвобш
СаО
АЬОз
Щ
О
ЗЮ2
С |
5
Р
1
41,6
4,33
4,84
1,65
0,73
17,8
0,039
-
19,7
6,51
6,64
1,33
0,88
37,2
0,095
23,1 | 5,89
16,1 8,53
6,31
6,80
4,17
4,06
1,16
2,58
40,4
43,0
0,086
0,108
1,9
1,8
0,035
0,031
22,43
2,70
0,80
54,2
0,425
-
-
0,048
0,052
ДОЛОМИТОМ 1
Зола кокса •
(КНР)
11,65
........
!
Количество восстановителя в опытах принимали исходя из
стехиометрически необходимого количества углерода для полного
восстановления оксидов марганца, железа и кремния на 65 %, а также
на науглероживание полученного металла до 2,0 % С. Для каждого
опыта были взяты пробы состоящие из 75 г марганцеворудной смеси и
соответствующего количества кокса. Дозированную шихту помещали
в графитовый тигель и помещали в нагретую до заданной
температуры печь, подвешивая с помощью молибденовой проволоки
к аналитическим весам. Плавильным агрегатом в установке являлась
печь Таммана с графитовым нагревателем. Опыты проводили в
изотермическом режиме при температурах 1100; 1200; 1300; 1400;
1500 °С в течении 1 часа. Температуру измеряли термопарой ВР-5/20.
Подводимая мощность регулировалась плавно, благодаря чему
температуру можно было поддерживать в нужном диапазоне.
Отклонение температуры от заданной не превышало ±5 град.
Охлаждение тигля производили на воздухе. О степени восстановления
судили по убыли веса пробы. Из практики исследования
восстановимости железорудных материалов известно [170, 171], что
степень восстановления определяется отношением массы отнятого
102
при восстановлении кислорода к массе исходного кислорода,
связанного в образце материала с восстанавливаемым металлом, в
нашем случае с марганцем, кремнием и железом. Степень
восстановления определяли по формуле:
(4.2)
где 0% и О2 ~ масса кислорода в исходном и восстановленном
(подвергавшемся воздействию восстановителя в течение того или
иного промежутка времени) образцах марганцеворудного материала.
Для расчета а по экспериментальным данным пользовались
формулой
АО"
а ~ о" "
где
А/я -16/28
о"
(4.3)
Д/н - потеря веса, г.
В связи с тем, что связанный с марганцем, железом и кремнием
кислород прямым химическим анализом не определяется, величина
О?! обычно подсчитывается с помощью расчетных формул, в которых
вместо кислорода фигурируют более удобные для прямого
экспериментального определения величины, например полученные
химическим анализом содержания оксидов марганца, кремния и
железа. Приняв допущение о том, что в исследуемом исходном
марганцеворудном материале и в золе кокса кислород связан с
марганцем, кремнием и железом в соотношениях, определяющихся
стехиометрией чистых оксидов, можно рассчитать масс} кислорода в
марганцеворудном материале и коксе.
4.5.2
Результаты и их обсуждение. В таблице 4.8 дан весь
материал эксперимента по изучению восстановимости различных
марганцеворудных материалов углеродом коксика.
Для получения кинетических характеристик восстановления
марганцеворудных материалов в зависимости от температуры и
продолжительности процесса провели обработку полученного
массива данных по специально для этих случаев разработанным
моделям.
103
Таблица 4.8 - Степень восстановления марганцеворудных материалов
г О
р
Степень превращения (а) при времени (т, мин)
15
20
I
25
Ю
70 % кусковая руда и 30 % мелкая руда
0,046
0,110
0,160
0,206
0,237
0,076
0,163
0,219
0,258
0,292
0,24!
0,123
0,313
0,366
0,412
0,434
0,199
0,350
0,494
0,545
0,266
0,453
0,555
0,640
0,703
70 % кусковая руда и 30 % агломерат
0,075
0,184
0,291
0,352
0,412
0,108
0,244
0,364
0,467
0,504
0,182
0,323
0,490
0,598
0,626
0,250
0,408
0,590
0,691
0,714
0,332
0,553
0,736
0,798
0,834
70 % кусковая руда и 30 % агломерат с доломитом
0,140
0,272
0,354
0,397
0,447
0,202
0,360
0,444
0,507
0,546
0,288
0,440
0,530
0,607
0,640
0,37 Г '
0,640
0,523
0,682
0,720
0,447
0,643
0,712
0,755
0,788
Степень превращения (а) при времени (т, мин)
35
40
45
50
55
70 % кусковая руда и 30 % мелкая руда
0,277
0,283
0,289
0,295
0,300
0,347
0,368
0,389
0,408
0,426
0,481
0,504
0,523
0,540
0,556
0,617
0,579
0,598
0,632
0,644
0,761
0,776
0,789
0,801
0,811
70 % кусковая руда и 30 % агломерат
0,460
0,484
0,495
0,470
0,507
0,571
0,645
0,590
0,613
0,631
0,677
0,722
0,737
0,698
0,753
0,760
0,781
0,790
0,803
0,826
0,892
0,914
0,870
0,906
0,910
70 % кусковая руда и 30 % агломерат с доломитом
0,513
0,526
0,543
0,546
0,558
0,609
0,629
0,640
0,649
0,596
0,712
0,722
0,685
0,695
0,735
0,788
0,798
0,815
0,818
0,775
0,896
0,928
0,858
0,873
0,915
5
1100
1200
1300
1400
1500
1100
1200
1300
1400
1500
1100
1200
1300
1400
1500
1, °.С
о
к>
о
1100
1300
1400
1500
1100
1200
1300
1400
1500
1100
1200
1300
' 1400
1
30
0,262
0,322
0,451
0,557
0,738
0,444
0,540
0,650
0,740
0,856
0,483
0,580
0,660
0,752
0,825
60
0,303
0,442
0,568
0,652
0,821
0,521
0,651
0,762
0,839
0,914
«п
О
О
0,561
0,652
0,745
0,827
0,938
Для внутри диффузионной области Яндер на основе
параболического распределения закона роста слоя продукта
предложил уравнение:
(1 -
)2 = кт,
104
(4.4)
где
а —степень превращения вещества;
к - константа скорости процесса;
г - время, прошедшее от начала опыта.
На рисунке 4.16 представлены
кинетические
восстановления различных марганцеворудных материалов.
кривые
а
•
||
п
II
41
II
м
М
Й
б
*
•
И
-<•—I •••
п
•
!!•«
т
■
*»***.**■
|
II
и
III*
В
а - 70 % кусковая и 30 % мелкая руда; 6 - 7 0 % кусковая руда и 30 %
агломерат; в - 70 % кусковая руда и 30 % агломерат с доломитом
Рисунок 4.16 - Кинетические кривые восстановления различных
марганцеворудных материалов при 1100-1500 °С
105
Более корректное уравнение для описания константы
твердофазного процесса в сферическом зерне было получено
Гистлингом и Броунштейном:
1 - (2/3 а ) - (1 - а )273 = кт,
(4.5)
Необходимо отметить, что уравнение Лидера (4.4) и ГистлингаБроунштейна (4.5) основаны на общем предположении: скорость
диффузионного процесса обратно пропорциональна толщине слоя
продукта реакции. Различие этих уравнений, моделирующих
твердофазный процесс, основано лишь на разных геометрических
предпосылках: Яндер рассматривает диффузию, приводящую к
образованию продукта реакции на плоской границе раздела фаз;
Гинстлинг и Броунштейн решают задачу диффузии в сферическом
зерне. По уравнению Гистлинга-Броунштейна. наиболее часто
применяемому
при исследованиях кинетики воостановления
различных материалов [172], математическая модель зависимости
степени превращения марганцевой руды от времени выражается в
виде уравнения прямой:
а = а + Ьх,
(4.6)
где (Ь) - угловой коэффициент, представляет собой константу
скорости процесса.
В
таблице
4.9
приведены
результаты
обработки
экспериментальных данных по модели Гистлинга-Броунштейна. В
качестве общей оценки можно указать, что данная модель с
достаточно высокой коррелированностью (Я не менее 0,9) описывает
изученный процесс, что ещё раз подтверждает его диффузионный
характер, т.к. это уравнение разработано для подобных процессов.
Анализируя данные таблицы 4.9, можно прийти к выводу, что
при одной и той же температуре различные марганцеворудные
материалы по увеличению константы скорости взаимодействия их с
углеродом кокса располагаются в следующем порядке: марганцевая
руда —I неофлюсованный агломерат —» агломерат с доломитом. Так
при 1100 °С константа скорости восстановления агломерата с
доломитом в 3,0 раза больше чем марганцевой руды и 1,8 раза больше
чем просто агломерата Аналогичного эффекта можно добиться
увеличением температуры процесса.
Используя данные таблицы 4.9, можно найти температурную
зависимость
константы
скорости
для
различных
видов
106
марганцеворудного сырья. Для этого задались следующей формулой
зависимости константы скорости от температуры, называемой в
физической химии уравнением Аррениуса:
где
' нт\
(4.7)
А —постоянная величина;
Еакт- энергия активации процесса;
Я - универсальная газовая постоянная (8,3 144 Дж/моль-К);
Т - температура, К.
Таблица 4.9 - Результаты обработки экспериментальных данных по
модели Гистлинга-Броунштейна
у = а + Ьх
Материал
70% кусковая
руда и 30%
мелкая руда
70% кусковая
руда и 30%
агломерат
70% кусковая
руда и 30%
агломерат с
доломитом
1, °С
1100
1200
1300
1400
1500
1100
1200
1300
1400
1500
1100
1200
1300
1400
1500
а
ь
-3,995
-3,559
-3,008
-2,257
-2,081
-3,564
-3,260
-2,632
-2^201
-1,810
-2,720
-2,224
-1,795
-1,493
-1,420
0,779
0,756
0,716
0,589
0,670
0,844
0,854
0,766
0,711
0,704
0,653
0,587
0,535
0,522
0,590
К
0,962
0,989
0,988
0,978
0,983
0,962
0,973
0,974
10,973
0,971
0,976
0,974
0,982
0,987
0,996
МО-3
14,343
21,533
35,379
61,649
83,594
23,912
32,791
55,127
78,747
115,114
43,004
63,542
88,951
117,226
142,725
Логарифмирование этого выражения дает зависимость
1п* = !п Л — = - • -
к
т,
(4.8)
которую можно представить в виде уравнения прямой
а * й + Ьх ,
107
(4.9)
Обработка данных таблицы 4.9 в координатах 1пк - 1/Т дает
возможность найти коэффициент Ь в уравнении (4.9), численно
равный - Еакп/Я , и коэффициент а, равный IпА. При известном Я
(8,3144) можно найти энергию активации процесса и значение
предэкспоненциального коэффициента А. Результаты расчетов
помещены в таблицу 4.10, где приведены искомые уравнения,
коэффициенты корреляции (Я) и величины кажущейся энергии
активации (Еат).
Таблица 4.10 - Кинетические характеристики восстановления
Материал
Кусковая и мелкая
руда
Кусковая руда и
агломерат
Кусковая руда и
агломерат
с
доломитом
Уравнение
К
А
1пк= -12612,0/Т +
0,996 70,43
4,255
1пк= -11060,2/Т +
0,995 40,78
3,708
1пк= -7376,5/Т +
0,999 9,44
2,245
Е
* * акту
кДж/моль
104,861
91,959
61,331
Анализируя расчетные данные энергии активации таблице 4.10
можно предположить диффузионный характер торможения реакции
восстановления всех исследуемых марганцеворудных материалов.
Судя по величинам энергии активации процесса, наиболее высокой
восстановимостью обладает агломерат с доломитом.
При фронтальном восстановлении оксидов марганца и кремния
углеродом вокруг зерен марганцевой руды образуется шлаковая
оболочка, состоящая преимущественно из кислых оксидов пустой
породы руды и золы восстановителя и обладающая высокой
вязкостью. Толщина ее зависит от состава руд, температуры, времени
и степени восстановления [167 — 172]. Эта оболочка представляет
собой шлаковый барьер для развития восстановления по глубине
зерен марганцевых руд. Оксиды кальция и магния, содержащиеся в
повышенном количестве в доломите, в процессе восстановления
растворяются в кислых и вязких шлакообразующих оксидах продуктах появляющихся при восстановлении марганцевой руды, и в
результате на контактной поверхности происходит образование более
основных и соответственно жидкоподвижных шлаков. Такие шлаки
легко разрушают шлаковый диффузионный барьер и оголяют
поверхность ядра марганцевой руды для нового контакта между
оксидами марганца и железа с углеродом.
108
Доломит, содержащийся в агломерате, снимая диффузионный
барьер, образующийся при фронтальном восстановлении зерен руды,
способствует более полному и интенсивному восстановлению оксидов
марганца и железа [173].
Таким
образом,
экспериментально
изучено
кинетика
восстановления марганцевых агломератов в сравнении с другими
марганцеворудными материалами применяемыми в настоящее время в
практике производства силикомарганца в диапазоне температур
1100-1500 °С. Опытные данные обработаны по кинетической модели
Хрущева, устанавливающей связь между степенью превращения
вещества и временем процесса при постоянной температуре.
Различные марганцеворудные материалы по увеличению константы
скорости взаимодействия их с углеродом кокса располагаются в
следующем порядке: мелкая марганцевая руда —+ неофлюсованный
марганцевый агломерат —* офлюсованный марганцевый агломерат.
Определили
кинетические
характеристики
восстановления
окускованных марганцеворудных материалов углеродом. Рассчитали
энергию активации процессов восстановления марганцеворудных
материалов,
анализируя
которые
можно сделать
вывод о
диффузионном характере торможения реакции восстановления всех
исследуемых
материалов.
Развитие
процесса
восстановления
лимитируется шлаковой оболочкой, состоящей преимущественно из
кислых оксидов пустой породы руды и золы восстановителя,
обладающих высокой вязкостью.
В офлюсованных доломитом агломератах отрицательное влияние
шлакового барьера снижается, благодаря повышенному содержанию в
его составе основных оксидов кальция и магния, которые в процессе
восстановления растворяются в вязких шлакообразующих оксидах, в
результате чего на контактной поверхности происходит образование
легкоплавких и жидкоподвижных шлаков. Такие шлаки легко
разрушают шлаковый диффузионный барьер и оголяют поверхность
ядра марганецсодержащих минералов для нового контакта между
оксидами марганца и кремния с углеродом, способствуя более
полному и интенсивному их восстановлению.
Провели исследования по изучению электросопротивления
окускованных шихтовых материалов в сравнении с мелочыо
марганцевой руды.
Получили температурные зависимости УЭС марганцевых руд и
агломератов,
а также
шихт
на их основе.
Наибольшим
электросопротивлением во всем интервале температур обладают
кусковые марганцевые руды. Офлюсованный агломерат д о 1300 °С
109
обладает более высоким УЭС, чем мелкая руда и неофлюсованный
агломерат.
Удалось установить, что электросопротивление шихт зависит от
УЭС применяемых видов марганцеворудных материалов, особенно
при высоких температурах. Шихта с офлюсованным агломератом по
такому важному показателю для электротермических процессов, как
УЭС превосходит мелкую марганцевую руду и неофлюсованный
агломерат.
В результате обработки экспериментальных данных получить
зависимость, позволившая рассчитать значения
для различных
марганцеворудных материалов во всем интервале температур при
использовании различных углеродистых восстановителей и их смесей.
Согласно дериватограммам, доломит уменьшает степень
окисления агломерата при высоких температурах, т.е. оказывает
стабилизирующее действие на его структуру.
Проведенные
комплексные
лабораторные
исследования
важнейших для электротермических процессов, к которым относится
и получение ферросиликомарганца, металлургических свойств
(восстановимость, удельное электросопротивление,
плотность,
пористость) агломератов позволяют говорить об их высоких
качественных характеристиках, что дает нам повод, надеется на
высокое извлечения марганца и кремния, рост производительности и
стабильный электрический режим при металлургическом переделе
офлюсованных
марганцевых
агломератов
в
промышленных
руднотермических печах.
Петрографический анализ показал, что введение в состав
аглошихты доломита в количестве 5 % приводит к появлению в
составе агломерата монтичеллита (М§, Ре^ЗЮ^. При увеличении
расхода доломита с 5 до 10 % приводит к выделению наряду с
монтичеллитом и свободного форстерита М§23Ю4. Полученные
экспериментальные данные полностью подтверждают результаты
термодинамически-диаграммного анализа.
НО
4.6 Исследование
физико-химических
свойств
марганцевых рудах месторождения «Западный Камыс»
в
4.6.1
Дифференциально-термический анализ фазовых
превращений. При разработке эффективной технологии переработки
рудного сырья важное значение имеет изучение закономерностей
протекания
физико-химических
процессов
при
нагреве в
неизотермических условиях в атмосфере воздуха. Исследованию
подвергнута мелочь марганцевой руды, смесь ее с глиной (шихта для
окомкования), смесь руды с глиной и коксиком с последующей
заменой части коксика на высокозольный уголь (шихта для выплавки
ферросиликомарганца). Для экспериментальных исследований нами
использован метод дифференциально-термического анализа (ДТА)
[178].
Дифференциально-термический
анализ
проводили
на
дериватографе системы Ф. Паулик, И. Паулик, Л. Эрдей, который
позволяет фиксировать изменение массы и разность температур при
непрерывном нагреве с заданной скоростью. Дериватограммы мелочи
марганцевой руды месторождения «Западный Камыс» (проба №1) и
смеси марганцевой руды и глины (проба №2) показали наличие ряда
эндо- и экзотермических эффектов диссоциации и окисления
марганцевых и железистых минералов, которые и стали предметом
исследования. Запись температурной и дифференциальной кривой
велась с применением платина-платинородиевой термопары.
Скорость нагрева составляла 20 градусов в минуту. Опыты по
изучению диссоциации проводились в атмосфере воздуха. Образцы
помещались в корундовый тигель диаметром 10 и высотой 12 мм в
порошкообразном виде (0,074 мм).
Дериватограмма мелочи марганцевой руды месторождения
«Западный Камыс», представленная на рисунке 4.17(а), имеет четыре
эндотермических эффекта. Согласно дериватограмме, первый
эндотермический эффект при температуре 200 °С соответствует
потере гигроскопической влаги, удаление которой протекает плавно и
не имеет ярко выраженных пиков. Суммарная потеря влаги
(гидратной и гигроскопической) составила 15-43 мг. Второй
эндотермический эффект при температуре 460 °С соответствует
получению и разложению а-курнакитового твердого раствора.
При температуре 650 °С проявляется третий эндотермический
эффект, характеризующийся разложением пиролюзита с образованием
браунита (Р-Мп20з) и кислорода, а также завершением разложения
карбонатов железа и марганца [128, 179].
111
а - марганцевая руда - 100 %; б - марганцевая руда - 90 % и глина 10%
Рисунок 4.17 - Дериватограммы исследуемых материалов
Четвертый экзотермический эффект при температуре 800 °С
соответствует разложению кальцита с образованием СаО.
На дериватограмме смеси мелочи марганцевой руды
месторождения «Западный Камыс» и глины (рисунок 4.17,6)
зафиксировано пять эндотермических эффектов. Эндотермический
эффект на кривой ДТА при температуре 180 °С соответствует
удалению гигроскопической влаги. Второй эндотермический эффект
при температуре 480 °С соответствует получению и разложению а курнакитового твердого раствора. При температуре 660 °С имеется
проявление пиролюзитового эффекта диссоциации (3-пиролюзита ф МпОг) с образованием р-курнакита (р-МпгОз), что говорит о
содержании большего количества минералов марганца в виде МП2О3.
Четвертый эндотермический эффект при температуре 800 °С
сопровождается уменьшением веса на 123 мг и соответствует
разложению кальцита и небольшой перекристаллизации псиломелана,
то есть наблюдается перманганитовый эффект. А при 900 °С
фиксируется гаусманитовый эффект, связанный с переходом Ркурнакита в р-гаусманит [128,179].
112
На рисунке 4.18 приведены дернватограммы марганцевых руд в
присутствии восстановителей.
а - марганцевая руда I 80 %, глина -10 %, кокс - 10 %;
6 - марганцевая руда - 80 %, глина - 1 0 % , кокс - 5 % и уголь - 5 %
Рисунок 4.18 - Дернватограммы исследуемых материалов
На дериватограмме смеси марганцевой руды, глины и кокса
(рисунок 4.18, а) зафиксированы два эндотермических и один
экзотермический
эффект.
Первый
эндотермический
эффект
соответствует испарению гигроскопической (адсорбированной) влаги
с максимумом при температуре 220 °С. Сложный окислительно­
восстановительный процесс восстановления М п02 (пиролюзита) до
МП3О4
(гаусманита)
протекает
с
высокой
скоростью,
соответствующий экзотермическому эффекту, с максимумом при
температуре 580 °С [180]. Последующий эндотермический эффект
при температуре 790 °С соответствует завершению процесса
восстановления МП3О4 до МпО. Образование монооксида марганца в
неизотермических условиях по данным [ 180] завершается до 850 °С.
На дериватограмме смеси марганцевой рулы, глины, кокса и
угля (рисунок 4.18, б) фиксируется эндотермический эффект
испарения гигроскопической влаги с максимумом при температуре
180 °С. При температуре 510 и 620 °С фиксируются два
экзотермических эффекта, свидетельствующих о последовательном
113
косвенном восстановлении высших оксидов марганца до низших
летучими компонентами угля, имеюшим высокую скорость окисления
угля и восстановления МпОг (пиролюзита) и МП2 О 3 (курнакита) до
МП3 О 4 (гаусманита) [180]. Суммарная потеря массы составила 89 мг.
Взаимодействие руды с углеродсодержащими восстановителями
происходит с эндотермическим эффектом при температуре 730 °С,
главным образом с жидкой фазой продуктов пиролиза угля, что
соответствует реакции восстановления руды.
4.7
Определение кинетических параметров в марганцевы
рудах месторождения «Западный Камыс»
Одной из сложных задач химической кинетики является расчет
энергии активации. Подобные исследования весьма трудоемки и
требуют высокой точности эксперимента. В последнее время для этих
целей все шире применяют косвенные методы. В частности, для
исследования
кинетики
восстановления
используют
термогравиметрический метод, осуществляемый в неизотермических
условиях [181-183]. Основным преимуществом неизотермического
метода (в сравнении с изотермическим) является то, что для расчета
кинетических
параметров
необходимо
гораздо
меньше
экспериментальных данных и кинетические параметры можно
рассчитывать непосредственно для всего температурного интервала.
Таблица 4 11—Режим съемки дериватограмм
Скорость
Материал
нагрева,
град/мин
Мелочь марганцевой руды
2 0
Мелочь марганцевой руды +
2 0
глина
Мелочь марганцевой руды +
2 0
глина + коксик
*Мелочь марганцевой руды +
2 0
1 глина + коксик + уголь
м
_
температура, °С
1 0 0 0
1 0 0 0
1 0 0 0
1 0 0 0
Для получения кривых ДТА использовали дериватограф С?-1500.
Для изучения фазовых превращений, происходящих при обжиге, в
качестве исходных материалов были взяты образцы материалов,
представленных в таблице 4.11, в виде порошка. В таблице 4.11 также
представлены режимы съемки дериватограмм.
114
I ».
8
В таблицах 4.12, 4.13, 4.14.
4 15 п Iрел
а т.™,,
_
• ' “'«Н.Ц.НН шачснмк
,
Т
| / Т д л я Р а с ч с т а к а ж у щ е й с я энергии а к т и н и и ;ы ч ч.ар,‘
руды месторождения «Западный Камыс», марганцевой ру ,ы „ г 1ИИЦ|
марганцевой рудь!
смеси марганцевой руды с коксом и глиной, смеси
С глиной, коксом и углем соответственно.
Таблица 4.12 - Значения Д(, Т, 1&Д1, »/Т для расчета кажущейся
энергии активации по тангенсу угла наклона прямой зависимости 1в м
— 1/Т для мелочи марганцевой руды месторождения Западный Камыс
(рисунок 4.17. а)
Температура,
1 °С Г
№
0
1
2
200
3
4
, 5
6
7
0
1
Д1 ,
ММ
0
1
60
80
1
3
5
1 0 0
1 2 0
140
160
180
6
7
8
9
0
\
, °С
Г2 0 0
400
420
т ,к
1§Л<
333
353 1
0
373 0,477121
393 0,69897
413 0,778151
433 0.845098
453 0.899670
------473 0,954243
673 |
0
693 1
0,477121
Г 0,60206’
1/Т
0.003195
О.ООЗООЗ
0,002833
0,002681
0,002545
0.002421
0.002309
О.ООИ43
0,001403
0.001364
0.001133~
0,00112
0,001107
0,477121
0,60206 0,001095
0,69897 '0.001083
0.000945]
0
0,30 ю з Щ ,00094м
о
о 477121М ^000936
ЛЛ020ГГШ)932
115
Таблица 4.13 - Значения Д1, Т, 1§Л1, 1/Т для расчета кажущейся
энергии активации по тангенсу угла наклона прямой зависимости 1§ Д1
- 1/Т для смеси мелочи марганцевой руды и глины (рисунок 4.17, б)
№ Температура,
Д1,
№
1, °С Т ,К
1/Т
1бА1
мм
пика
°С
100
373
0
0
1
1
120
393
0
0,002545
2
140
413
0,477121 0,002421
3
1
180
4
160
433
0,60206 0,002309
3
4
180
453
6
0,778151 0,002208
420
693
0
0
2
1
1
430
703
0
0,001422
460
2
2
440
713
0,30103 0,001403 |
3
3
450
723
0,477121 0,001383
4
4
460
733
0,60206 0,001364
620
893
0
0
1
1
630
903
0
0,001107
3
2
660
640
913
0,477121 0,001095
3
4
650
923
0,60206 0,001083
3
4
660
933
0,69897
0,001072
5
0
750
1023
0
1
1
760
1033
0
0,000968
2
770
1043
0,30103 0,000959
2
800
780 | 1053 0,477121 0,00095
3
3
1 4
4
790
1063
0,60206 0,000941
1
800
1073
0,69897 0,000932
5
5
0
830
1103
0
1
840
1113
0
0,000898
1
0,00089
2
850
1123
0,30103
2
860
1133 0,477121 0,000883
3
3
I
900
870
1143 0,544068 0,000875
4
3,5
4
880
1153
0,60206 0,000867 |
5
0,69897
890
1163
0,00086 |
6
5
900
1173 0,778151 0,000853
7
6
116
Таблица 4.14 - Значения Д1, Т, !§Д1, 1/Т для расчета кажущейся
энергии активации для смеси мелочи марганцевой руды с коксом и
глиной (рисунок 4.18, а ) ______ _____ _____ _________ _________
№ Температура,
Пика
°С
1
220
2
580
3
790
№
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
1
2
3
4
0
1
2
3
4
д*,
мм
0
2
5
9
10
11
12
13
14
0
5
6
10
12
0
1
2
3
4
1, °С Т ,К
60
80
100
120
140
160
180
200
220
500
520
540
560
580
750
760
770
780
790
117
1ёД1
333
353 0,30103
373
0,69897
393 0,954243
1
413
433 1,041393
453 1,079181
473 1,113943
493 1,146128
773
793 0,69897
813 0,778151
1
833
853 1,079181
1023
1033
0
1043 0,30103
1053 0,477121
1063 0,60206
1/Т
0,002833
0,002681
0,002545
0,002421
0,002309
0,002208
0,002114
0,002028
0,001261
0,00123
0,0012
0,001172
0,000968
0,000959
0,00095
0,000941
Таблица 4.15 - Значения Д1, Т, 1§Д1, 1/Т для расчета кажущейся
энергии активации для смеси мелочи марганцевой руды с коксом,
углем и глиной (рисунок 4.18, б) ____________ __________ _________
1
№
Температура,
пика |
1
1
1
180
2
510
3
570
4
730
№
Д(, мм
Г, "С
Т.К
0
1
2
3
4
0
1
2
3
4
0
1
2
3
0
1
2
3
4
0
2
3
4
5
0
3
7
9
10
0
1
4
5
0
1
2
4
5
100
120
140
160
180
430
450
470
490
510
510
530
550
570
650
670
690
710
730
373
393
413
433
453
703
723
743
763
783
783
803
823
843
923
943
963
983
1003
1ёД>
1/Т
0,30103
0,477121
0,60206
0,69897
0,002545
0,002421
0,002309
0,002208
0,477121
0,845098
0,954243
1
0,001383
0,001346
0,001311
0,001277
0
0,60206
0,69897
0,001245
0,001215
0,001186
0
0,30103
0,60206
0,69897
0.00106
0,001038
0,001017
0,000997
На основании определения значений температур и величины
отклонения кривой ДТА от нулевой линии, согласно рисунку 4.19,
построены зависимости в координатах 1§Д/-1/Г для каждого
термического эффекта и по тангенсу угла наклона прямой
зависимости
\% ы-\1Т рассчитаны
величины
Еаш
процессов
соответствующих пикам на дериватограммах (таблица 4.16).
М»
Рисунок 4.19 - Схема определения значений температур и
величины отклонения кривой ДТА от заданного направления
118
Результаты определения энергии активации Епкт для
представленных в таблице 4.11 материалов приведены в таблице 4.16
Таблица 4.16 - Значения кажущейся энергии активации, определенной
по тангенсу угла наклона прямой зависимости Л1 - 1/Т
Материал
Уравнение
1пД1 = -119,31/Т+3,5
Мелочь
марганцевой
руды
Коэфф.
коррел.
К
0,9267
Еакт,
кДж/моль
Температуря
ый интервал,
°С
2,3
60-260
1пД1 = -768,55ЛГ+ 11,1
0,9524
14,7
400-500
1пД1 = -1388,7/Т+ 15,7
0,9714
26,6
600-700
1пД( = -4504.4/Т+ 42,6
0,9809
86,2
780-840
1пД1 = -221,21/Т + 5,7
Смесь мелочи
1пД1
=-1023,9/Т+ 14,6
руды и глины
1пД1 = -1878,8/Т+ 29,9
0,9630
4,2
100-220
0,9825
19,6
420-480
0,9288
35,9
620-700
1пД( = -1887,9/Т+ 18,3
0,9757
36,1
750-830
1пД4 = -1524Я+ 13,8
0,9553
29,1
850-930
0,9008
Смесь мелочи 1пД1 = -91,39/Т + 3,1
руды, кокса и
1пД1=^460,61/Т + 6,4
глины
1пД| = -2180.3/Т+ 21,1
1,7
60-300
0,9784
8,8
500-660
0,9818
41,7
750-830
Смесь мелочи, 1пД( = -117.9/Т+ 3,3
руды, кокса,
глины и угля 1пД1 = -479,57/Т* 7,1
1пД1 = -П89,6/Т+ 14.8
0,9957
2,2
100-220
0,9227
9,2
430-520
0,9281
22,7
1пД1=-1137,7/Т+ 12,0
0,9821
21,8
510-600
650-800
Анализ температурных максимумов и уровня энергии активации
процессов, сопровождающихся пиками на кривых ДТА марганцевой
руды и композиции в виде смесей, позволяет утверждать, что
диффузионные процессы, протекающие при термической обработке в
присутствии связующей добавки и восстановителей в виде кокса и
угля протекают с меньшими энергетическими затратами. Кажущаяся
энергия активации процесса при этом достигает Е,„ = 21,8 кДж/моль
для смеси марганцевой руды, глины, кокса и угля, по сравнению с той
же смесью, но без угля, где значения Е,*, = 41,7 кДж/моль.
119
4.8
Исследование
физико-механических
и
физико
химических свойств
марганцевой руды месторождения
«Западный Камыс»
В связи с дефицитом качественного кускового рудного
сырья
для обеспечения промышленных предприятий надежной
сырьевой базой важное значение придается вовлечению в
производство некондиционной по крупности мелочи марганцевой
руды, которая образуется на стадии добычи, обогащения,
транспортировки. Количество такой мелочи как отмечалось выше,
составляет до 50 % от добытой руды.
Использование мелочи в электроплавке без предварительной
подготовки сопровождается ухудшением отдельных технологических
и технико-экономических показателях процесса. Марганцевые руды
Казахстана сильно отличаются друг от друга по фазовому и
химическому составу и поэтому их подготовка и окускование требуют
индивидуального подхода [4,42].
В этой связи нами проведены исследования по изучению
физико-механических и физико-химических свойств исходной
марганцевой руды, оказывающих существенное влияние на
технологические
и
технико-экономические
показатели
их
переработки.
4.8.1
Электросопротивление
и
термопластические
характеристики марганцевой руды. Изучение электросопротивления
шихтовых материалов и шихт проводилось по методике,
разработанной профессором В.И. Жучковым в ИМЕТ УрО РАН
[156],
которая
позволяет
определять
электросопротивление
материалов и шихт при температу рах до 1800 СС в насыпном слое с
одновременной фиксацией степени их размягчения (усадки).
Установка
для
определения
электросопротивления
и
термопластических характеристик показана на рисунке 4.1.
Опыты проводили в корундизовых тиглях с внутренним
диаметром 30 мм. Высота слоя материала крупностью 0,5-1,0 мм
составляла во всех опытах 20 мм. Измерения проводили при
равномерном нагреве со скоростью 5-7 град/мин и при давлении на
образец 0,5 кг/см" от комнатной температуры до полного
расплавления в инертной атмосфере.
Химический состав марганцевых руд, используемых в
эксперименте нами и авторов работы [184], приведены в таблице 2.7.
Результаты эксперимента (1 -Г) и данные авторов [184] (2,3,4,5 и
2',3’,4',5') об изменении показателей электросопротивления и
размягчения в зависимости от температуры представлены на рисунке
4.20.
Таблица 4.17 - Химический состав марганцевых руд различных
месторождений
_____________________________
Материал
тель
Казахстан
ЗападныйКамыс
Грузия
Чиатурский
оксидный
концентрат
Казахстан Жайрем
ский
концентрат
Россия
Башкирская
рула
Австралия Австралий
ская руда
Химический состав
СаО
Страна
производи
О
Осо
2
си
с
2,64
3,36
0,6
0,03
15,0
8,65
2,35
2,83
0,86
0,2
11.0
3,43
10,19
1,86
0,49
0,24
0,09
6
1,5
32,0
7,42
9,19
1,0
3.95
0,46
0,13
4,63
47,10
5,80
5,6
0.92
0,46
0,40
0,1
5,24
с1
Щ
I
О
сл
30.0
5,6
28,24
40,70
1,40
46,40
о
и.
Одним
из
основных
факторов,
влияющих
на
электросопротивление исследуемой руды, является температура. По
мере нагрева электросопротивление руды уменьшается. Характер
изменения электросопротивления, как будет отмечено ниже,
согласуется с фазовыми превращениями, происходящими в руде при
нагреве. Для марганцевой рулы месторождения «Западный Камыс»
характерна заметная
проводимость,
начиная
с комнатной
температуры, которая обусловлена повышенным содержанием в
окисленной руде пиролюзита [117].
Некоторое увеличение электросопротивления в пределах
температур 580-800 °С объясняется диссоциацией пиролюзита до
Мп20з. Практически горизонтальный участок кривой в интервале
температур 800-930 °С (слабое влияние температуры) является
следствием
перехода
до
Мп}0«.
Резкое
уменьшение
электросопротивления руды при высоких температурах (>950 °С)
связано с процессом размягчения руды. Температура начала
размягчения руды составляет ~ 950 °С, интервал размягчения ~ 70 °С.
На основании проведенных исследований можно заключить, что
руда месторождения «Западный Камыс», так же как и Жайремская и
Австралийская руда, относится к категории легкоплавких руд с
относительно низким электросопротивлением, в сравнении с
Чиатурекой и Башкирской марганцевыми рудами [156, 184].
Температура, *С
1-Г - Западный Камыс (Казахстан); 2-2‘ I Чиатурский оксидный
концентрат (Грузия); 3-3' - Жайремский концентрат (Казахстан); 4-4' Башкирская руда (Россия); 5-5' - Австралийская руда (Австралия)
Рисунок 4.20 - Зависимость удельного электросопротивления
(1,2,3,4,5)
и размягчения (Г,2',3’,4',5') марганцевых руд от
температуры
Значения электросопротивления и размягчения руд «Западный
Камыс», Жайрем и Австралийской руды, относящихся к типу
окисленных руд с преобладанием в своем составе электропроводных
минералов, близки, ввиду схожести минералогического состава, в
отличие от Чиатурской марганцевой руды, которая относится к
оксидным типам руд, и Башкирской рудой силикатного типа, у
которых в составе имеются минералы с повышенным значением
электросопротивления [184].
Исследованиями авторов работы [117] показано, что выплавка
ферросиликомарганца из легкоплавких марганцевых руд с низким
электросопротивлением по традиционной технологии на кристобалиттридимитовых шлаках осуществляется с низкими технико­
экономическими показателями. Поэтому, в дальнейшем, при
разработке технологии окускования мелочи марганцевой руды
месторождения «Западный Камыс» поставлена задача повышения
122
электросопротивления шихты путем подбора ее состава перед
окомкованием.
4.8.2 Оценка плотности и пористости руд. Плотность и
пористость шихтовых материалов также оказывает существенное
влияние на протекание плавки в рудно-термичсской печи. При
развитой пористости рудного сырья увеличивается поверхность
контакта реагирующих веществ и соответственно повышается
скорость и полнота восстановительных процессов. От соотношения
плотности сырых материалов зависит их распределение в ванне печи,
продолжительность контакта, газопроницаемость колошника.
Пористость материалов особенно сказывается на эффективности
протекания процессов гетерогенного восстановления высших оксидов
марганца в низшие газообразным восстановителем в верхних
горизонтах печи. Пористость материалов после размягчения, как
правило, существенно отличается от первоначально определяемой
[147, 148]. Следовательно, определение плотности и пористости
необходимо для управления технологическим процессом выплавки
ферросплавов.
Для определения пористости материала измерены кажущаяся и
истинная плотности. Кажущуюся плотность определяли методом
парафинирования и рассчитывали по формуле Л.К. Тагирова [149]:
У каж = 0,9В / В - 0,1 А - 0,9С, г/см3,
где
(4.10)
В - масса куска руды без парафина на воздухе;
А - масса куска руды в парафине;
С —масса куска руды с парафином в воде;
0,9 и 0,1 - коэффициенты, учитывающие поправки на
парафин.
Истинную плотность
руды определяли пикнометрическим
методом. Для заполнения пикнометра использовали толуол
(плотность = 0,82).
Пористость вычисляли по формуле:
П = Гисг-у,ж
10р%;
Унст
Результаты исследований приведены в таблице 4.18.
123
(4П)
Таблица 4 .1 8 - Истинная и кажущаяся плотность и пористость руды
Материал
Плотность, г/см3
Пористость, %
Марганцевая руда
истинная
кажущаяся
месторождения
15,22
3,35
2,84
«Западный Камыс»
Марганцевая руда месторождения «Западный Камыс» имеет
относительно высокую пористость, которая является положительным
металлургическим
свойством,
поскольку
ускоряет
процесс
восстановления.
Таким образом, методом дифференциально-термического
анализа изучены закономерности протекания физико-химических
процессов при нагреве в неизотермических условиях в атмосфере
воздуха в марганцевой руде и композиции в виде смесей с глиной и
восстановителями;
На
основании
дифференциально-термического
анализа
методами неизотермической кинетики изучены и определены
значения энергии активации процессов, протекающих при нагреве
марганцевой руды месторождения «Западный Камыс» и смеси ее с
восстановителями и связующей добавки. Анализ температурных
максимумов
и
уровня
энергии
активации
процессов,
сопровождающихся пиками на кривых ДТА марганцевой руды и
композиции в виде смесей, позволяет утверждать, что диффузионные
процессы, протекающие при термической обработке в присутствии
связующей добавки и восстановителей в виде кокса и угля протекают
с меньшими энергетическими затратами. Кажущаяся энергия
активации процесса при этом достигает
= 21,8 кДж/моль для
смеси марганцевой руды, глины, кокса и угля, по сравнению с той же
смесью, но без угля, где значения
= 41,7 кДж/моль;
Проведены исследования по изучению электросопротивления и
термопластических характеристик марганцевой руды месторождения
«Западный Камыс»;
Получены зависимости удельного электросопротивления и
размягчения марганцевой руды от температуры. Для марганцевой
руды месторождения «Западный Камыс» характерно относительно
низкое электросопротивление, которое определяется количеством
пиролюзита (МпСЬ), минерала с высокой проводимостью. На
основании проведенных исследований можно заключить, что руда
месторождения «Западный Камыс» относится к категории
легкоплавких руд с относительно низким электросопротивлением;
124
Выполнены исследования по оценке плотности и пористости
марганцевой руды месторождения «Западный Камыс». Марганцевая
руда месторождения «Западный Камыс» имеет относительно высокую
пористость, что является
положительным
металлургическим
свойством, поскольку ускоряет процесс восстановления.
125
5
Опытно-промыш ленные
испытания
технологии
агломерации марганцевых руд месторождения «Тур» и оценка
эффективности использования агломератов при выплавке
ферросиликомарганца
5.1 Производство марганцевых агломератов
Первые экспериментальные исследования по получению
агломератов и отработке оптимальных режимов агломерации из
мелкой фракции 0-5 мм. 0-10 мм марганцевых руд производили на
лабораторной агломерационной чаше.
Вторая серия опытов была
проведена на пилотной
агломерационной установке, установленной на экспериментально­
промышленном участке (ЭПУ) Аксуского завода ферросплавов. При
этом ставилась задача:
- производство необходимого количества агломерата на пилотной
установке;
- производство ферросиликомарганца на электропечи ЭПУ с
использованием в шихте марганцевых агломератов.
5.1.1 Технологическая линия производства марганцевого
агломерата. Пилотная агломерационная установка представляет собой
квадратною аглочашу (800x800 мм), высотой 800 мм. Низ чаши
оборудован
чугунной колосниковой решеткой с круглыми
отверстия;.;и диметром 5 мм и живым сечением 15 %. Схема контроля
процесса спекания контрольно-измерительная аппаратура аналогична
лабораторной установке.
Для
проведения
испытаний
была спроектирована и
смонтирована технологическая линия по производству марганцевого
агломерата на экспериментально-промышленном участке Аксуского
завода ферросплавов (АксЗФ).
Марганцевая руда фракции 0-10 мм поступала из цеха
подготовки шихты (ЦПШ-2), предварительный рассев шихты
производили на ЦПШ-2. Следует отметить, что на АксЗФ при
производстве силикомарганца рассев марганцевой руды не ведется.
Поступающая руда подается в печи без предварительного рассева, что
обуславливается
массой
недостатков
и
нарушениями
в
технологическом процессе производства силикомарганца. Поэтому
для проведения испытания на ЦПШ-2 была организована технология
рассева марганцевой руды с отделением мелкой фракции 0-10 мм.
Схема пилотной установки представлена на рисунке 5.1.
126
800
1 - Агломерационная чаша; 2 - Колосник; 4 - Отвод газопровода
Рисунок 5.1 - Схема пилотной агломерационной установки
Технологическая схема производства марганцевых агломератов
приведена на рисунке 5.2. Мелкая фракция марганцевых руд
завозилась на участок автотранспортом. Шихта разгружалась в
загрузочный короб. Фракция 0-10 мм подавалась в бункер 2 краном.
Бункер 1 предназначен для отходов от производства марганцевого
агломерата (возврат), в бункере 3 хранится коксовая мелочь фракции
0-3 мм. Доломит подавался вручную из отдельно стоящей
технической бадьи. Химический состав мелкой фракции и
марганцевого агломерата приводится в таблицах 5.1 - 5.3.
После дозирования из бункеров 1,2.3 шихта полается через
загрузочное отверстие на шнековый распределитель 4, откуда
подается в барабанный смеситель 5. Шихта тщательно смешивается в
течении 2 мин, после чего подается техническая вода 10 % от массы
аглошихты для у влажнения и окомкования шихтовых материалов. Из
бункера увлажненная и окомкованная шихта подастся на пересыпной
желоб 6, предназначенная для правильной загрузки шихты на
агломерационную чашу. Перед загрузкой шихтовых материалов в
агломерационную
чашу,
на
колосниковую
решетку
чаши
укладывается постель из агломерата фракции 5-8 мм, затем
загружается шихта на чашу 7. На шихту укладывается зажигательная
смесь, состоящая из смеси коксовой мелочи и опилок, увлажненная
водой и запальная смесь, состоящая из древесной стружки и керосина.
127
После зажигания запальной смеси, через 2 минуты включается
эксгаустер для просасывай ия воздуха через агломерационную шихту,
таким образом, образовывая агломерационный процесс спекания.
Готовый агломерационный пирог разгружается в предварительно
подготовленный короб, откуда агломерат поступает для дробления на
щековую дробилку. После рассева на грохоте готовый агломерат
поступает в накопительный короб, а мелкая фракция 0-8 мм в бункер
1.
На пилотной установке спекание мелочи марганцевой руды
производили при высоте слоя шихты
400 мм. При этом
удовлетворительное качество агломерата, было достигнуто при
расходе топлива 7 % и доломита 10 %. Количество возврата в шихте
составляло 20 - 25 %, а влажность шихты 10 - 12 %.
1 - Бункер возврата; 2 - Бункер марганцевой мелочи; 3 - Бункер
кокса; 4 - Загрузочное устройство; 5 - Смеситель; 6 - Пересыпной
желоб; 7 - Агломерационная чаша; 8 - Щековая дробилка; 9 Вибрационный грохот; 10-кю бель.
Рисунок
5.2
марганцевого агломерата
Технологическая
128
схема
производства
Таблица 5.1 - Химический состав мелкой фракции марганцевой руды
месторождения «Тур»__________________________________________
Отсев
Химический состав, %
марганцевой МПд5щ АЬОз СаО м §о 81О2
С
Р
л.п.п.
руды
Фракция
_
0-5 мм
6,49
1Д5 1,05 44,2 0,096 1,23
15,1
8,9
Фракция
6,64 и з
0-10 мм
19,7
0,88 37,2 0,095 1,98 0,052
6,4
Таблица 5.2 — Химический состав неофлюсованного марганцевого
агломерата
_________________________________________________
Марганцевый
Химический состав, %
агломерат
СаО
МвО
5Ю;
8
Р
МПдбщ
Рвобщ
! Из отсева 0-5 мм
17,8
5,84
3,58
0,86
0,089
46,5
19,4
43,7
| Из отсева 0-10 мм
5,89
3,56
1,03
0,088 0,027
При спекании офлюсованного агломерата при содержании 8 %
топлива были получены следующие результаты:
- вертикальная скорость спекания - 14,5 мм/мин:
- выход годного агломерата - 71,5 %;
- удельная производительность - 1,09 т/м2-час;
- механическая прочность на удар 58,0 % на истирание 10,9 %;
- высота слоя шихты 400 мм;
- температура спекания слоя шихты 1160 °С.
По своему химическому составу марганцевый агломерат
отличается высоким содержанием кремнезема от 30 до 40 %, что
возможно позволит при проведении промышленных испытаний по
производству ферросиликомарганца с использованием агломератов
исключить из навески кварцит.
На пилотной установке всего было наработано 20 тонн годного
электроплавке офлюсованного агломерата из мелочи марганцевой
руды месторождения «Тур». Для проведения опытных плавок был
выбран экспериментально-плавильный участок ферросплавного цеха
№ 2.
Таким образом, в результате проведенных испытаний были
отработаны оптимальные режимы процесса агломерации и «оказана
принципиальная возможность использования мелочи и отсевов, путем
окускования
и
получения
марганцевых
агломератов
из
некондиционного сырья для производства стандартных марок
силикомарганца.
129
Таблица 5.3 - Химический состав офлюсованного марганцевого
агломерата
_______ __________________________________________
Офлюсован ны Фракии
я
й доломитом
мелочи МПобш
агломерат
, мм
5%
0-5
16,0
0-5
10%
16,1
0-10
20,1
10%
21,7
10%
0-10
5.2
Выплавка
марганцевых агломератов
Химический состав агломерата, %
Реобщ
7,73
8,53
7,46
8,36
СаО
3,06
4,06
2,37
2,29
МвО
1,92
2,58
1,10
0,88
5Юг
А120 3
40,1
39,0
37,5
39,0
ферросиликомарганца
6,92
6,80
7,18
7,32
с
Р
0,02
0,02
0,05
0,05
применением
В 2005 г на Аксуском заводе ферросплавов АО «ТНК «Казхром»
были проведены опытно-промышленные испытания по освоению
технологии выплавки ферросиликомарганца с использованием
офлюсованных марганцевых агломератов из мелочи марганцевых руд
месторождения
«Тур».
Опытно-промышленные
испытания
технологии получения ферросиликомарганца из марганцевого
агломерата проводили в условиях экспериментально-промышленного
участка на трехфазной электропечи, оборудованной трансформатором
ЭТМНКР-2500/10-УХЛУ. К высокой стороне трансформатора
подводится напряжение 10 кВ, низкая сторона имеет 36 ступеней
напряжения - от 31,3 до 191,1 В, максимальная сила тока 20187 кА.
Диаметр кожуха ванны и плавильного пространства составляли
соответственно 3800 и 2300 мм, глубина ванны 1449 мм, диаметр
самоспекающихся электродов 350 мм. Футеровка печи выполнена из
магнезитового кирпича, подина выложена угольными блоками.
Толщина угольной подины 900 мм.
Технические параметры печи представлены в таблице 5.4.
Опытно-промышленные испытания проводились в два этапа:
- выплавка ферросиликомарганца на стандартной шихте (базовая
плавка)
- выплавка ферросиликомарганца с использованием в шихте
офлюсованного агломерата (опытная плавка).
Во время испытаний использовали кусковой концентрат
марганцевых руд месторождения «Тур», состав которых приведен в
таблице 5.5. Химический состав концентрата характеризуется
непостоянством, особенно по отношению Мп/Ре, которое изменялось
в пределах 5,86—9,35. В качестве флюсующих компонентов
использовались доломит и кварцит.
Восстановителем служил
китайский коксик фракции 5-40 мм (14,8 % золы, 2,7 % летучих, 10,6
130
% влаги) и экибастузский уголь (42,8 % золы. 15,7 % летучих, 10,6 %
влаги).
Таблица 5.4 —Технические параметры электропечи ОКБ-1,2 МВА
Наименование параметров
Параметры печи
350 мм
Диаметр электрода
900 мм
Диаметр распада электродов
Диаметр ванны печи
2300 мм
Глубина ванны
1449 мм
Номинальная мощность
1500 кВА
Пределы вторичного напряжения
31,3-191,1 В
Максимальный ток электрода
20187 А
3
Число фаз
50 Гц
Частота тока
Скорость перемещения электродов
0,1 - 0,3
м/мип
3 м3/час
Расход воды на охлаждение печи
самоспекаюшийся
Тип электрода
Таблица 5.5 - Химический состав марганцевого концентрата
«Тур»
.........
Дата
отбора
№ пробы
Мп
Ре
ЗЮ2
Мп/Ре
Мп/ЗЮ2
26.08.05
28.08.05
30.08.05
01.09.05
Мп. конц
10-Э2
10-Э8
10-Э9
43,3
41,8
40,2
42 1
4,91
5,6
6,89
4,5
15,8
16,2
16,5
18,5
8,82
7,46
5,86
9,35
2,74
2.58
2,43
2,28
В базовых плавках «использовали марганцевую рулу фракций
0-10 и 10-80 мм в соотношении 30:70, характерно уровню
содержания мелочи в основном потоке сырья поступающего на завод.
Состояние печи характеризовалось большими колебаниями токовой
нагрузки на электродах и нестабильной работой колошника («свищи»,
обвалы и выбросы шихты).
В опытных плавках шихта состояла из: марганцевой руды
фракции 20-80 мм, офлюсованного марганцевого агломерата фракции
10-80 мм, кокса, угля и добавочного количества доломита.
Применение марганцевого агломерата позволило вывести из навески
кварцит и снизить навеску угля до 90 кг, так как необходимое
количество ЗЮг поступало с агломератом, сократить количество
твердого восстановителя в навеске с 110 кг на колошу до 80 кг.
Технологическая
плавильная
карта
плавок
ферросиликомарганца с применением агломератов приведена в
таблице 5.6, а химический состав металла и шлака в таблице 5.7.
Замена мелкой марганцевой руды офлюсованными агломератом
позволила улучшить электрический и технологические режимы
плавки. Отмечено улучшение состояния колошника, газы выделялись
равномерно, шихта сходила ровно без обвалов. В результате опытных
плавок обеспечивалось эффективное использование (усвоение)
углерода кокса в восстановительном процессе в начальном периоде
плавки, и интенсификация восстановления марганца и кремния из
шлака, который к тому времени становился тугоплавким и менее
электропроводным. Печь работала на 3 ступени. Выпуск металла
происходил без особых осложнений, химический состав металла
соответствовал требованиям стандарта. В результате проведения
опытных плавок производства ферросиликомарганца с применением
офлюсованного марганцевого агломерата был получен стандартный
товарный силикомарганец, при основности и кратности шлака 0,64 и
0,94 соответственно.
Моделирование
многокомпонентных
шлаков
передела
марганцевого сырья на силикомарганец представляет собой
установление траектории изменения фазового состава шлаков в
симплексе системы М§0-Мп0-Са0-А120з-8Ю2, которая подробно
изучена в работах [127-129]. В работах Святова Б.А. и Байсанова С.О.
[127,128]
для
достижения
высоких
технико-экономических
показателей выплавки силикомарганца из высококремнеземистого
марганцевого сырья Казахстана рекомендуется работать на шлаках с
содержанием 50-70 % анортита, для чего необходимо переводить
состав этих шлаков в один из трех квазисистем: 1) М28-8-СМ§82СА52-С3, 2) М-МёгЗ-М&З-САЗг-СгАЗ, 3) Ме-М§23-М28-СА32-С2А5.
На базе полученных в ходе промышленных испытаний
результатов проведено физико-химическое моделирование опытных
шлаков, полученных в результате металлургического передела
агломератов. Для этого на основании химического состава печных
шлаков плавки силикомарганца определен фазовый состав указанных
шлаков, которые лежат в пентатопе М-М28-Мё25-СА32-С2А8, что
подтверждают результаты и выводы теоретических исследований,
проведенных в главе 2. Для указанного пентатопа установлены
уравнения трансформаций от содержания первичных оксидов {127128], на основании которых были рассчитаны нормативные фазовые
составы шлаков.
132
Таблица 5.6 —Плавильная карта плавок ферросиликомарганца с применением агломератов
См
ена
№№
плавок
26.08.2005 1
2
3
27.08 2005 1
2
3
158-159
160-161
161-162
163-164
165-166
167-168
28.08.2005 1
2
3
29.08.2005 1
2
3
29.08.2005 1
2
169-170
171-172
173-174
175-176
177-178
179-180
181-182
183-184
185-186
187-188
189-190
191-192
193-194
195-1%
197-198
199-200
201-202
202-203
з
30.08.2005
2
I
з
131.08.2005 1
2
3
1.09.2005 1
2
3
руда
кусковая
300
300
300
300
300
300
10800
300 |
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
32400
руда
мелкая
100
100
100
100
100
100
3600
Состав колоши, кг
аглом кварцит уголь
ерат
40
100
40
100
40
100
40
100
40
100
100
1500
3600
150
90
0
150
90
0
150
0
90
150
0
90
90
150
0
150
0
90
90
150
0
150
0
90
0
90
150
150
0
90
150
0
90
150
0
90
150
0
90
150
0
90
150
0
90
100
90
0
100
90
0
90
100
0
15300
9720
0
и
!0|
Дата
кокс
50
50
45
45
45
45
1680
50
50
50
50
50
45
45
45
45
45
40
40
40
40
40
40
45
45
4830
доло
МИТ
15
20
15
25
25
38
828
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
5400
Количество
Пол /чено
заданных металла, кг шлака, кг
калош, шт.
6
1030
920
6
980
950
6
1100
930
6
1220
950
6
1010
980
6
1140
960
36
6,48
5,69
6
1030
1020
6
1120
1000
6
1250
990
1140
980
6
1020
6
970
1150
6
1020
1100
6
1100
6
1030
1140
6
1230
1210
6
1220
1120
6
1120
1090
1040
1050
6
1030
6
1020
6
1160
1090
1140
6
1190
6
1080
1010
6
1230
1160
1280
6
1170
20,45
19,25
108
Таблица 5.7 ~ Химический состав металла и шлака производства ферросиликомарганца
№№
Мп
1
65,9
66
2
3
65,3
4
61,7
62
5
6
62,3
Среднее
63,78
63,7
7
8
63,3
9
66,4
10
65,1
64,9
11
64,4
12
65
13
14
65,5
65,3
15
64,9
16
17
65,3
65,4
18
19
65,3
20
65,2
64.8
21
65.3
22
65,4
23
24
65,1
^Среднее__ __65,03
Химический сослав металла, %
$1
с
8
13.1
2,56
0,025
12,2
2,58
0,025
13,7
0,02
2,20
13,8
0,02
13.7
2,23
0.02
13,6
2,24
0,02
13,38
2,34
0,02
1.77
14,5
0,02
13,2
1,78
0,02
14
1,76
0,02
12,7
2,25
0,02
14,1
2,25
0.02
14,2
2,25
0,02
14,7
0,02
2,1
2,23
0,02
14,1
2
13,8
0,02
13,3
2,5
0,02
13,2
2,02
0,02
13,4
2,01
0,02
13,7
2,01
0,02
1,8
0,02
13,6
13,5
1,6
0,02
2,3
0,02
14,1
0,02
13,9
1,6
2,3
14,6
0,02
13,81
1,94
0,02
Р
0,150
0,137
0,140
0,137
0,138
0,137
0,140
0,137
0,136
0,137
0,134
0,135
0,136
0,138
0,137
0,130
0,130
0,136
0,123
0,103
0,104
0,150
0,134
0.150
0,152
0,132
МпО
14,5
14,1
13,8
13,6
14,7
14,6
14,2
14,1
14,9
13,3
13,1
14,0
14,7
14,4
13,9
13,7
13,9
13,8
13.9
13,0
12,8
12,9
12,8
12,9
13,4
... 13,6 .
Химический состав шлака. %
СаО
МвО
5Юх
44,2
12,6
4.8
43.4
12,1
3,9
44,2
12,5
3.7
44,5
13,5 1 3,6
13,4
43,2
3,8
44,8
12,8
4.1
44,1
12,8
4,0
38,9
15.1
10
12,9
40,6
10,8
п 'л
37,6
14,3
38,9
13,8
11,2
35,4
14
11
38,7
14,7
11,5
15,4
40,9
И ,7
15.9
40
11.3
13,7
П.7
39,6
39,9
13,9
10,9
39,1
12,8
10,8
13,9
10,7
39,2
39,3
12,3
10,3
36,1
14,8
10,6
39,8
12,9
9,8
9.9
14,8
36,6
35,4
13,7
10,6
39,9
10,4
14,9
10,8
38,7
14,1
АЬО*
22,1
21.4
21,5
23,4
тйг1
23,4 1
22,4
21,4
20,1
23,4
223
25,4
19,8
17,3
18,0
21.0
20,9
23,0
21.7
24.8
25,4
Н2
25,2
26,2
20,4
22,3
!
Ниже для наглядности приводим уравнения трансформации для
некоторых пентатопов:
Уравнение трансформации
Содержание фазы, %
М = - 2,36780 + 4,205Ао - 2,557С0 + 1,763М0 + М&;
М23 = 1,745Мо;
М§23= 3,36750 - 5,982А0 + 3,637С„ - 2,509Мо;
СА32 = 5,486А0 - 4,9891 С0;
С2А8 = - 2,709Ао + 4,909Со.
0,89
23,73
14,06
51,99
8,81
Проведенные исследования показывают, что фазовый состав
шлаков, полученных в ходе промышленных испытаний, обеспечивает
должные условия, обеспечивающие высокое извлечение ведущих
элементов в сплав при технологически оптимальном ходе процесса.
Введение доломита в состав аглошихты позволило, сместить состав
шлаков в установленные ранее [9,43] оптимальные области
формирования шлаков ферросиликомарганца.
Таким образом, нами достигнута задача, поставленная при
определении
оптимальных
составов
шлаков
выплавки
ферросиликомарганца из высококремнеземистых руд месторождений
Казахстана, которая обеспечила совмещение двух важных моментов:
термодинамический - повышение активности оксидов марганца и
кремния, и кинетический - улучшение структурночувствительных
свойств шлака (вязкости и электропроводности) [19,39,46]. Для
полного
решения
проблем
шлакообразования
в
качестве
магнийсодержащего флюсующего материала нами выбран доломит
(общая формула СаСОз*М§СОз), так как с его применением
обеспечивается низкая вязкость при несколько меньшем количестве
флюса [39]. Введение доломита в аглошихту, обеспечивает
проведение реакций его разложения в процессе агломерации, что
способствует снижению удельного расхода электронергии. Вместе с
использованием доломита в аглошихте часть задачи, достаточно
успешно, как с технологической, так и с экономической точки зрения,
была решена присадками высокозольных углей, снижающих
электропроводность шихты и вносящих необходимый для
образования анортитовых шлаков АЬОз.
Технико-экономические
показатели
производства
ферросиликомарганца приведены в таблице 5.8.
При работе печи на агломерате с выводом из состава шихты
мелкой марганцевой руды увеличилась производительность печи на
5,2 %, и снизился удельный расход электроэнергии на 5,0 % [174-177].
135
Следует также отметить, что произошло повышение извлечения
марганца с 68,6 % до 74,1 % и кремния с 22,5 до 27,2 % за счет
снижения его потерь со шлаком, а также уменьшения выноса
марганцевой руды с пылегазовыми выбросами (приложение А). На
основании этих данных был расчитан ожидаемый годовой
экономический эффект, который составил 7,04 млн. долл. США.
Таблица 5.8 - Технико-экономические показатели выплавки
ферросиликомарганца_________________________________________
Показатели
Периоды работы
базовый
опытный
1. Удельный расход материалов, кг/баз.т
Марганцевая руда всего (48 % Мп)
—кусковая руда (45,9 % Мп)
- мелкая руда (29,55 % Мп)
- марганцевый агломерат (20,1 % Мп)
-кокс
-уголь
- кварцит
- доломит
2. Производительность, баз.т/сут.
3. Уд.расход эл.энергии, кВт час/баз.т
4. Кратность шлака
4. Извлечение марганца, %
5. Извлечение кремния, %
Таким
образом,
проведенные
1828,3
1584,4
Отклонен
ие,±%
1935,8
1666,7
555,6
0
259,3
555,6
231,5
127,8
3,24
5580,9
0,878
68,64
22,47
264,1
3,41
5303,0
0,94
74,10
27,18
-8.9
-14,4
-100
106,7
5,2
-4,979
7,2013
7,951
20,952
испытания
показали
хорошее
748,2
236,2
475,3
-5,55
-4,94
качество марганцевого агломерата полученного на пилотной
агломерационной установке из мелочи и отходов бедной марганцевой
руды месторождения «Тур», и может быть рекомендован как способ
окускования и использование некондиционного сырья для
производства силикомарганца.
Применение агломерата из руды месторождения «Тур» при
выплавке силикомарганца позволяет с достаточно высокими
показателями получать товарные марки сплава. При работе печи на
агломератах увеличивается производительность печи на 5,2 % и
снижается расход электроэнергии на 5,0 %. Следует отметить, что
происходит повышение извлечения марганца с 68,6 % до 74,1 % за
счет снижения его потерь со шлаком, а также уменьшения выноса
марганцевой руды с пылегазовыми выбросами. Также произошло
снижение разброса марочности товарного ферросиликомарганца,
металл соответствовал стандартным маркам.
136
Уменьшение количества кускового доломита в колоше для
выплавки
ферросиликомарганца
несколько
снижает
потери
дорогостоящего и дефицитного коксового ореш ка и других
восстановителей вследствие их окисления за счет двуоксида углерода
выделяющегося при диссоциации доломита.
Тепловые
затраты
на
процесс
диссоциации
доломита
осуществляются за счет избыточного тепла образующегося в
процессе агломерации, что способствует уменьшению расхода
электроэнергии при плавке на рудно-термической печи.
Включение оксида магния в систему наряду с применением в
качестве восстановителя высокозольного угля позволяет сдвинуть
систему в область образования более тугоплавких соединений.
Одновременно эти результаты подтверждают выводы теоретических
исследований. В ходе испытаний агломератов, как составы шихт, так
и составы
конечных шлаков, где образуются тугоплавкие
высокоглиноземистые
шлаки,
способствуют
более
раннему
восстановлению и, соответственно, к высоким показателям процесса.
5.3
Опытные плавки ферросиликомарганца оптимизацией
шлакового режима с использованием доломита
Критический
анализ
результатов
проведенных
опытно­
промышленных
испытаний
с
использованием
в
шихте
марганцеворудного сырья месторождения «Тур», свидетельствует о
необходимости более глубокого научного анализа физико-химических
процессов протекающ их в условиях характерных для выплавки
ферросиликомарганца с высококремнеземистыми шлаками в печах
повышенной мощности и токовой нагрузки, какими являются
ферросилициевые печи.
П роведенные
"исследования
рентгенофазовым
и
термодинамически-диаграммным методами показывают [43], что
фазовый состав шлака, полученного в ходе промышленных
испытаний, не обеспечивает должных условий, обеспечивающих
высокое извлечение ведущих элементов в сплав при технологически
оптимальном ходе процесса. Установленные оптимальные составы
формирующ ихся
шлаков
ферросиликомарганца
находятся
в
ограниченной области и незначительные изменения состава шлака
или снижение температуры реакционной зоны приводят к повышению
его вязкости с накоплением в ванне печи тугоплавкого шлака,
затруднениями выпусков, нарушению режима работы печи (что
наблюдалось в опытно-промыш ленных кампаниях проведенных с
использованием марганцеворудного сырья месторождения «Тур»).
137
Задачу, поставленную при определении оптимальных составов
шлаков выплавки ферросиликомарганца из высококремнеземистых
руд месторождений Центрального Казахстана, необходимо было
решать регулированием шлакового режима совместив два аспекта:
термодинамический - повышение активности оксидов марганца и
кремния, и кинетический - снижение структурночувствительных
свойств шлака (вязкости и электропроводности) [43].
При этом возникала дилемма - повышение активности МпО
требует повышения основности шлака присадками СаО, однако это
значительно снижает активность ЗЮг- Наибольшую жид коте кучесть
шлака при достаточной основности можно было обеспечить работая
под анортитовыми шлаками, с повышенным содержанием глинозема
А12Оз. Еще одним шлаковым режимом, отвечающим решению задачи
является работа под шлаками с преобладанием магнийсодержащего
ряда фаз - диопсид (С а М § 8 ь 0 6), шефферит (СаМ{$$120б + 6-10 %
МпО). Часть задачи, достаточно успешно, как с технологической, так
и с экономической точки зрения, была решена присадками
высокозольных углей, снижающих электропроводность шихтового
слоя и вносящих необходимый для образования анортитовых шлаков
АЬОз. Для полного решения проблем шлакообразования в качестве
перспективного магнийсодержащего флюсующего материала нами
выбран доломит (общая формула СаСОз* МдСОз), так как с его
применением обеспечивается низкая вязкость при несколько меньшем
количестве флюса. Первоначально навеска доломита составила 20
кг/колошу шихтовых материалов, а в дальнейшем его количество
корректировалось с учётом технологического хода печи.
Использован доломит со [43] следующими техническими
характеристиками: фракционный состав - 10*80 мм; химический
состав: М §0 - 21,4 %; СаО - 29,6 %; 5Ю2 - 0,40 %; А120 3 - 1,0 %,
Ре2Оз - 0,7 %; п.п.п. - 46,9 %.
Опытно-промышленные
испытания
выплавки
ферросиликомарганца с применением в качестве флюсующей добавки
доломита, целью которых было определение оптимальных параметров
шлакового режима, проводились в три условных этапа с изменением
его количества подаваемого в печь. Поэтапный состав колош
приведен в таблице 5.9.
Проведенными
опытно-промышленными
испытаниями
установлено, что наведение шлака с повышенным содержанием МдО
и СаО позволило значительно улучшить технико-экономические
показатели
процесса
выплавки
ферросиликомарганца
из
высокремнеземистого марганцеворудного сырья месторождения
138
«Тур». Как видно из проведенного анализа шлакового режима всего
периода опытно-промышленной кампании с вводом в шихту
доломита,
шлаковый
режим
плавки
отличался
высокой
стабильностью, выпускаемый металл соответствовал требованиям
стандартов. Выпуски металла и шлака производились без
затруднений.
Таблица 5.9 - Состав колош
Шихтовые материалы
Марганцеворудное сырье
«Тур»
Кокс
Уголь
Кваоиит
Поломит
Состав колош по этапам, кг
I
II
III
600
600
600
85-135
150
60-105
20-10
135-145
150
105-110
10-15
170-135
150
110-120
15
Тем самым, введением в состав шихты магний и кальций
содержащего материала удалось стабилизировать шлаковый режим
выплавки ферросиликомарганца из марганцеворудного сырья
месторождения «Тур». Ход плавки нормализовался, извлечение
марганца и кремния достигли высоких и технологически оптимальных
значений. ТЭП процесса по основным параметрам превзошли ТЭП
работы на классифицированном низкокремнеземистом сырье (таблица
5.10).
При использовании доломита отмечалось уменьшение вязкости
шлака, что значительно облегчало его выпуск из печи во время
разделки летки. При выпуске шлак выходил самостоятельно, лишь
иногда требовалась его незначительная подшуровка на летке.
Накопления тугоплавкого шлака в печи за время испытаний не
наблюдалось.
Необходимо отметить, что при введении в навеску шихтовых
материалов 20 кг доломита технологический ход печи стал более
горячим, при этом происходило размывание разливочных ковшей во
время выпуска шлакометатлического расплава Поэтому на 4 сутки с
начала испытаний навеска доломита в колоше шихты была сокращена
до 10 кг. В дальнейшем размывания ковшей не отмечалось, и на
заключительном этапе опытной кампании долю доломита вновь
увеличили.
В результате принимаемых мер выплавленный за период
использования
доломита
металл
полностью
удовлетворял
требованиям стандарта
139
Таблица 5 10 — Посменные данные химического состава металла и
шлака (по выпускам)
Состав металла
Состав шлака
Мп
Р
51 | С
3
МпО
МвО А120 3 СаО
ЗЮ 2
0.028
1
17.8
46.0
21.0
18.1
1.61
6.9
3.5
67.5
_
14.1
45.5
22.1
68.3 17/7 1.63 0.027
4.6
_
—
15.2
46.6
19.5
67.7 18,9 1.67 I 0.03
4.7
_
15.3
45.9
20.7
7.5
4.6
67,7 19.4 1.51 1 0.027
—
11.8
45.7
4.8
22.3
68.3 18.3 1.55 0.024
—
_
10.5
69.0 17,7 1.61 0.024
42.6
5.1
21.9
_
69.1 18.8 1.67 0.03
21.5
10.0
13.5
43.6
4.8
—
42.0
11.6
21.1
68,7 17.1 1-73 0.028
4.9
- 1
—
13.1
43.5
4.8
67,2 17.6 1,58 0.027
22.8
—
12.3
4.6
21.0
44.3
1 66.3 19-5 1.45 0.03
10,3
_
_
11.7
44.8
22.1
67,2 17.9 1.56 0.028
4.3
_
66.9 18.6 1,51 0.023 0.171
12.7
4.0
45.5
19.5
—
13.2
45.0
4.0
66.2 19.9 1.42 0.027
20.7
10.9
—
68.8 18.2 1.54 0.025
11.9
44.5
3.9
22.3
_
—
13.6
21.9
68.0 16.9 1.67 0.031
3.5
45.3
—
12.7
42.7
69.1 18.1 1.6 0.026
4.6
21.5
10.1
_
12.8
44.8
66.2 18,5 1,55 0.027
4.1
21.1
_
12.1
43.6
69.1 18.7 1,47 0.025
4.6
20.7
11.6
—
10.8
67.6 19,7 1.45 0.029
4.7
22.3
43.4
_
_.
10.2
21.9
43.5
4.6
69,9 17.6 1.81 0.031
_
16.4
43.1
21.5
8,9
69.6 17.8 1.74 0.027
4.3
—
68.9 19,3 1,64 0.031
13.1
43.1
4.4
21.1
_
_
1 70.6 17.6 1.43 0.015
41.8
4.3
22.8
11.4
12.4
41.3
70.7 17.5 1.87 0 031 0.175
4.1
9.1
21.0
—
13.3
41.2
3.9
71.2 17.1 1.71 0.018
22.1 ........ 11
_
4.6
13.6
41.0
19.5
70.1 17,5 1,94 0.029
42.4
69.5 19,5 1.72 0.031 0.163
14.8
4.1
20.7
9,0
__
70.1 18.5 1,69 0.027
13.8
42.4
4.6
22.3
_
_
39.7
70.9 18,0 1.71 0.025
14.4
4.6
21.9
_
72.1 17.0 1.91 0.033
4.2
21.5
8.8
12.0
39.7
—
40.4
71.0 17.3 1.89 0.034
15.1
4.3
21.1
—
—
40.7
22.8
! 71.0 17.8 1.71 0.032
13.2
4.2
В таблице 5.11 приведены данные о химическом составе
ферросиликомарганца и его шлаков за время проведения нами
опытной кампании по использованию доломита.
Организационно и технологически способ производства не
отличался от обычной технологии выплавки ферросиликомарганца.
Работа печи характеризовалась удовлетворительным состоянием
колошника, используемая мощность находилась в пределах 22 МВт. и
если позволяла токовая нагрузка на электродах, то работали с УПК.
140
При обслуживании лёточного узла никаких затруднений не было, и за
смену проводили по 2 -3 выпуска ш лакометаллического расплава.
Результаты исследований, полученные при проведении опытнопро-мышленной кампании с использованием доломита, легли в
основу
освоенной
на
АЗФ
технологии
выплавки
ферросиликомарганца из высококремнеземистого марганцеворудного
сырья
месторождения
«Тур»
с
наведением
гридимитовых,
диопсидных шлаков.
Таким образом, в результате проведенных в три этапа опытнопромыш -ленных
кампаний
была
решена
имеющая
важное
стратегическое значение научно-практическая задача по вовлечению в
ферросплавный передел высококремнеземистых марганцевых руд
месторождения «Тур». Было положено начало вертикальной
интеграции АЗФ с добывающ ими переделами, сопровождавшееся
созданием собственной сырьевой базы, что в итоге в значительной
степени повысило конкурентоспособность выпускаемой продукции на
рынках сбыта ближнего и дальнего зарубежья.
Таблица 5.11
Сравнительный анализ основных техникоэкономических показателей производства ферросиликомарганца_____
Технология производства
Показатели
с доломитом
без доломита
28,00
21,22
| Календарные сутки
138
! Проведено плавок
173
109,5
Производительность в ном. сутки, т
104,6
1 Извлечение элемента, %:
78,2
79,3
1- Мп
57,9
58,5
-Я
| Расход шихтовых материалов, кг/т:
2212
2129
- марганцевый концентрат
159
83
—оборотные отходы
342
355
—отсевы кварцита
367
416
-к о к с
398
690
- уголь
33
- доломит
4714
5053
Удельный
расход
электроэнергии,
кВт-ч/т
При сравнении полученных данных по работе печи за I период
кампании и аналогичных ТЭП выплавки ферросиликомарганца по
обычной технологии, отмечалось некоторое увеличение удельного
расхода электроэнергии, объясняемое диссоциацией карбонатов
141
кальция и магния, протекающих по реакциям с высоким потребле­
нием тепла:
СаСОз = СаО + С 0 2; Осао = - 4044 кДж/кг С 0 2;
М§СОз = М §0 + С 0 2, Омео = - 2303 кДж/кг С 0 2.
Таблица 5.12 - Химический состав продуктов плавки
Значения Содержание в металле, %
Содержание в шлаке, %
Мп
&
С
МпО
8Ю2
СаО
МкО
Пределы
72,0- 21,9 — 2,74- 15,3-5,4 49,219,2- 5,5314,1
1,07
колебаний
63,6
37,0
10,7
1,80
параметров
68,1
18,1
1,75
9,6
14,9
Среднее и
44,5
2,9
±5,4
±6,2
средняя
±3,5
±1,0
±5,0
±5,9
±2,1
ошибка
Кроме того, диоксид углерода, образующийся при разложении
доломита, и влага восстановителя взаимодействуют с углеродом кокса
по реакциям:
С + С 0 2 = 2СО
С + Н20 = Н2 + С 0
что приводит к дополнительному расходу кокса и электроэнергии.
Следствием протекания этих реакций являются потери 546 кВт ч
электроэнергии и 84 кг кокса на 1 тонну ферросиликомарганца.
Неоднозначное поведение ведущих элементов в расплаве
(повышение извлечения марганца в металл при снижении извлечения
кремния) после введения в навеску доломита объясняется тем, что
восстановление кремния затруднено, когда весь кремнезём шлака
связан в силикат марганца. Процессы образования силикатов
марганца, налагаясь на реакцию:
МпО + С = Мп + СО
а в некоторых случаях и опережая её, по мере обогащения смеси
кремнезёмом затрудняют прямое восстановление марганца. Введение
же в систему извести приводит к разрушению силикатов марганца по
реакции [43]:
Мп5Ю3 + СаО = Са§Юэ + МпО; ДО°т = —75521 - 5,32Т кДж/моль
142
4Мп8Ю3 + 4СаО + 5С = Ма,С + 4Са5Ю3 + 4С 0
Таким образом, введение в шихту флюса, содержащего основные
оксиды, улучшает условия восстановления марганца, одновременно
связывая кремнезём и затормаживая его восстановление. Было
установлено, что диссоциация карбонатов кальция и магния при раз­
ложении больших количеств необожженного доломита протекаег по
реакциям с заметным увеличением потребляемого тепла, что
приводит
к
дополнительному
перерасходу
электроэнергии
(5220 кВт ч/т за I период испытаний). Наиболее оптимальный расход
доломита, при котором потери тепла на диссоциацию перестают
играть превалирующую роль, установлен в пределах 30-35 кг на
колошу.
Тем не менее, разработанная и освоенная нами на АЗФ
технологии использования доломитовых флюсов в процессе перехода
большегрузных
ферросилициевых
печей
на
выплавку
ферросиликомарганца позволила:
- повысить производительность печи до требуемых 110 т в сутки
и выше;
- повысить извлечение марганца до 82 %;
I сократить удельный расход марганцевого концентрата,
оборотных отходов, отсевов кварцита, кокса и угля, а также удельный
расход электроэнергии.
Таким образом, освоением технологии выплавки силикомарганца
под тридимитовыми магнезиальными шлаками удалось добиться
значительного повышения ТЭП процесса выплавки марганцевых
сплавов из высококремнеземистых руд месторождений Казахстана.
5.4 Исследование качества ферросиликомарганца
В процессе выплавки ферросиликомарганца наряду с
марганецсодержащими оксидами участвуют оксиды и иные
соединения различных примесей - железа, фосфора и серы, а также
глинозем, оксиды кальция и магния, диоксид гитана и т.д. Некоторые
из них, такие как фосфор и сера, оказывают зачастую определяющее
значение на качественный состав выплавляемого сплава и
потребительский спрос. Известна проблема высокого содержания
фосфора в рудах украинских месторождений, на порядок
превышающих по своим концентрациям содержания фосфора в
марганцевых рудах Казахстана и рудах Африканского континента
[43]. Это обстоятельство позволяет нам фактически игнорировать, как
143
лимитирующий фактор, концентрацию фосфора в марганцеворудном
сырье, используемом на АЗФ.
Вместе с тем, нами большое внимание уделено изучению роли
серы в процессах выплавки марганцевых ферросплавов. Основными
источниками ее поступления в сплавы являются пустая порода
марганцевого сырья и зола восстановителя. Содержание серы в рудах
невелико (0,04-0,3 %), а в используемых коксах и углях заметно выше
(от 0,5 до 1-2 %). Принято считать, что 30-50 % всего количества
вносимой в сплав серы вносится рудой, а 50-70 % - восстановителем
[43]. Сера способна образовывать с марганцем сульфид марганца
(Мп8), который является прочным химическим соединением и имеет
слабую растворимость, как в твердом, так и в жидком марганце. С
другой стороны, сера дает летучие соединения (818, 8182 и другие),
поэтому в сплавы переходит только около 1% серы шихты.
По требованиям ГОСТ выплавленный ферросиликомарганец
должен содержать не более 0,03 % серы. Однако периодически ее
содержание в готовой продукции превышало этот предел. В таблице
5.13 приводится средние содержания серы в ферросиликомарганце.
Из данных, приведенных в таблице 5.13 видно, что с началом
использования
марганцевой
руды
месторождения
«Тур»
концентрация серы в готовой продукции периодически превышала
среднестатистический уровень.
По данным химического анализа за этот период времени было
просчитано среднее содержание серы.
Анализ полученных результатов показывает, что содержание
серы в исходном сырье различных поставщиков отличается в
незначительных пределах, за исключением мелкой фракции
марганцевой руды месторождения «Тур».
Таблица 5.13 — Содержание серы в марганцевом сырье разных
поставщиков
Марганцеворудное сырье
Среднее содержание
серы, %
«Темир»
0,023
«Тур» (фракция 0 —5 мм)
0,291
«Тур» (фракция 5 - 150 мм)
0,037
«Богач»
0,034
«Ушкатын III»
0,018
«Алует»
0,031
144
Необходимо отметить, что основное количество содержащейся
серы отсеивается в условиях ЦПШ-2, в результате чего в шихте,
подаваемой на печи цеха № 1 ее содержание не превышает данных
химического анализа в сырье других поставщиков.
По данным геологических исследований, приведенных в таблице
5.14, содержание серы в марганцеворудном сырье месторождения
«Тур» колеблется в широких пределах.
Таблица 5.14 — Распределение серы при обогащении марганцевой
руды месторождения «Тур»_________ ______________ ___________
Компоненты
Сера общая
Сера сульфидная
Сера сульфатная
Исходная руда
0,16
0,10
0,06
Концентрат
0,083
<0,1
0,083
Хвосты
0,54
<0,1
0,54
Х имический состав исходных руд, марганцевого концентрата и
хвостов, определенный в различных химических лабораториях,
приведен в таблице 5.15.
Согласно минералогическому анализу сера представлена в руде
«Тур»
минералами: халькопирит (СиРе82), пирит (Ре8г), барит
(ВаЗОО, гипс(Са8О4-0,5НгО), сфалерит и галенит.
К альций при обогащ ении м арганцевы х руд распределяется
равном ерно между концентратом и хвостами. С одерж ание бария по
сравнению с исходной рудой в концентрате увеличивается, а в
хвостах сниж ается. При обогащ ении марганцевых руд содержание
серы в концентрате сниж ается, а в хвостах возрастает. Содержание
ж елеза в исходной руде составляет 6,7 %, после проведения
обогащ ения исходных руд отмечается снижение содержания железа
до 4 %. В хвостах от обогащ ения содерж ание ж елеза находится на
уровне исходных руд (6,77 %). Это позволяет предположить, что
сера в значительной степени связана с железом. Целесообразно
исклю чать из технологического процесса использование мелких
фракций руд, вносящ их больш ое количество вредных примесей
(сера, кремнезем).
По результатам химических анализов ферросиликомарганца,
выплавляемого в разных печах цеха № 1, установлено, что основная
часть продукции с высоким содержанием серы приходится на
руднотермическую печь № 1 1 . Вероятно, что в ней из-за длительной
работы на выплавке ферросилиция без капитального ремонта,
плавильное пространство является более суженным, с образованием
145
из прежнего гарнисажа «крестовины» между электродами. Поэтому,
при нормальном технологическом процессе электроды работают
каждый в своем тигле, где при более горячем ходе происходит
обратное восстановление серы из шлака в металл. На более новой
печи № 13 работает общее плавильное пространство, вследствие чего
температура протекания реакций несколько ниже, что не создает
благоприятных условий для восстановления и перехода серы в металл.
Установлено, что часто повышение серы в металле происходит
независимо от вида марганцеворудного сырья, и, следовательно, не
всегда является функцией от количества поступившей с шихтой серы.
Вероятно, что еще одним фактором, влияющим на повышение
содержания серы в ферросиликомарганце является температура
сплава, рост которой отмечается при неполном выходе шлака из печей
из-за высокого содержания кремнезема в концентрате. Таким образом,
в результате проведенных исследований изучено поведение серы по
основным металлургическим переделам — на стадии обогащения, в
руднотермической печи и в зависимости от температуры в
реакционной зоне. Установлено, что получение сплава с низкой
концентрацией серы возможно с отсевом мелкой фракции (0-5 мм)
руды, ограничения ее поступления с восстановителем и при
стабилизации хода процесса выплавки [43].
146
6
Разработка и опытно—промышленные испытания
технологии производства безобжиговых окатышей из мелочи
марганцевых руд месторождения «Западный Камыс»
6.1
Разработка технологии производства марганцевых
окатышей
В данной главе представлены результаты исследований по
разработке эффективной технологии производства безобжиговых
окатышей с использованием связующей добавки и восстановителя.
Предложенный метод позволит получать окатыши с использованием
материала класса 0 -5 мм, т.е. исключается самая затратная часть
технологии производства окатышей - доизмельчение. Важно также,
что безобжиговое окускование материала почти неизменным
сохраняет состав и свойства исходного сырья, вследствие чего в них
процессы восстановления начинаются раньше и протекают более
интенсивно [185].
Необходимая прочность окатышей достигается за счет подбора
связующих компонентов (вида и количества). Нами в качестве
связующего материала предлагается использовать глину Саздинского
месторождения. Химический состав марганцевой руды и глины
представлен в таблице 6 . 1 .
Материал
Марганцевая
руда
«Западный
Камыс»
Глина
МПфбад
30,0
Ре общ.
5,6
МеО
0,6
-
6,7
1,9
Содержание, %
СаО
ЗЮ2 АЬОз
2,64 28,24
3,36
о
ои»
Таблица 6.1 - Химический состав глины Саздинского месторождения
5
0,03
ппп
15,0
0,09
0,38
13,5
Р
.....
1,5
55,7
15,4
По отнош ению 8 Ю 2 к АЬОз она относится к оттощенным
глинам и может одновременно заменить флюсующие добавки для
регулирования шлакового режима плавки при переходе с тридимитволластонитовых к волластонит-анортитовым шлакам. Основным
минералом в глине является гидроалюмосиликаты, а также
присутствуют полевой шпат и кварц. Данную глину можно отнести к
группе легкоплавких глинистых пород, имеющих относительно
низкую температуру спекания. Одной из важнейших технологических
характеристик глинистых пород, определяющих их связующие
свойства, является пластичность. По этой характеристике глина
Саздинского месторождения относится к средиеплатичным [18].
147
Лабораторные опыты по окомкованию марганцевой руды
крупностью 0-5 мм проводили на тарельчатом грануляторе
диаметром 380 мм, высотой борта 80 мм и углом наклона 40°.
Скорость вращения гранулятора постоянная и равнялась 20 об/мин.
Время окатывания составляла 20-25 минут. Перед подачей на
граиулятор шихта предварительно перемешивалась с увлажнением до
3-4 % для предотвращения пылеобразования. Химический и
технический составы Заринского кокса представлены в таблице 6.2.
Таблица 6.2 - Химический и технический составы Заринского кокса
Содержание, %
Кокс
Зола
кокса
с
с
с
о.
>
<УЗ
12.1
0,46
0,18
85,3
1,92
—
—
—
—
—
Р
О
>
N
<
О
&
и.
22,8
17.9
О
(Л
ОN
49,5
Ю
СаО
Матер
иал
ъ
2
О
53
3,48
0,94
сС
Фракционные составы исходных материалов представлены в таблице
6.3.
Таблица 6.3 - Гранулометрический состав исходных материалов
Материал
5-8
2,5-5
Марганцевая
руда
Отсевы
кокса
0,7
1,7
Содержание фракций, %
1,0— 0,63- 0,41,60,63
2,5
1,6
1,0
15,8
13,6
12,1
203
-
3,7
19,7
19,3
+0,4
+0315
—
-
0,20,315
29,31
0,160,20
56,52
Глина
14,8
153
0,20,4
17,25
003
173
13,8
13,4
00,1- 0,0630,063
0,16 0,10
1,72
8,53 | 2,54
Количество глины в шихте варьировали от 0 до 10 %, а коксик
задавали в количестве 5-10 % в шихту с 10 % глины. Количество
влаги изменяли в пределах 7-12 %. В полученных сырых окатышах
оценивали содержание влаги, определяли гранулометрический состав,
прочность на сжатие и сбрасывание с высоты 300 мм. Сырые окатыши
сушили в шкафу при температуре 100 °С в течение 3-х часов, затем
определяли прочность сухих окатышей на сжатие.
148
Проведенные
лабораторные
опыты
по
окомкованию
марганцевой руды крупностью 0-5 мм, показали, что процесс
окомкования при добавке 5 и более процентов глины идет интенсивно
с образованием гранул крупностью 10-25 мм (как по традиционной
технологии
производства
окатышей
из
тонкоизмельченных
концентратов). Оптимальная влажность при этом составила 10-12 %.
Крупность гранул регулируется изменением скорости вращения
гранулятора и подачей воды во время грануляции на шихту. Подачу
последней порции воды заканчивали за 5 минут до окончания
процесса. При избытке влаги окатыши становятся пластичными.
Основные результаты представлены в таблице 6.4
Таблица 6.4 —Качество сырых и сухих окатышей
1 №
Состав шихты, %
Сырые окатыши
окат
| ыше Марганц Глина Кокси Прочность Прочность
й евая руда
к
на сжатие, на сбрасыва
кг/окатыш ние, кол-во
1
100
0,45
10
95
5
14
0,61
2
3
90
10
0,95
18
4
85
10
0,81
5
16
80
0,75
5
10
10
15
Сухие
окатыши
Прочность
на сжатие,
кг/окатыш
4,5
8.8
16,1
13,5
12,3
Заметное улучшение процесса окомкования и прочностных
характеристик готовых гранул начинается при добавке 5 и более
процентов глины. При содержании в шихте 10 % глины прочность
сырых окатышей выросла более чем в 2 раза, а сухих - более чем в 3
раза по сравнению с базовым вариантом и составила соответственно
0,95 и 16,1 кг/окатыш ('таблица 6.4), что вполне приемлемо для
использования их при плавке в рудно-термической печи без
последующего обжига.
Добавка в шихту до 10 % коксика повлияла незначительно на
прочность окатышей (таблица 3.4 опыт 5), что говорит о решающем
влиянии на прочность окомкованных крупнозернистых материалов
вида и количества связующих. Установлено также, что для всех
опытных окатышей с увеличением крупности (в пределах 10-25 мм)
показатели прочности возрастают. С добавлением связующих разбег
по прочности для гранул различной крупности возрастает.
Для оценки влияния температуры нагрева на прочность
окатышей их нагревали в лабораторной муфельной печи в атмосфере
воздуха до 1000 °С со скоростью 5,5 °С в минуту. По ходу нагрева
149
отбирались пробы при температурах 100, 200°, 400°, 600°, 800° и
1000 °С. Отобранные пробы, после охлаждения в естественных
условиях до комнатной температуры, исследованы на прочность.
В таблице 6.5 и на рисунке 6.1 показано изменение прочностных
характеристик окомкованного материала при нагреве до 1000 °С.
Таблица 6.5 - Прочность окатышей после нагрева
№ окаты
Состав шихты, %
Прочность на сжатие, кг/окатыш
шей
Температура, °С
Марган Глина Коксик
цевая
100 200 400 600 800 1000
руда
95
5
8,8 7,2 7,7 7,1 10,3 18,2
2
90
10
16,0 14,6 12,0 12,9 18,3 28,1
3
4
85
10
5
13,2 12,9 10,8 9,5 16,6 23,8
80
10
12,2 10,8 9,8 9,3 13,1 19Д
5
10
В 30
В
|»
«г
| 18
112
I «
I ОX
О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Температура, °С
Цифры у кривых - номера окатышей по таблице 3.5
Рисунок 6.1 - Влияние температуры нагрева на прочность
марганцевых окатышей
При нагреве опытных окатышей от 100 до 600 °С имеет место
незначительное снижение прочности, что объясняется повышением
пористости структуры окатышей за счет удаления газообразных
продуктов, образующихся при фазовых превращениях, которые
150
выявлены дифференциально-термическим анализом в главе 2.
Упрочнение окатышей начинается при температуре 600 °С и выше,
что
можно
связать
с
развитием
процесса
плавления
низкотемпературных фаз, которые образуют вязкий расплав,
служащий цементирующей связкой близлежащих с ним масс шихты.
При 1000 °С прочность обожженных окатышей, по сравнению с
прочностью при 100 °С, выросла в 1,5-2 раза. При этом максимально
достигнутая прочность составила 28,1 кг/окатыш для окатышей с 10 %
глины. При визуальном наблюдении отмечено, что нагрев окатышей
до 1000 °С не приводит к изменению формы окатышей и их
разрушению, а при температуре более 1000 °С все окатыши
претерпевают заметное размягчение и оплавление. При повышении
расхода глины и коксика степень размягчения и оплавления
возрастает.
Таким образом, проведенные лабораторные исследования
показали возможность получения высушенных при 100 °С
безобжиговых окатышей из мелочи руды фракций 0-5 мм, с
использованием восстановителя и глины в качестве связующего
материала, которые удовлетворяют, по прочностным характеристикам
требованиям к шихтовым материалам для плавки в низкошахтных
рудно-термических печах.
6.2
Отработка и опытно-промышленные испытания
технологии производства марганцевых окатышей с применением
глины и коксика
Отработку технологии производства марганцевых окатышей
проводили на опытном участке грануляции цеха шихтоподготовки
ТОО «Таразский металлургический завод» по варианту шихтовки,
включающей марганцевую руду и глину.
На рисунке 6.2 представлена технологическая схема
производства марганцевых окатышей.
Марганцевая руда фракции 0-5 мм из открытого склада руды
подается в бункер руды 1 (рисунок 6.2). Из приемного бункера с
помощью электровибрационного питателя руда подается на
ленточный конвейер 3. В дальнейшем руда поступает в смеситель 4.
Предварительно просушенная и молотая глина подается в бункер
глины 2 и далее транспортером 3 в смеситель. Сдозированная шихта
перемешивается в течение 10 минут в двухвалковом лопастном
смесителе и подается в тарельчатый гранулятор 5, где окончательно
увлажняется и окомковывается. По мере формирования окатышей
осуществляется непрерывная разгрузка сырых окатышей на
151
ленточный конвейер 6, осуществляющий загрузку окатышей в
сушильный барабан 7. Из барабана окатыши попадают в аэрожелоб 8,
где охлаждаются потоком воздуха. Готовые окатыши подаются
элеватором 9 в приемный бункер окатышей 10 и далее на склад руды,
где они накапливаются в приемных ямах для подачи в последствии в
плавильный цех.
1
- бункер руды; 2 - бункер глины; 3,6 - транспорте
4 - смеситель лопастной двухвалковый; 5 - тарельчатый гранулятор;
7 - сушильный барабан; 8 - аэрожелоб; 9 - элеватор; 10 - бункер
окатышей
Рисунок 6.2
марганцевых окатышей
Технологическая
схема
производства
Отработку
технологии
окомкования
проводили
на
грануляционной чаше диаметром 1200 мм, высотой борта 150 мм и
скорости вращения 18-25 об/мин., углом наклона 42-50 °С.
Процесс окомкования в чашевом окомкователе хорошо
наблюдается и управляется. Управление ведется за счет изменения
угла наклона, числа оборотов, увлажнением определенных мест
движущихся потоков материала. С увеличением времени грануляции
(30 минут и более) и влажности в пределах 9-13 % выход крупных
фракций увеличивается. При времени окомкования 30-35 минут и
влажности 12-13 % имеет место образование гранул крупностью до
40 мм.
152
При оптимальных параметрах окомкования - влажности -10 %
и времени окомкования 25 минут, выход фракции 10-15 мм составил
80 % и более.
При нормальном ходе процесс характеризуется образованием
окатышей одинакового размера (10-15 мм). Процесс формирования
окатышей нарушался в основном по трем причинам:
- переувлажнение комкуемой шихты более 10-12 %;
- недостаток или избыток связующего (глины);
- подача марганцевой руды и глины в количестве
превышающем производительность гранулятора.
При переувлажнении шихты комкуемая шихта в грануляторс
превращалась в грязеобразную массу и процесс окомкования выходил
из нормального режима. Для выхода из сложившейся ситуации
требовалось немедленное отключение подачи воды в гранулятор и
смеситель и вести процесс «в сухую». В результате принятых
мероприятий процесс возвращался в нормальный режим, при этом на
промежуточной
сталии
образовывались
более
крупные
переувлажнение окатыши размером более 25 мм, обладающие низкой
прочностью.
При недостатке глины в смеси процесс окомкования идет также
неудовлетворительно. Вследствие недостатка связующего, шихта
обладает недостаточной комкуемостью и образование окатышей идет
вяло. Полученные окатыши обладали недостаточной сырой
прочностью и разрушались при транспортировке к сушильному
барабану, а также и в самой печи. При избытке связующего (более
10%) образование окатышей идет нормально, прочность окатышей
вполне удовлетворительна, и они приобретают пластичные свойства.
Но при всем положительном влиянии избытка связующего на условия
окомкования, следует учитывать, что при этом мы разубоживаем руду
выше допустимых пределов.
Оптимальное содержание глины в смеси можно контролировать
раздавливая сырые окатыши вышедшие из гранулятора. При этом
критерием служит пластичность окатышей; при избытке связующего
окатыши обладают чрезмерной пластичностью напоминающей
пластилин, в этом случае необходимо снизить навеску глины в шихте;
при недостатке связующего окатыши практически не обладают
пластичностью и при сжатии легко разрушаются и напоминают на
ощупь песчанистую массу.
При подаче марганцевой руды и глины в количестве
превышающем производительности гранулятора, происходит сначала
уменьшение размеров выдаваемых гранулятором окатышей, а затем и
153
вовсе выдача неоком кованной массы. Для выхода из сложившейся
ситуации необходимо приостановить подачу в гранулятор шихты,
снизить расход руды и глины и возобновить подачу шихты, после
того как в грануляторе образуется окатыши необходимого размера.
В ходе экспериментальных исследований установлены
следующие параметры окомкования:
- угол наклона чаши к горизонту - 42°;
- скорость вращения 18 об/мин;
- влажность 9-10 %.
Наработку промышленной партии окатышей осуществляли по
отработанной технологии по двум вариантам шихтовки:
- мелочь марганцевой руды фракции 0-5 мм, 90 % и 10 %
глины (вариант 1);
- мелочь марганцевой руды фракции 0-5 мм - 85 %, глины 10 % и отсевы коксика - 5 % (вариант 2).
Химический и
технический
составы
Заринского кокса
представлены в таблице 6.2.
Химический состав марганцевой руды и глины представлены в
таблице 6.6.
Таблица 6.6 - Химический состав марганцевой руды и глины
Материал
8102 СаО АЬОз м ^ о
Р
Ре
8
^^Побщ
|
|
5,6
28,24
2,64
3,36
0,60
0,03
0,03
15,0
-
6,69
55,71
1,51
15,41
1,95
0,03
3
1л
ы
30,0
О
и>
оо
Марганцевая
руда
| «Западный
Камыс»
Глина
ППП
общ.
Наработку промышленной партии окатышей проводили на
грануляционной чаше диаметром 1200 мм, высотой борта 150 мм и
скорости вращения 18-25 об/мин., углом наклона 42-50 °С.
Окомкование опытных шихт проходило удовлетворительно.
Выход фракции - 5 мм не превышал 10 %. Прочность окатышей после
сушки на сжатие составила 15,5-20,0 кг/окатыш и сброс с высоты 300
мм 21-24 раз, что вполне удовлетворяет, по прочностным
характеристикам требованиям к шихтовым материалам для плавки в
низкошахтных рудно-термических печах (15-25 кг/окатыш по
требованиям ТУ).
Сушку окатышей проводили во вращающемся сушильном
барабане.
154
Характеристика сушильного барабана:
- длина - 22 м;
- диаметр - 3,2 м;
- угол наклона 2°52’;
- число оборотов 9 об/мин;
- температура газа на выходе 150 °С.
Процесс сушки непрерывный, загрузка в сушильный барабан
производилась через бункер при помощи вибропитателя посредством
ленточного конвейера. Движение материалов и продуктов сгорания
осуществляется прямотоком.
При производительности барабана 6-8 тонн/час, остаточная
влага в окатышах не превышала 2-х процентов, а прочность их
составила 15,5-20,0 кг/ок, что вполне удовлетворяет требованиям к
шихтовым материалам для плавки в рудно-термических печах (по
требованиям ТУ).
За время проведения опытно-промышленных испытаний было
получено 520 тонн товарной продукции со средней прочностью
15.5-20,0 кг/окатыш, в том числе, 300 тонн окатышей по первому
варианту шихтовки и 220 тонн по второму варианту, которые были
переданы в плавильный цех ТОО «Таразский металлургический
завод» (ТМЗ), Казахстан, для оценки их поведения в рудно­
термической печи при выплавке ферросиликомарганца.
Выводы
1. Разработана и прошла опытно-промышленные испытания в
условиях
Таразского
металлургического
завода
технология
производства
безобжиговых
марганцевых
окатышей
из
высококремнистой марганцевой руды месторождения «Западный
Камыс» фракции 0-5 мм без доизмельчения с использованием
восстановителя и в качестве связующего материала глины
Саздинского месторождения.
2. Опытно-промышленные испытания показали возможность
получения высушенных при 100 °С безобжиговых окатышей из
мелочи руды фракций 0-5 мм, с использованием восстановителя и
глины в качестве связующего материала, со средней прочностью
15.5-20,0 кг/окатыш, которые удовлетворяют, по прочностным
характеристикам требованиям к шихтовым материалам для плавки в
низкошахтных рудно-термических печах
(15-25 кг/окатыш по
требованиям ТУ).
155
7
Выплавка
марганцевых окатышей
ферросиликомарганца
с
применением
Марганцевая руда месторождения «Западный Камыс» относится
как уже отмечалось выше, к категории легкоплавких ((„, - 11501200 °С). Вызвано это тем, что нормативный фазовый состав ее
располагается в фазовом пятивершиннике СаО А12Оз-28Ю22МпО-8Ю2-РеО- 8Ю2-МпО- ЗЮг-СаО- ЗЮ2 и тяготеет к тефроитовой
вершине (Мп23), который имеет низкую температуру плавления (1345
°С) и высокую электропроводность.
В таблице 7.1 представлены
химический и фазовый составы марганцевой руды и смеси 90 % руды
и 10 % глины. Последний
рассчитан с
использованием
математической модели фазовой диаграммы системы РеО-МпО-СаО-
АЬОз-ЗЮг.
Таблица 7.1 - Химические и фазовые составы марганцевой руды и
смеси руды с глиной*_______________ ___________________________
Материа
Фазовый состав, %
О
Л
и.
с/5
N
СаО
О
о
МпО
1
Химический состав, %
О
<
О
</5
О
<
9о
Марганц
евая
руда
фракции
0-5 мм
9,08 48,2
3,29
4,12
35,23
11,22
О
сл
О
е
гч
64,31
О
’сл
9Ци
16,66
О
сл
ос
2
5,66
О
00
О
ев
и
2,1
4
*
Смесь
марганце
вой руды
фракции
0-5 мм и
глины
фракции
-0-0,315
мм
8,87 44,0
3,16
5,56
38,41
15,14
43ДЭ
16,27
25,09
*Для проведения расчетов химические составы пересчитаны на 100%
Плавка
руд,
имеющих
в
составе
более
50
%
низкотемпературных фаз, по традиционной технологии (на тридимиткристаболитовых
шлаках)
сопровождается
образованием
156
легкоплавких шлаков. При этом скорость образования шлаков
опережает скорость восстановления ведущих элементов, а
температура в реакционной зоне печи снижается, что отрицательно
сказывается на технико-экономических показателях и на самом
процессе плавки [117].
Легкоплавкость шихты, протекание в верхних зонах колошника
экзотермических реакций восстановления высших оксидов марганца
вкупе с ухудшением посадки электродов создает реальную опасность
расплавления, раскрытия колошника и увеличение улета марганца.
В этой связи при разработке оптимальных параметров плавки
руд месторождения Западный Камыс нами испытывались
волластонит-анортитовые шлаки, использование которых на практике
позволило существенно улучшить показатели выплавки марганцевых
сплавов из казахстанских марганцевых руд, которые отличаются
легкоплавкостью [7]. При этом отмечается, что при переходе составов
шлаков в анортитовую область имеет место рост вязкости в области
1400-1550 °С.
В последующем на основании данных по влиянию М §0 на
вязкость, температуру кристаллизации и электропроводность
тридимит-волластонит-анортитовых оксидных систем для улучшения
свойств анортитовых шлаков было предложено за счет увеличения
содержания М §0 в шлаке до 5-10 % перейти в область волластонитанортит-диопсидовых шлаков. Причем, для шлаков основностью 0,30,4 ед. рекомендуется иметь 5 % М §0, а для расплавов основностью
0,5-0,7 - до 10 % М^О [7].
При этом имеет место повышение температуры плавления шихт
на 40-50 °С, что обеспечивает высокую температуру процесса - 16701710 °С против 1590-1680 °С при плавках на волластонитовых
шлаках.
Преимущество расплавов с повышенным содержанием
глинозема для выплавки ферросиликомарганца аргументируется
также следующим положением: процесс восстановления ведется в
предельном случае до конечного шлака состава Са0-20,1 %,
АЬОз-36,7, 8Юг-43,2, близкого к составу анортита, имеющего
температуру плавления 1550 °С, а при отсутствии (или малом
содержании) глинозема в шихте конечный шлак будет стремиться к
составу однокальциевого силиката СаО-8Ю2, наиболее прочного из
силикатов кальция, т.е. к большему усвоению кремния (в анортите
43 ,2 % против 53,6 % ЗЮ2 в СаО-ЗЮ2) [7].
Для оптимизации шлакового режима в опытных плавках
вещественный состав шихты меняли в пределах обеспечения
157
основности шлака по Са0+М §0/$Ю 2 от 0,4 до 0,8, содержания оксида
алюминия от 10 до 20 % и анортитовой фазы не менее 50 %.
При расчете шихты приняты следующие коэффициенты
перехода компонентов в продукты плавки, % [186]:
Компоненты
Марганец
Кремний
В сплав
75
40
В шлак
17
50
В улет
8
10
В качестве глиноземсодержашего компонента использовали
высокозольные угли Берлинского месторождения Карагандинской
области, которые задавали вместо кокса. Химический и технический
составы берлинского угля представлены в таблицах 7.2, 7.3.
Таблица 7.2 - Химический состав угля Борлинского месторождения
Соде ржание, %
А120 3 Ре20 3 СаО МёО
ЗЮ2
ТЮ2 р 2о 5
Прочее
59,60
33,70
2,22
0,70
0,50
0,00
0,02
3,22
Таблица 7.3 - Технический состав угля Борлинского месторождения
Материал
Технический состав, %
г'-ТВ
\\Р
Борлинский
Ас
У(ППП) 1 Сс
•“* общ
уголь
1,06
42,0
24,30
0,04
32,60
Существенное
значение
в
процессе
производства
электротермических сплавов имеет также показатель удельного
электросопротивления
(УЭС)
углеродистого
восстановителя,
являющегося
косвенной
характеристикой
совершенства
кристаллической
структуры
и
реакционной
способности
углеродистых веществ [187, 188]. При электроплавке удельное
электросопротивление шихты имеет большое значение, так как оно
определяет общее электросопротивление ванны печи, а также
распределение в ней выделяемой мощности. С вводом в шихту
каменных углей с повышенным содержанием глинозема, имеющих
высокое электросопротивление по сравнению с коксом, происходит
расширение зоны активного схода шихты, снижение температуры
фильтрующего слоя, повышение общего электросопротивления
ванны, как следствие - глубокое устойчивое погружение электродов,
общее
повышение
температуры
процесса,
предотвращение
накопления избыточного восстановителя и связанного с этим
158
нарушения хода печи. Все это в конечном счете способствует
высокому извлечению ведущих элементов [187].
В этой связи поставлены специальные опыты по оценке физико­
химических свойств борлинских углей, характеризующих их как
восстановитель при производстве марганцевых сплавов.
7.1
борлинских
Исследование
каменных углей
физико-химических
характеристик
Угли месторождения Борлы Карагандинского бассейна,
относящиеся к высокозольным, труднообогатимым, считающиеся
пригодными только как энергетическое топливо с теплотой сгорания
31,99-34,25 Дж/кг, исследовались с точки зрения металлургической
оценки
качественных
характеристик
в
сопоставлении
с
традиционными углеродистыми восстановителями.
Для
углеродистых
восстановителей,
используемых
в
ферросплавном
производстве.
основными
качественными
характеристиками
являются:
технический
анализ,
гранулометрический
состав,
прочностные
характеристики,
водопоглощение, пористость, удельное электросопротивление и
реакционная способность [187]. Особенность технологии процессов
рудной
электротермии,
где
восстановитель
влияет
на
газопроницаемость шихты и изменение электросопротивления ванны
печи, требует применения углеродистых материалов определенного
класса крупности [187]. Следовательно, технико-экономические
показатели производства зависят не только от специфических
особенностей процесса и свойств самого восстановителя, но и от
подбора оптимальной фракции последнего. Специфика выплавки
ферросплавов предусматривает использование углсродосодержащего
сырья класса 10-100 мм, т.к. присутствие пылевидной и мелкой
фракции (0-10 мм) снижает газопроницаемость шихты, что приводит
к спеканию колошника. Прочность материала определяет его
возможность сопротивляться разрушению от многократных внешних
воздействий. Куски угля ломаются и истираются на протяжении всего
пути, в ходе доставки его йз мест добычи до рудно-термической печи.
Механическая стойкость при различной нагрузке характеризуется
способностью углеродистого сырья противостоять дроблению и
истиранию. Прочностные характеристики твердого топлива, как и
исходный гранулометрический состав, влияют на количество мелочи,
образующейся в процессе подготовки материалов и транспортировки
их до печи [187].
7.1.1
Исследование физико-механические характеристики
берлинских каменных углей. Гранулометрический состав (ГОСТ
2093-82), показатели механической (ГОСТ 5953-93, ГОСТ 8929-75) и
структурной (ГОСТ 9521-74) прочности борлинского угля
определялись стандартными методами совместно с ЧП «Уголь»
(таблица 7.4). Сравнение результатов испытаний прочности,
проведенных по вышеуказанным ГОСТам, с физико-механическими
свойствами различных углеродистых восстановителей (таблица 7.5)
показало, что значения механической прочности (М) борлинского
угля несколько ниже показателей китайского и магнитогорского
коксов для класса крупности 40 мм.
Таблица 7.4 - Гранулометрический состав и показатели прочности
исходной пробы угля_____________________________________________
Исходная проба,
После
После
Класс
крупности, мм
%
сбрасывания, %
испытания в
барабане, %
70,47
14,21
+ 60
10,67
47,63
40-60
18,49
15,88
20,45
25-40
42.12
2,98
10,72
19,09
10-25
0-10
6,99
20,30
ИТОГО
100,00
100,00
100,00
Таблица
7.5
Показатели
восстановителей
Наименование восстановителя
Кокс китайский
Кокс магнитогорский
Полукокс ленинск-кузнецкий
Полукокс ангарский
Уголь берлинский
прочности
различных
видов
Показатели прочности, %
М 10
М 40
|
Пс
5,5
89,5
76,4
6,2
87,1
87,5
10,4
78,6
61,8 '
11,6
76,7
71,5
20,30
61,84
8135
Из таблицы 7.5 видно, что механическая прочность (М)
восстановителей убывает в последовательности: магнитогорский и
китайский коксы - ленинск-кузнецкий и ангарский полукоксы берлинский уголь. Причем, чем выше класс крупности, тем меньше
различие между значениями механической прочности. Следовательно,
есть основание полагать, что условия поступления углей на завод в
конечном счете определяют размер фракции, подаваемой в печной
160
бункер. При этом желательно чтобы фракционный состав угля,
поступающего на завод, был бы соразмерным с коксиком - орешком.
Механическая прочность борлинского угля составляет 61,84 %, что
соответствует требованиям, предъявляемым к углесодержащему
сырью, используемому для производства ферросплавов по ГОСТ
8929-75 , которая должна составлять 50-60 %. Основной прочностной
характеристикой углеродистых восстановителей, применяемых в
ферросплавной промышленности, является их структурная прочность
(Пс), значения которой должны находиться в пределах 45-55 % (ГОСТ
9521—74). Наиболее высоким показателем по сравнению с китайским
коксом (76,4 %), ангарским (71,5 %) и ленинск-кузнецким (61,8 %)
полукоксами обладает магнитогорский кокс. Структурная прочность
исследуемого нами угля достаточно высока (81,35 %) и близка по
значению к магнитогорскому коксу (87,5 %).
В целом показатели физико-механических свойств борлинского
угля" находятся в пределах, допустимых ГОСТами и вполне
соответствуют требованиям, предъявляемым к восстановителям,
используемым при производстве марганцевых ферросплавов.
7.1.2
Удельное электросопротивление борлинских каменных
углей. Как уже отмечалось выше, существенное значение в процессе
производства углетермических сплавов имеет показатель удельного
электросопротивления (УЭС) углеродистого восстановителя. Нами
определены значения УЭС борлинских углей и зари некого кокса,
характеристики которых представлены в таблицах 7.2 и 7.3.
Для определения удельного электросопротивления углей
применялась лабораторная установка (глава 4. рисунок 4.1).
Сравнительные значения УЭС Заринского кокса и борлинского
угля приведены на рисунке 7.2.и в таблице 7.6.
Анализ их показывает, что высокозольный борлинский уголь по
сравнению
с
коксом
обладает
высоким
удельным
электросопротивлением. С повышением температуры во всех случаях
электросопротивление
уменьшается.
Причем,
при
низких
температурах
показатели электросопротивления угля и кокса
различаются существенно. С повышением температуры значения
электропроводности их выравниваются. При этом значения
электросопротивления углей остаются несколько выше.
Сравнительные значения УЭС различных видов углеродистого
сырья по данным автора [189] приведены в таблице 7.7.
161
12
27В
473
673
873
1073
1273
1473
1673
1873
Температура,И
1 — Берлинский уголц2—*—Заринский кокс ОАО’’Алтай-кокс"
Рисунок 7.2 — Зависимость удельного электросопротивления
восстановителей от температуры
Таблица 7.6 - Значения удельного электрического сопротивления
Борлинского угля и Заринского кокса
Удельное электросопротивление
Удельное
Температура, К
Борлинского угля, ОМ'СМ
электросопротивление
Заринского кокса,
ОМ‘СМ
293
373
473
573
673
773
873
973
1073
1173
1273
1373
1473
1573
1673
1773
1873
4,37-Ю1Н
6,46-10ш
7,94 10ш
Ц29-10***
1,71-10*
4,07-10*
8,71 •Ю'1
4,68-10*
1,7010^
43,65
20,89
9,33
5,25
3,47
3,23
2,34
2 ,1 1
162
4,25
3,88
3,59
3,35
3,25
3,21
3,35
3,24
3,27
2,94
2,90
2,85
2.75
2,63
2.51
2,34
2,04
Таблица 7.7 - Значения удельного электрического сопротивления
восстановителей, ом-см
____
_____ _____________________
о
37,83
42,18
37,15
34,67
30,20
25,12
18,20
14,79
10,00
8,51
6,61
5,62
4,17
2,82
2,09
1,91
Наименование восстановителя
Китайский Борлинский
ЛенинскМагнито­
уголь
горский кокс кокс
кузнецки
й
полукокс
4,06
5,53
| 4,3710е"
9,30-104
5,02
6,46-10
1,95-10* |
3,73
4,89
7,9410й1
5,87103 1
3,50
1,2910 й’
4,82
2,43-10*
4,70
1,3110*
3,25
1,71-10*
4,69
5,45-10"'
3,23
4,07* 10й
4,51
! 8,71-104
1,03*10“
3,23
4,41
1,23-10
4,68-1 О3
3,20
4,37
4,72
3,12
1,70-1023,77
3,91
43,65
2,86
3,12
2,57
20,89
3,89
3,86
2,71
2,48
9,33
2,42
2,30
3,82
5,25
3,74
3,47
2,13
2,20
1,95
2,00
3,65
3,23
2,34
3,60
ОО
20
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
Ангарски
й
полукокс
V)
ОО
| Темпер
атура,
К
На
рисунке
7.3
показана
зависимость
удельного
электросопротивления различных углеродистых восстановителей от
температуры [189].
Как видно, из приведенных данных, эти показатели резко
различаются при сравнительно низких температурах (до 1273-1473 К)
и близки при более высоких (> 1473 К). Более высоким удельным
электросопротивлением обладают исследуемые нами высокозольные
угли и полукоксы. Сравнительно низким электросопротивлением
обладает
обычный металлургический коксик. При высоких
температурах (> 1473 К) электросопротивление всех углеродистых
восстановителей резко падает, но, тем не менее исследуемый нами
уголь сохраняет высокое-значение удельного электросопротивления
по сравнению с другими восстановителями. Высокое УЭС
обеспечивает технологичность процесса, повышает рост активного
сопротивления ванны печи, увеличивая мощность печного агрегата
печи и снижая энергетические затраты на нагрев шихты.
163
12-
473
673
873
1073
1273
1473
1673
1873
Температура, К
—«— Ангарский полукокс
—*— Магнитогорский кокс
—■“ Ленинск-кузнецкий полукокс
Китайский кокс
Борлинский уголь
Рисунок 7.3 - Показания удельного электросопротивления
восстановителей в зависимости от температуры
Важное значение, наряду с удельным электросопротивлением,
имеет такое свойство восстановителя, как его реакционная
способность [189]. Реакционную способность определяют по
стандартной методике (ГОСТ 10089—89). Сущность этого метода
заключается
в
определении
константы
скорости
реакции
взаимодействия углерода кокса с углекислым газом при температуре
1223-1323 К в течение 15 минут по формуле:
164
К =—
ч-Т,
Д
(7.2)
где V - скорость подачи С 0 2 при температуре помещения Т|
и атмосферном давлении, см / с;
Т - заданная температура. К;
К - степень преобразования газа-реагеита;
д - содержание углерода в горючей массе восстановителя.
Косвенной
характеристикой
реакционной
способности
углеродистых материалов является их начальная температура
воспламенения - чем ниже эта температура, тем активнее
восстановитель. По данным исследований наибольшей реакционной
способностью обладают графитизируемые материалы с большой
удельной поверхностью (древесный уголь, тощий уголь, полукокс)
[189].
Сравнительные данные параметров физико-химических свойств
различных восстановителей представлены в таблице 7.8.
Таблица
7.8
восстановителей
Наименование
восстановителя
Кокс китайский
Кокс
магнитогорский
Полукокс
ЛенинскКузнецкий
Полукокс
ангарский
Уголь
борлинский
-
Показатели
физико-химических
свойств
Действи­
тельная
плотност
ь
г/см
Кажу­
щаяся
плотность
г/см3
Пори­
стость,
%
Удельное
электросопро­
тивление,
ом-см при
20 °С
Рсакпион
пая
способно
сть,
мл/гс при
20 °С
1,94
0,95
51,0
5,53
1,70
1,88
1.05
44,2
4,06
0,65
1,60
0,99
38,0
9,30-10*
8,02
1,82
1,68
0,82
1,51
55,0
10,12
24,18
4,37-10'"
9,8
8,61
Показатели реакционной способности сравниваемых видов
восстановителей указывают на повышенную химическую активность
борлинского угля (таблица 7.8). Значение вышеупомянутой
165
характеристики изучаемого сырья довольно высоко (8,61 м л /г с ) и
сравнимо с величинами ленинск-кузнецкого (8,02 м л /г с) и ангарского
(9,80 мл/г*с) полукоксов. Китайский и магнитогорский коксы
обладаю т гораздо меньшей реакционной способностью - 1,70 и 0,65
м л /гс, соответственно.
7.1.3
Исследование термической прочности углей. Одним и
важных факторов при подборе качественного углеродистого
восстановителя является его структура, изучаемая на основе анализа
физико-химических процессов при его термической обработке.
С целью анализа динамики выделения летучих веществ при
нагревании углей в результате процесса термического разложения,
был
выполнен
дифференциально-термический
анализ
на
дериваю граф е <3 - 1500. Для исследования был взят образец угля
Борлинского месторождения навеской 540 мг., дериватограмма
которого представлена на рисунке 7.4.
Рисунок 7.4 - Дериватограмма борлинского угля
166
Скорость нагрева порошка изучаемого образца составляла 283
К/мин. Технический анализ исходного угля, %: Ас - 36,8; Vя - 19,7 (V
-31,52); АУ* - 3,4.
Начальная температура нагрева 290 К. На
дифференциально-термической кривой (ДТА) борлинского угля
видны два эндотермических эффекта в интервалах 368 - 408 К, 573 763 К и один экзотермический эффект в интервале 803 - 1009 К.
Первый эндотермический эффект указывает на потерю
гигроскопической влаги, структура при этом остается неизменной. В
интервале температур 573-763 К происходит основной процесс
термического разложения угля. Данный процесс состоит из двух
стадий [190]:
1. В интервале температур 573-670 К образуется жидкая фаза,
топливо размягчается, наблюдается потеря массы. Соответственно
изменяется структура вещества.
2. В интервале температур 670-763 К наблюдается резкое
уменьшение массы, выделение смолы и отвердение размягченной
массы. Эта стадия характеризуется тем, что в твердой фазе идут
процессы поликонденсации. В интервале температур 803-1009 К
продолжается дальнейшая деструкция исследуемого угля и
последующая его поликонденсация, приводящая к образованию
твердого углеродистого вещества.
С повышением температуры до 803 К выделение летучих
веществ
увеличивается
с
последующим
уменьшением.
Дифференциальная кривая потери массы угля (ТО) наглядно
показывает динамику выделения летучих веществ.
Температурная зависимость количества выделяющихся летучих
веществ графически изображена на рисунке 7.5, показывающем, что
уголь месторождения Борлы при нагреве теряет летучие вещества в
следующем количестве, % (абс.): до температуры 573 К -5.6; до 803 К
-21,3; до1073 К -29,6.
С целью визуального наблюдения за процессом термообработки
и сопоставления результатов термогравимстрического анализа с
практическими данными были проведены лабораторные исследования
по термообработке борлинского угля при различных температурах.
Эксперименты проводили в лабораторной печи Гаммана в интервале
температур от 373 до 1073 К с шагом 373 К. Выделение газа можно
наблюдать с момента появления белого дыма при температуре 413423 К. Выделение бурого дыма при 573 К указывает на деструкцию
нагреваемого сырья и разложение смолистых веществ. Данные
технического анализа и элементного состава исходного и
167
термообработанного при различных температурах угля представлены
в таблице 7.9.
Температура. К
Рисунок 7.5 Температурная зависимость
выделяемых летучих веществ из борлинских углей
количества
Таблица 7.9 - Технический анализ и элементный состав исходного и
термообработанного угля борлинского месторождения
Наименовани
е материалов
Исходный
уголь
Термообработ
анный
-
Технический анализ, %
Vй
С
3 общ
Темпе
ратура
, к
\УР
Ас
-
3,48
36,8
31,52
0,56
81,61
5,60
573
673
773
873
973
1073
2,04
1,82
1,60
1,51
1,10
0,90
39.4
41,5
46,9
52,2
53,7
54,8
28,32
23,04
15,68
6,88
5,92
3,84
0,52
0,50
0,49
0,48
0,47
0,47
82,50
84,45
87,94
89,96
91.90
92,47
5,45
4,53
3,45
2,97
2,03
1,18
Н
Таким образом, по своим механическим и физико-химическим
свойствам исследуемое углеродсодержащее сырье пригодно в
качестве
восстановителя, так
как
обладает
оптимальными:
168
прочностными
характеристиками,
пористостью,
удельным
электросопротивлением и реакционной способностью.
Основной процесс термического разложения угля происходит в
интервале температур 573-763 К, следовательно, летучие
составляющие выделяются в верхних горизонтах печи и создают
совместно с отходящими газами восстановительную атмосферу.
Восстановители поступают в реакционную зону рабочего
пространства печи более «раскрытыми», обладающими высоким
электросопротивлением и повышенной реакционной способностью,
что положительно отражается на электрическом режиме процесса
выплавки ферросиликомарганца.
7.2
Исследования по разработке технологических
параметров выплавки ферросиликомарганца с использованием
марганцевых окатышей и борлинских каменных углей
Опытные плавки по отработке технологических параметров
плавки ферросиликомарганца с использованием марганцевой руды и
опытных марганцевых окатышей проведены на опытной руднотермической печи (с токопроводящей подиной) мощностью 200 кВА.
Стенки печи футерованы шамотным кирпичом. Ванна печи
выполнена в виде эллипса с осями 50-60 см, вытянутого в сторону
летки. Расстояние от электрода до легочного блока 17-18 см, до
задней стенки печи 27-28 см. Глубина ванны составляет 30-35 см.
Подина печи выполнена из набивной подовой массы, подвергающейся
коксованию в течение 8 часов под током с периодическим
отключением печи. Поверхность пода наклонена под углом 5-7° в
направлении легочного отверстия, что обеспечивает более легкий
выход сплава из зоны восстановления. Трансформатор печи имеет
четыре ступени вторичного напряжения: 18,2 В; 24,4 В; 36,6 В и
48,8 В. В период экспериментов работали на напряжении 24,4 В. Печь
имеет графитовый электрод диаметром 150 мм. Для вскрытия и
прожига летки была подготовлена система прожига с графитовым
электродом диаметром 30 мм, а для закрытия легочного отверстия
использовалась огнеупорная глина.
В эксперименте испытывали два вида окатышей:
—марганцевые окатыши с добавкой, в качестве связующего, глины
(10% );
—марганцевые окатыши, содержащие в составе шихты 10 % глины
и дополнительно до 5 % коксика.
В состав всех опытных шихт для формирования волластонитанортит-диопсидовых шлаков, вводили доломит, количество которого
169
задавали из расчета получения в шлаке 5-10 % М §0. Химический
состав шихты опытных плавок представлен в таблице 7.10.
Проведены четыре варианта опытных плавок (таблица 7.11).
Таблица 7.10 - Химический состав шихтовых материалов с рудой
«Западный Камыс»_______________________________________________
Наименование
материала
Марганцевая
руда
Окатыши
(руда+глина)
Окатыши
(руда+гл ина+кокс)
Доломит
Известь
МПобщ РСобщ М&0
Содержание, %
СаО ЗЮ2
АЬОз
Р
3
30,0
5,6
0,60
2,64
28,24
336
0,03
0,03
27,27
5,7
0,72
2,54
30/73
4,46
0,04
0,04
25,7
5,8
0,70
2,43
31,0
4,6
0,04
0,04
—
0,51
21,22
30,78
1,01
0,47
н.о.
0,11
-
0,53
0,4
0,4
93,29
1,42
-
-
Плавка № 1 (базовая) проведена с использованием марганцевой
руды. В шихте опытных плавок № 2 и № 3 использованы две
разновидности марганцевых окатышей. В плавке № 4 часть коксика
(до 30 % по углероду) заменена высокозольным углем.
Результаты испытаний приведены в таблицах 7.11, 7.12, где
представлены основные показатели опытных плавок и химические
составы продуктов плавки.
Выплавку ферросиликомарганца вели непрерывным способом
с загрузкой шихты по мере просадки колошника с периодическим
выпуском металла и шлака через каждые 2 часа в чугунные
изложницы.
Переход
на
магнезиальные шлаки
при
суммарной
основности СаО + МдО/ЗЮг = 0,6 обеспечил стабильный
технологический режим во всех вариантах опытных плавок (таблица
7.11). Процесс плавки протекал ровно, колошник работал с
равномерным выделением газа по всей его поверхности, шлакования и
образования свищей не наблюдалось. Шихта опускалась равномерно
самосходом, посадка электродов была глубокой, летка открывалась
легко, расплав выходил активно. На базовой шихте температура
колошника составила 600-700 °С. При кратности шлака 1,10
достигнута степень извлечения марганца 75 %. Опытные плавки,
проведенные с использованием марганцевых окатышей, подтвердили
их удовлетворительные качественные показатели по механической
прочности и термической стойкости. Разрушения окатышей как на
170
верхних, так и при отборе на нижних горизонтах ванны печи, не
наблюдалось.
Таблица 7.11 - Показатели крупно-лабораторных плавок
Показатели
1. Продолжительность процесса, ч
2. Расход материалов, кг:
Марганцевая руда
Марганцевые окатыши (руда+глина)
Марганцевые
окатыши
(руда+кокс+глина)
Доломит
Кокс заринский
Уголь берлинский
3. Получено сплава, кг
4. Средний химический состав сплава, %
Мп
51
Ре
С
5
Р
5. Средний химический сосл ав шлака, %
МпО
РеО
ЗКЙ
МвО
АЬО,
СаО
6. Получено шлака, кг
7. Основность (СаО+ МкО /5Ю2)
8. Кратность шлака
10. Извлечение марганца в среднем, %
1
6
100
Варианты
II
III
6
6
-
IV
6
-
-
-
-
-
100
-
-
100
100
17
21
13
21
14
II
33,52
32,93
...... ■
33,93
16
5
17
35,42
64,42
17,23
16,14
1.53
0,01
0,10
63,76
17,21
16,78
1,51
0,01
0,14
64,29
17,16
16,30
1,58
0,01
0,13
65,89
18,29
15,66
1,35
0,01
0,12
15,07
0,56
44,69
9,77
11,24
18,50
37,01
0,63
1,10
75
12,53
0,54
45,58
9,71
13,93
17,52
36,51
0,6
1,11
77
9,75
0,55
47,13
10,08
14,20
18,10
36,10
0,6
1,06
80
6,23
0,52
46,80
10,13
18,23
17,83
39,58
0,6
1,12
83
-
-
-
Печь работала со стабильной токовой нагрузкой и с высокими
технико-экономическими показателями. При повышении содержания
оксида алюминия в шлаке с 11 до 18 % содержание оксида марганца в
нем снизилось с 15,07 до 6,23 %, а степень извлечения марганца
выросла до 83 % (таблица 7.11). Степень извлечения кремния во всех
вариантах плавки находилась на уровне 38-39 %. Полученный сплав
соответствовал ферросиликомарганцу марки СМн-17. Использование
марганцевых окатышей и глиноземсодержащих материалов привело к
снижению температуры колошника с 600-700 °С до 500-600 °С, что в
конечном итоге положительно отразится на тепловом балансе плавки.
171
Таблица 7.12 - Химический состав продуктов плавки
№
п
/1
Мп
1 г 63,84
2
3
4
I
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
|
Химический анализ
металла, %
§1
| Ре
Р | 3
64,39
65,52
63,98
18,30
17,33
15,90
18,11
63,42
64,91
62,78
64,60
63,13
17,60
15,29
18,90
16,50
17,80
63,96
65,12
64,47
64,71
63,19
18,23
16,11
17,52
17,03
18,42
65,84
64,96
65,93
65,79
66,93
18,71
19,87
17,82
18,12
16,94
Химический анализ шлака, %
|
С
МпО | ЗЮг
СаО
МёО 1 А Ь 03 | РеО Р20 5
1 - Традиционная шихта (руда)
0,80 16,21
8 ,6 6 I 11,22 1 0.54
1,01
46,49 17,86
16,10 0,11
0 ,1 0 !
18,50 1 10,02 ! 11,24 6,58 0 ,1 0
1,05 15,00 44.49
16,14 0,09 1,01
19,24
16,12 0,1 0 1,01
1,45 13,34 43,60
11,01
11,26 0,56 0 ,1 0
16,11 0,1 0 1,01
1,00
16,08 45,03 [18,28
9,77
11,20
0,53 | 0,10
2 - Шихта с применением марганцевых окатышей (руда + глина)
16,63 0,14 0,01
1,11
12,68
45,40
17,52
9,65 1 13,93 0,54 0 ,0 2
44,24
16,64 0,14 0,01
10,77
14,24 0,54 0 ,0 2
1.32 11,31
18,30
0,14
13,80
16,80
0,01
0,90
47,22
17,13
8,98 1 13,62 0,56 0 .0 2
16,73 0,14 0,01
1,22
11,69 45,11
17,78
9,71
14,01 0,55 0 ,0 2
9,64 1 14,05 0,55 0 ,0 2
16,71 0,14 0,01 0.96 12,93 46,03
17,21
3 - Шихта с применением марганцевых окатышей (руда + глина + кокс)
1,03 10,69 47,81
18,04
10,01
14,02 | 0,55 0 ,0 2
16,33 0,13 0,01
14,41 0,57 0 ,0 2 '
1,22
8,96
45,30
18,82
11,03
16,30 0,14 0,01
1,12
10,61
9,55
47,22
18,12
14,20 0,55 0 ,0 2
16,31 0,13 0,01
1,19
9,32
47,08
18,26
10,08
14,32 0,55 0 ,0 2
16,31 0,13 0,01
9,12
16,34 0,1 2 0,01 0,92 10,21
48,23
17,23
14,13 0,53 0,0 2
4 Шихта с применением марганцевых окатышей (рула + глина + кокс + уголь)
18,17 0,50 0,02
15,57 0,1 2 0,01
6,28
10,18
1,05
46,61
17,83
7,01
48,52
17,72
9 22
18,02 0,49 0,0 2
15,51 0,11 0,01 0,72
10,32
18,34 ^ 0,52 0,02
6 ,02
46,33
17,91
1,08
15,69 0,1 2 0,01
18,21 0,52 0,0 2
15.67 0,12 0,01
1,06
6,76
46,71
17,81
10,13
5,08
11,08
0,55 0,02
0,01
1,30
45,83
18,02
18,63
0,13
15,70
Крат 1 Осно 1
вност
Ь
Iь
1 ноет
5
0,02 1 1,10
0,0 2 1 1,10
0,02 1,23
0,02 | 0,97
0,11
0,11
0,11
0.11
0,11
0,12
0,12
0,12
0,12
0,12
0,57 |
0,64 1
0,69 |
0,62
0,60
0,65
0,99 I 0,55
1,20
0,61
0,58
1.11
1,13
1
1.12
]
|
1
!
1,02
0,59
0,65 1
0,61
0,60
0,55
1,04
1,01
1,11
1,11
0,1
0,1
0,1
0,1
1,1?
0,1
1,13
1,12
1.Ю
1,11
0,60
0,56
0.61
0,60 I
0,63 1
Одной из причин высоких технико-экономических показателей
опытных плавок является также более тесный контакт твердого
углерода с рудой в окомкованном материале. При этом
обеспечивается большее значение коэффициента использования
углерода топлива за счет снижения угара, увеличения скорости и
степени восстановления ведущих компонентов шихты.
На
основании
термодинамически-диаграмного
анализа
определили, что опытные шлаки по составу располагаются в фазовом
пятивершиннике
2МпО8Ю 2-СаО* М^О* 23Ю2-СаО* А120 3-28Ю22М§0*8Ю2-8Ю2. Д л я
данного
пентатопа,
по
уравнениям
трансформации фазового состава от содержания первичных оксидов с
использованием математической модели фазовой диаграммы системы
М§О-Мп0-СаО-А12Оз-8Ю2, были рассчитаны нормативные фазовые
составы опытных шлаков по Балансовому методу [191],
разработанному
в
Химико-металлургическом
институте
им. Ж. Абишева (Казахстан, г. Караганда):
2МпО • ЗЮ2= 1,422-МпО
2М §0 * 8Ю2= 0,691- А12Оэ- 1,253• СаО-1,745 *М^О
СаО • М §0 • 25Ю2 = -2,13- А Ь 0 3+3,861 С а0
СаО • А120 3 • 25Ю2= 2,732 * А Ь 0 3
8Ю2= 1*8Ю2 - 0,293*А120 3- 1,607-Са0 - 0,745* М§0-0,422-Мп0
Химический и фазовый составы опытных шлаков выплавки
ферросиликомарганца, который рассчитан с использованием
приведенных выше уравнений, представлены втаблипс 7.13.
Оптимальные результаты плавки достигнуты при использовании в
шихте высокозольных углей и доломита (вариант 4, таблица 7.13). Из
приведенных данных видно, что ввод в базовую шихту глины и
высокозольных углей, содержащих
повышенное количество
глинозема, обеспечивает увеличение содержания оксида алюминия в
шлаке с 11 до 18 %. Добавка в шихту доломита, наряду с
высокоглиноземистыми материалами, переместила состав конечных
шлаков в рекомендуемую для высококремнистых марганцевых руд
область диопсид-анортитовых шлаков, содержащих анортиговую фазу
более 50 % (таблица 7.13, шлак № 4), в котором как уже отмечалось,
создаются оптимальные термодинамические и кинетические условия
173
восстановления марганца и кремния. Заданное количество глинозема
обеспечило образование шлака анортитового состава с содержанием
остаточного кремнезема менее 3 %, исключив образование геленита,
присутствие которого ведет к образованию коротких тугоплавких
геленитных шлаков с высокой активностью глинозема. Реализация
этого варианта шихтовки, как отмечено выше (таблица 7.11),
обеспечила высокие технологические и технико-экономические
показатели выплавки ферросиликомарганца.
Таблица 7.13 - Средний химический и фазовый составы опытных
шлаков выплавки ферросиликомарганца__________________________
Фазовый состав
N
гч
О
сл
О
ОО
2
Огч
<
СаО
МпО
N
О
сл
О
с
2
гч
гч
о
О
сл
гч
О
сл
N
2
О
03
и
Огч
<
оСВ
и
1
Вариант плавки
Химический состав
1
г*
О
сл
О
а
2
гч
гч
о
сл
15,1
45,0
9,84
11,32
18,64
21,59
44,96
27,19
2,58
-
2
12,6
45,9
9,78
14,03
17,65
17,95
38,25
38,33
4,65
0,81
3
4
5
9,82
6,28
19,4
47,4
47,1
57,4
10,1
10,2
2,11
14,31
18,34
12,1
18,23
18,0
8,9
13,96
8,93
27,68
39,89
30,42
8,62
....
39,09 4,78
2,26
50,11 7,94
2,59
33,06 0,88
29,75
_
*Длл проведения расчетов химические составы пересчитаны на 100 %
.
7.3
Опытно-промыш ленные испытания технологии
вы плавки ферросиликомарганца с использованием окатыш ей из
мелочи марганцевой руды месторождения «Западный Камыс»
Опытно-промышленные
испытания
по
выплавке
ферросиликомарганца с использованием окатышей из мелочи
марганцевой руды месторождения «Западный Камыс», проводили в
условиях ТОО «Таразский металлургический завод».
Основной задачей исследования являлась оценка поведения
опытных окатышей в условиях рудно-термической плавки и влияния
их на технико-экономические показатели. Поэтому во всех опытах
условия плавки были приняты одинаковые и соответствующие
принятым на заводе. Это касается вопросов оптимизации шлакового
режима плавки. Нами показано, что для перехода в оптимальную
174
область волластонит-анортит-диопсидовых шлаков соотношение
борлинских углей и коксика должно составлять не более 50:50 %. А на
заводе, в связи с дефицитом и высокой стоимостью кокса, несмотря на
некоторое ухудшение показателей, отработана и внедрена технология
производства ферросиликомарганца с заменой до 70 % кокса
высокозольными углями. Для обеспечения стабильного содержания
марганца в сплаве не ниже 65 % состав шихты регулируется вводом
до 40 % богатой по марганцу Жайремской марганцевой руды.
Химические составы шихтовых материалов представлены в таблице
7.14.
Таблица 7.14
месторождения
Материал
-
Химические составы марганцевой руды
«Жайрем», кокса и угля_______________________
Содержание, %
Р
8 ППП
Мп Ре 5Ю2 СаО А^Оз м § о
общ
общ
Марганцевая 38,5 4,2
руда
«Жайрем»
__
9,2
9,9
1,1
1,4
0,07 0,1 Т5~(Г
Испытания проводились на электропечи № 3 мощностью 25
МВА на ступени напряжения 176—180 В и линейной силе тока 70 кА.
Рудная часть базовой шихты состояла из 40 % Жайремской руды и 60
% марганцевой руды месторождения «Западный Камыс» с
содержанием 20 % мелкой фракции.
В опытных вариантах в состав рудной части шихты 20 % руды
месторождения «Западный Камыс» фракции 0-8 мм задавалась в
окомкованном виде: в варианте 2 - окатыши с глиной, а в 3 варианте окатыши с глиной и коксом.
Состав шихты во всех вариантах рассчитывали на получение
волластонит-анортит-диопсидовых шлаков с основностью по СаО +
М§0/5Ю2 = 0,6 и содержанием М §0 10 %. В качестве флюса
используется доломит, а глиноземсодержащего
материала высокозольные борлинские угли.
Результаты опытно-промышленных испытаний приведены в
таблице 7.15.
Выплавка сплава во всех трех вариантах характеризовалась
стабильностью электрического режима, нормальным сходом шихгы,
отсутствием локальных газовыделений.
В целом, в ходе промышленного эксперимента марганцевые
окатыши показали удовлетворительную прочность. Разрушения их
175
как на верхних, так и при отборе на нижних горизонтах ванны печи,
не наблюдалось. Это обстоятельство, в первую очередь, отразилось на
снижении пылевыноса из печи. Использование окускованного
материала с исключением мелкой фракции 0 -8 мм оказало
положительное влияние на технологические и технико-экономические
показатели плавки (таблица 7.15).
Таблица 7.15 - Технико-экономические показатели опытных и
сравнительных плавок ферросиликомарганца
_________ _________
Базовый
2
1
Показатели
вариант вариант
вариант
I.Продолжительность, сут
3
3
2
2. Удельный расход материалов, кг/т:
Марганцевая руда «Жайрем», фракции 81069
1071,0
1053,0
80 мм
Марганцевая руда «Западный-Камыс»,
1603.0
803,4
829,0
фракции (8-100 мм)
Окатыши (10% глины)
803,4
Окатыши (10% глины, 5% кокса)
829,0
Уголь высокозольный борлинский
1131,0
1148,0
1144,0
Кокс
189,0
178,0
135,6
Кварцит (95,5% 8Ю2)
58,0
0
0
Доломит (25,6% СаО, 16,6%М&0)
122,0
106,0
98,0
3. Получено сплава, т
211,8
220,4
150,0
4. Получено шлака, т
177,9
176,3
115,5
5. Кратность шлака (шл/ме)
0,84
0,8
0,77
6. Основность шлака (СаО+М^О/ЗЮг)
0,6
0,6
0,6
7. Количество МпО в шлаке, %
14,0
15,1
12,8
8. Производительность печи, т/сут
70,6
73,5
75,0
9. Удельный расход эл.энергии, МВт ч/т
5,10
4,9
4,80
10. Извлечение Мп в сплав, %
74
75,5
76,5
11. Извлечение $ 1 в сплав, %
44
!
45
48
—
—
—
—
По сравнению с базовым периодом производительность печи
увеличилась на 4 % и 6 %, а извлечение марганца на 2 и 3 %
соответственно для 2 и 3 вариантов. На 4-8 % снизилась кратность
шлаков, и на 4-6 % уменьшился удельный расход электроэнергии.
Сплав всех вариантов содержал не менее 65 % Мп и 18 % 81 и
соответствовал марке СМн-17. Более высокие технико-экономические
показатели 3-го варианта плавки подтвердили положительное влияние
более тесного контакта твердого углерода с рудой в окомкованном
материале на условия восстановления ведущих компонентов.
176
В результате проведения экспериментальных исследований и
опытных испытаний:
1.
Проведены экспериментальные исследования физик
механических свойств различных восстановителей. Результаты
испытаний показали, что механическая прочность борлинского угля
несколько ниже прочности китайского и магнитогорского коксов, но
по
абсолютным
значениям
соответствуют
параметрам,
предусмотренным ГОСТ 8929-75 для углеродистых восстановителей,
используемых для выплавки ферросплавов. Структурная прочность
испытуемого материала довольно высока (81,35 %) и вполне отвечает
требованиям ГОСТ 9521-74.
2.
Опытным
путем
определены
физико-химические
характеристики изучаемых углей: плотность, пористость, удельное
электрическое
сопротивление
и
реакционная
способность.
Установленные параметры показали, что исследуемый материал
отвечает требованиям, предъявляемым к восстановителям для
электротермического производства ферросплавов. При этом по таким
важным показателям, как удельное электрическое сопротивление,
способствующее более полному использованию мощности печи, и
реакционная способность, обеспечивающая увеличение скорости
процессов восстановления, существенно превосходит традиционные
восстановители.
3.
Методом
дифференциально-термического
анализа
исследована динамика выделения летучих веществ при нагревании
углей в результате процесса термического разложения. Основной
процесс термического разложения угля происходит в интервале
температур 573-763 К, следовательно, летучие составляющие
выделяются в верхних горизонтах печи и создают совместно с
отходящими газами восстановительную атмосферу. Восстановители
поступают в реакционную зону рабочего пространства печи более
«раскрытыми», обладающими высоким электросопротивлением и
повышенной реакционной способностью, что положительно
отражается
на электрическом
режиме
процесса выплавки
ферросиликомарганца.
4. На основе термодинамически-диаграммного анализа фазовых
равновесий в оксидных системах РеО-МпО-СаО-АЬОз-ЗЮг и М§0МпО-СаО-А12Оз-ЗЮ2
дано
теоретическое
обоснование
целесообразности использования высокозольных углей Борлинского
месторождения, которые обеспечивают образование волластонитанортит-диопсидовых шлаковых расплавов с содержанием анортита
177
не менее 50%, тем самым улучшая шлаковый и электрический
режимы плавки ферросиликомарганца.
5. Результаты крупно-лабораторных и опытно-промышленных
испытаний по выплавке ферросиликомарганца показали, что
марганцевые окатыши из мелочи руды месторождения «Западный
Камыс»
удовлетворяют,
по
прочностным
характеристикам
требованиям, предъявляемым к шихтовым материалам для плавки в
низкошахтных рудно-термических печах (15-25 кг/окатыш по
требованиям ТУ). Вывод из шихты мелочи фракций 0-8 мм и подача
их в шихту в виде окускованного материала (окатышей) повысили
технико-экономические
показатели
процесса
плавки
ферросиликомарганца марки СМн-17. Акт о проведении опытнопромышленных испытаний по производству марганцевых окатышей
и выплавки с их использованием ферросиликомарганца представлен в
приложении
178
Заключение
Проведенные, с целью моделирования поведения марганцевых
руд месторождения «Тур» различного фракционного состава в
процессе
агломерации
и
выплавки
силикомарганца,
лериватографические исследования показали последовательность
изменения состава руд в процессе их нагревания. В кусковых рудах
при температуре 620 °С проявляется сильный эндотермический
пиролюзитовый эффект образования р-Мп2Оз из р-пиролюзита ф МпОг). При температуре 830 °С наблюдаемый пик соответствует
разложению полиперманганатов. При 980 °С регистрируется
курнакитовый эффект образования Р-гаусманита из р-Мп20 з . На
дериватограммах отсевов марганцевых руд месторождения «Тур»
фракции 0-10 и 0-5 мм в интервале температур 540 - 635 °С, помимо
пиролюзитового эффекта, проявляется раздвоенный эффект,
вызванный наложением термических воздействий кристаллизации
псиломелана и разложения пиролюзита. Эндотермический эффект при
температуре 800 °С зафиксированный на обоих дериватограммах
соответствует разложению полиперманганатов. При 985-990°С
регистрируется курнакитовый эффект образования р-гаусманита из рМп2Оз- Полученные дернватограммы свидетельствуют о сложности
минерального состава марганцевой мелочи.
Результаты рентгенофазового анализа подтвердили данные,
полученные дифференциально-термическим анализом. Так, на
рентгенограммах кусковой марганцевой руды месторождения «Тур»
фиксируются пики соответствующие присутствию вернадита,
пиролюзита и в небольших количествах браунита и гематита. Пустая
порода практически полностью представлена кварцем. Согласно
данным рентгенофазового анализа, в результате термической
обработки высшие оксиды марганца диссоциируют с образованием
гаусманита и браунита. Рентгенограмма мелочи марганцевой руды
указывает на высокую концентрацию компонентов пустой породы:
кварца, каолинита и кварцита. Рудные минералы представлены
пиролюзитом, гематитом и небольшими количествами браунита.
Исследование фазообразования в процессе агломерации
марганцевых руд месторождения «Тур» при вводе в состав аглошихты
доломита с позиции термодинамически-диаграммного анализа
системы М&-М-С-А-8 показывает, что фазовый состав веществ
изменяется в определенной последовательности с переходом в тот или
иной пентатоп, в зависимости от полноты взаимодействия доломита и
марганцевой руды. Показано, что добавка в аглошихту доломита
179
приводш к образованию тугоплавких соединений в результате
взаимодействия
последнего
с легкоплавкими
марганцевыми
соединениями. В результате, при вводе в шихту более 8 % доломита,
фазовый состав агломерата перемещается из пентатопа № 4 (М3АЗ3СА 82-М 28-М 828-З) в пентатоп № 3 (СМЗг-САЗг-МгЗ-М&З-З), в
котором отсутствует спессартит М3АЗ3.
Установлена динамика изменения фазовых равновесий в составе
аглошихты в процессе спекания, протекающая с образованием
промежуточных фаз: форстерита М фЗ и диопсида СМ 32. С
использованием данных по влиянию оксида магния на фазовый состав
оксидной системы МрО-МпО-СаО-АЬОз-ЗЮг сделана оценка физико­
химических свойств и на основании этого выбран оптимальный
расход доломита для руд месторождения «Тур», равный 8,4 %.
Лабораторные опыты по агломерации марганцевой руды фракции
0-10 и 0-5 мм месторождения «Тур» показали принципиальную
возможность производства марганцеворудных агломератов в
промышленных условиях с добавкой в шихту доломита. Показано, что
добавка 10 % доломита в шихту позволяет повысить вертикальную
скорость спекания на 32,1 % (до 25,9 мм/мин) и удельную
производительность на 9,1 % (до 0,96 т/м 2 час).
Проведены комплексные лабораторные исследования важнейших
для электротермических процессов металлургических свойств
(восстановимость и УЭС) агломератов в сравнении с рудой, которые
показали их высокие качественные характеристики.
Технология
агломерации
мелких
марганцевых
руд
месторождения «Тур» с вводом в состав шихты 10 % доломита
отработана на Аксуском заводе ферросплавов. В результате получен
агломерат,
характеризующийся
следующими
механическими
свойствами (по ГОСТ 15137-77):
прочность на удар 58,0 %;
прочность на истирание 10,9 %.
По результатам работы промышленной печи установлена
высока»: эффективность применения марганцеворудных агломератов
при выплавке ферросиликомарганца При этом улучшаются
электрические и технологические режимы плавки, увеличивается
производи гельность печи на 5,2 % и снижается расход электроэнергии
на 4,9 %, повышается извлечение марганца с 68,6 до 74,1 % за счет
снижения его потерь со шлаком, а также уменьшается вынос
марганцевой руды с пылегазовыми выбросами.
Петрографический анализ показал, что введение в состав
аглошихты доломита в количестве 5 % приводит к появлению в
составе агломерата монтичеллита (М§, Ре^ЗЮ-». При увеличении
180
расхода доломита с 5 до 10 % приводит к выделению наряду с
монтичеллитом и свободного форстерита М&ЗЮ^ Полученные
экспериментальные данные полностью подтверждают результаты
термодинамически-диаграммного анализа.
На основании выполненных работ предлагается технологический
регламент спекания мелочи марганцевой руды месторождения «Тур»:
расход топлива — 7 %; влажность шихты - 10 %; высота
слоя - 350-400 мм; количество возврата - 20-25 %; разряжение - 900
мм вод.столба.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных
исследований разработана и опробована в промышленном масштабе
технология агломерации мелочи марганцевой руды с применением
доломита.
Изучены
важнейшие
металлургические
свойства
агломератов и проведением промышленных испытаний показана
высокая
эффективность
их
использования
при
выплавке
ферросиликомарганца.
Полученные теоретические результаты имеют существенное
значение для практики производства марганцевых сплавов и могут
быть использованы при разработке новых, совершенствовании
применяемых способов подготовки марганцевых руд и выплавки
ферросиликомарганца для более рационального использования
марганцевого сырья.
Согласно акту опытно-промышленных испытаний Аксуского
завода ферросплавов - филиала АО «ТНК «Казхром», использование
агломератов
при
выплавке ферросиликомарганца
позволяет
экономить до 4,9 % электроэнергии, увеличить производительность
печей на 5,2 %, и повысить степень извлечения марганца с 68,6 % до
74,1 %.
Методами неизотермической кинетики изучены и определены
значения энергии активации процессов, протекающих при нагреве
мелочи марганцевой руды месторождения «Западный Камыс» и её
смеси с восстановителями и связующей добавки. Показано, что в
присутствии связующей добавки и восстановителей в виде кокса и
угля, термические процессы протекают с меньшими энергетическими
затратами. Кажущаяся энергия активации процесса при этом
достигает
= 21,8 кДж/моль для смеси марганцевой руды, глины,
кокса и угля, по сравнению с той же смесью, но без угля, где
значения Е ,„ = 41,7 кДж/моль.
Проведены исследования по изучению термопластических
характеристик
и
электросопротивления
марганцевой
руды
месторождения «Западный Камыс». Для марганцевой руды
181
месторождения «Западный Камыс» характерна высокая электрическая
проводимость, начиная с комнатной температуры, которая
обусловлена повышенным содержанием в окисленной руде
пиролюзита. На основании проведенных исследований можно
заключить, что руда месторождения «Западный Камыс» относится к
категории
легкоплавких
руд
с
относительно
низким
электросопротивлением.
Проведены
лабораторные
исследования
по
разработке
технологии
производства безобжиговых марганцевых окатышей,
которые показали, что прочность окатышей, высушенных
при
температуре 100 °С с содержанием в шихте 10 % глины, выросла
более чем в 3 раза по сравнению с базовым вариантом и составила
16,1 кг/окатыш, что вполне приемлемо для использования их при
плавке в рудно-термической печи без последующего обжига.
На основе термодинамически-диаграммного анализа фазовых
равновесий в оксидных системах РеО-МпО-СаО-А^Оз-ЗЮг и М §0МпО-СаО-А^Оз-ЗЮг
дано
теоретическое
обоснование
целесообразности использования высокозолных борлинских углей с
позиции улучшения шлакового и электрического режимов плавки
ферросиликомарганца, которое
обеспечивается образованием
волластонит-анортит-диопсидовых
шлаковых
расплавов,
с
содержанием анортита не менее 50 %.
Исследованы
физико-химические
характеристики
восстановителей: плотность, пористость, удельное электрическое
сопротивление
и
реакционная
способность.
Установленные
параметры показали, что берлинские угли отвечают требованиям,
предъявляемым к восстановителям для электротермического
производства ферросплавов. При этом по таким важным показателям,
как удельное электрическое сопротивление и реакционная
способность
угли
существенно
превосходят
традиционные
восстановители.
Проведены
экспериментальные
исследования
физико­
механических свойств различных восстановителей. Результаты
испытаний показали, что механическая прочность борлинского угля
несколько ниже прочности китайского и магнитогорского коксов, но
по
абсолютным
значениям
соответствуют
параметрам,
предусмотренным ГОСТ 8929-75 для углеродистых восстановителей,
используемых для выплавки ферросплавов. Структурная прочность
испытуемого материала довольно высока (81,35 %) и вполне отвечает
требованиям ГОСТ 9521-74.
Разработана и прошла опытно-промышленные испытания в
182
условиях
Таразского
металлургического
завода
технология
производства
безобжиговых
марганцевых
окатышей
из
высококремнистой марганцевой руды месторождения «Западный
Камыс» фракции 0-5 мм без доизмельчения с использованием
восстановителя и в качестве связующего материала глины
Саздинского месторождения.
Опытно-промышленные испытания технологии
выплавки
ферросиликомарганца с использованием марганцевых окатышей
показали, что вывод из шихты мелочи фракций 0-8 мм и подача их в
шихту в виде окускованного материала (гранул) обеспечили высокие
технологические технико-экономические показатели процесса, с
получением стандартного ферросиликомарганца марки СМн-17.
183
Литература
1 Такенов Т. Д., Толымбеков М. Ж., Байсанов С. О. Развитие
ферросплавной отрасли И Промышленность Казахстана. - 2003. —№ 4
(19).- С . 48-51.
2 Габдуллин С. Т., Такенов Т. Д., Толымеков М. Ж. и др.
Разработка технологии выплавки ферросиликомарганца на Аксуском
заводе ферросплавов из смеси агломерата и концентрата // Тезисы
докл. Межа. науч. - техн. конф. «Комлексное использование
минеральных ресурсов Казахстана». - Караганда, 1998. - 320 с.
3 Байсанов С. О., Толымбеков М. Ж , Святов Б. А. и др.
Состояние марганцевого производства в Казахстане // Состояние
марганцеворудной
базы
России
и
вопросы
обеспечения
промышленности марганцем : сб. науч. тр. - Красноярск, 2001.
- С. 32-34.
4 Байсанов С. О., Толымбеков М. Ж., Святов Б. А. и др. Опыт
производства силикомарганца на Аксуском заводе ферросплавов //
Состояние марганцеворудной базы России и вопросы обеспечения
промышленности марганцем : сб. науч. тр. - Красноярск. - 2001.
- С . 185-186.
5 Святов Б. А., Толымбеков М. Ж., Байсанов С. О. и др. Анализ
технологического и электрического режимов работы ферросплавных
печей при выплавке ферросилиция и ферросиликомарганца // Физико­
химические
и технологические вопросы металлургического
производства Казахстана: сб. науч. тр. ХМИ. - Алматы, 2002. - Т. 30.
- С. 80-88.
6 Святов Б А., Толымбеков М. Ж., Такенов Т. Д. О
прогнозировании моделировании магнезиальных шлаков технологии
выплавки силикомарганца // Физико-химические и технологические
вопросы металлургического производства Казахстана : сб. науч. тр.
ХМИ. I Алматы, 2002. - Т. 30. - С. 89-91.
7 Святов Б. А., Такенов Т. Д., Байсанов С. О., Толымбеков М.
Ж., Относительно тридимит | кристобаллитовых, анортитовых и
магнезиальных шлаков в технологиях электротермии силикомарганца
// Физико-химические и технологические вопросы металлургического
производства Казахстана : сб. научн. тр. ХМИ. - Алматы. - 2002.
- Т . 30, - С. 115-121.
8 Святов Б. А., Головачев Н. П., Платонов В. Ю. и др.
Материальный баланс основных элементов при выплавке
ферросиликомарганца в цехе № 1 Аксуского завода ферросплавов //
Физико-химические и технологические вопросы металлургического
184
производства Казахстана : сб. науч. тр. ХМИ. - Алматы, 2002. - Т. 30.
- С. 244-259.
9 Святов Б. А. Исследование возможности использования
доломита Алексеевского рудника АО «ССГПО» в качестве флюса при
производстве ферросиликомарганца // Физико-химические и
технологические
вопросы
металлургического
производства
Казахстана : сб. науч. тр. ХМИ. - Алматы, 2002. —Т. 30. - С. 260-267.
10 Святов Б. А., Толымбеков М. Ж., Привалов О. Е. и др.
Изучение и выбор электрических и геометрических параметров
ферросилициевой руднотермической печи РКЗ - 33 МВА для перевода
на выплавку ферросиликомарганца II Физико-химические и
технологические
вопросы
металлургического
производства
Казахстана: сб. науч. тр. ХМИ. - Алматы, 2002. - Т. 30. —С. 416-425.
11 Нурумгалиев А. X., Шипилова Н. П., Максютин Л. А. и др.
Подготовка отходов марганцевых руд месторождения Богач к
производству силикомарганца на ТЭМК // Технология производства
металлов и вторичных материалов. - 2007. - №1 ( 11). - С. 68-72.
12 Смирнова Е. Форум единомышленников // Промышленность
Казахстана - 2004. - № 10. - С. 32-34.
13 Толымбеков М. Ж., Такенов Т. Д., Ахметов А. Б. Прямое
легирование стали марганцем. — Алматы: НИЦ «Рылым», 2003.
- С . 304.
14 Малышев С. Н., Зеленский В. П. Состояние и возможности
развития минерально - сырьевой базы ОАО «Жайремский ГОК» //
Материалы научно-практической конференции (Сырьевая база черной
металлургии Казахстана): сб. науч. тр. - Караганда. - 2003. - С. 12-16.
15 Джусупов А. Т. Переработка марганцевых руд на
предприятиях ОАО ТНК «Казхром» РУ «Казмарганец» // Материалы
науч.-практ. конф. «Сырьевая база черной металлургии Казахстана».
- Караганды, 2003. - С. 109-112.
16 Верещук Е. П., Зеленский В. П. Опыт обогащения первичной
руды гравитационным способом // Обогащение руд. - 2005. - №3.
- С.46-48.
17 Гасик М. И., Лякишев Н. П. Теория и технология
электрометаллургии
ферросплавов.
М.:
СП
«Интермет
Инжиниринг», 1999. - С. 764.
18 Абдулабеков Е." Э., Гриненко Л. Л., Кашин В. В. и др.
Производство
хромитовых
окатышей
для
выплавки
высокоуглеродистого феррохрома II Сталь. - 2003. - № 5. - С. 39-41.
19 Гасик М. И. Электротермия марганца - Киев: Техшка, 1979.
- С . 167.
185
20 Гасик М. И.,
Емлин Б. И. Электрометаллургия
ферросплавов. - К.: Вища школа, 1983. - С. 376.
21 Толымбеков М. Ж., Святов Б. А. Состояние марганцевой
базы Казахстана и пути ее развития // Физико-химические и
технологические
вопросы
металлургического
производства
Казахстана: сб. научн. тр. ХМИ. - Алматы, 2002. - Т. 30. - С. 92-99.
22 Ужкенов Б. С., Мазуров А. К., Селифонов Е. М. и др.
Состояние сырьевой базы железных, марганцевых и хромитовых руд
Казахстана и перспективы развития черной металлургии на период до
2030 года // Индустрия Казахстана. —2003. —№ 10(18). —С. 23-24.
23 Беапе М. Е. Е1ес(го1уПс тап§апезе ёкш ёе ргоёисйоп ш
1ге1апс1 // Тгапз-асйоп 1пзП(и1е оГ М ш т§ апё Ме(а11иг§у. 8ес. А. - 1985.
- № .7 .- Р . 169-175.
24 ЗаЬоо К. К., АсЬагиа В. С. УаМуапаШап 5. А Мо1е оп 1Ье
Мтега1о§у оС >Л5ЫкЬа1п Мап§апезе Огез, Опзза апё 1(8 1трНса(юп т
Вепейсаиоп II 1псИап М ш т§ ап<3 Еп§теегт§ .Гота!. - 1983. - Уо1. 22.
- № 8 . - Р . 9-12.
25 ЗаЬоо К. К., Капип§о 3: В., Магага]ап К. А Ыо(е оп (Ье
Оссиггепсе оГ РЬозрЬогиз ш Мап§апезе Огез оГ Сеп1га1 ЬкИа апё
ЦЬегайоп Оипп§ 31ге Яеёис(юп // 1псЦап Ме1а1 апё Еп§теепп§ 1оита1.
- 1 9 8 2 .-№ 2 ,3 .- Р . 25-32.
26 Исследование месторождений железомарганцевых руд в
Рипон Хилзе, марганцевая рудная провинция Пилбара. Западная
Австралия / Ин-т «Черметинформация». - 1977. - № 10340.
- С. 10-17.
27 Аиёап: Ьи§е гезоигсез \уШ Гееё з1ее1 тёиз1гу'з шап§апезе
ёетапё // Еп§теепп§ апё Мшш§ 1отаГ. - 1980. - Уо1.181. - № 11.
- Р . 107-108.
28 Жучков В. И, Жданов А. В. К вопросу о металлургической
оценке марганцеворудного сырья различных месторождений // Теория
и практика ферросплавного производства : сб. научн. тр. Серовского
завода ферросплавов. - Нижний Тагил : «Медиа-Принт», 2008.
- С . 38-42.
29 Кармазин В. И. Обогащение руд черных металлов. Учебник
для вузов. - М .: «Недра», 1982. - С. 216.
30 Жучков В. И., Жданов А. В., Заякин О. В. Исследование
температур размягчения марганцевого сырья // Расплавы. - 2006.
- № 3. - С. 29-32.
31 Поволоцкий Д. Я., Рощин В. Е., Рысс М. А. и др.
Электрометаллургия стали и ферросплавов. - М. : Металлургия, 1974.
- С. 551.
186
32 Сутырин Ю. Е. Карбонатные руды - основа сырьевой базы
марганца России // Металлург. - 2002. - № 10. - С. 26-28.
33 Чернобровин В. П., Мизин В. Г., Сирин Т. П. и др.
Переработка карбонатных марганцевых руд для производства
высококачественных сплавов // Сталь. - 2005. - № 2. - С. 52-56.
34 Томчук В. С., Юрьева Н. Л. Месторождение Ушкатын III перспективная сырьевая база черной металлургии для производства
низофосфористых марганцевых ферросплавов // Тезисы докл. II Вссс.
совещания. - Тбилиси, 1977. - С. 180.
35 Байсанов С. О., Толымбеков М. Ж., Габдуллин С. Т. и др.
Перспективы развития марганцевой отрасли Казахстана //
Современные проблемы металлургии : сб. науч. трудов. ДМетИ Днепропетровск. —Днепр, 2001. - Т. 2. - С. 55-58.
36 Святов Б. А. Разработка и освоение технологии
ферросиликомарганца в ферросилициевых печах с использованием
марганцевого сырья месторождения Тур // Физико-химические и
технологические
вопросы
металлургического
производства
Казахстана : сб. научн. тр. ХМИ. — Алматы, 2002. — Т. 30,
- С . 191-205.
37 Нохрина
О.
И.
Получение
высококачественных
концентратов из марганцевых руд Кузбасса и их использование //
Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2003. - № 8. - С. 10-12.
38 Гутак Я. М. Минерально-сырьевая база Кемеровской
области (Современное состояние, перспективы, проблемы) // Известия
ВУЗов. Черная металлургия. - 2003. - № 6. - С. 61-65.
39 Толстогузов Н. В. Теоретические основы и технология
плавки кремнистых и марганцевых сплавов. —М. : Металлургия, 1992.
- С . 239.
40 Габдуллин Т. Г., Байсанов С., Такенов Т. Д., Спирин В. Б.
Углеродистый ферромарганец из концентратов окисленных руд
месторождения Ушкатын Ш // сб. науч. тр. «Совершенствование
технологии ферросплавов». - М .: Металлургия, 1981. - С. 70-72.
41 Едильбаев И. Б. Возрождение. - Алматы, 2004. - С. 276.
42 Хамзин Б. С., Жуковский В. И. Состояние и перспективы
расширения сырьевой .базы марганцевых руд Центрального
Казахстана // Индустрия Казахстана. - 2003. - № 10 ( 18). - С. 9-11.
43 Святов Б. А., Толымбеков М. Ж., Байсанов С. О.
Становление и развитие марганцевой отрасли Казахстана. - Алматы.:
Искандер, 2002. - С. 4 16 .
44 Калинин В. В. Железомарганцевые месторождения Каражал.
-М .: Недра, 1965.- С . 28.
187
45 Святов Б. А. Освоение выплавки ферросиликомарганца при
использовании марганцевой руды месторождения Тур // Сталь.
- 2002. - № 8. - С. 55-58.
46 Друинский М. И., Жучков В. И. Получение комплексных
ферросплавов из минерального сырья Казахстана. - Алма-Ата : Наука,
1988. - С. 208.
47 Ли А. М., Татаркин Н. Л., Ким А. С. и др. Разработка и
промышленные испытания технологии производства марганцевого
агломерата из рудного сырья Казахстана // Тезисы докл. научно практич. конф. «Комплексное использование минеральных ресурсов
Казахстана». - Алматы, 1997. —С. 217.
48 Байсанов А. С. Фазойые равновесия и кинетика процесса
пирометаллургической переработки железмарганцевых руд : дисс.
канд. тех. наук. : 051602. —Караганда.: ХМИ, 2007. - С. 168.
49 Корякова О. Ф. Подготовка марганцевых руд к плавке в
мощных закрытых электропечах // Черная металлургия. Бюл. ин - та
«Черметинформация». —1985. -№ 14. —С. 3-16.
50 Чумарова И. В. Совершенствование процессов подготовки
сырья для ферросплавного производства за рубежом // Обзорная
информация : сб. науч. тр. ин - та «Черметинформация», сер.
Ферросплавное производство. 1 1984. - № 2. - С. 1-27.
51 8а\уа Т., Ыакашига 5. Оеуе1ортеп( от зШсотап§апезе зтеШп§
а1 Щда1а АУогкз // Ргосеес1т§ 2пд 1п(ета(юпа1 РеггоаШнз Соп§гезз
“ГЫРАСОИ - 80”. I Ьаизапа. 1981. - Р. 263-296.
52 СЫзак1 Т., ТакеисЫ К. Е1ес(пс зте11т§ оГ Ы§Ь сагЬоп
Геггогпап§апезе
ргеЬеа1её ргегейизей та1епа1з гХ КазЫта ^огкз //
Ргосееёт§з оГ е1есгпс Йлтасе соп&гепсе. - 1975. - Уо1. 32.
- Р . 187-190.
53 Оккзи А., Нагаёа К., КипЪага 3. е( а1 Розз1Ые Ьагагйз туо1уес!
т 1о1а11у епе1озеё 1аг§е Ре - Мп {итаззеорегапоп // Е1есшс йлтасе
соп&гепсе ргосееёт§з. - 1980.1 Уо1. 38. - Р. 111-117.
54 Нарусэ В. Технический прогресс в производстве
ферросплавов // Тэцу то хаганэ. - 1972. - Т. 58. - № 8. - С. 1152-1167.
55 А сЬар(ег “Реггоа11о1з” &от ттега! Рас1з ап<1 РгоЫетз //
Е4Шоп Вигеау оГМтез РгергйП &от ВиИеПп. - 1975. - Р. 667.
56 Чумарова И. В. Экспресс - информация / сб. науч. тр. ин - та
«Черметинформация», сер. Ферросплавное производство. - 1986.
- № 1 .-С . 8-9.
57 Чумарова И. В. Экспресс - информация / сб. науч. тр. ин - та
«Черметинформация», сер. Ферросплавное производство. - 1986.
- № 3. - С. 6-7.
188
58 Нарусэ В. Технический прогресс в производстве
ферросплавов // Тэцу то хаганэ. - 1972. - Т. 58. - № 8. - С. 1152-1167.
59 А сЬар(ег “Реггоа11о15и Ггот гтпега! Рас1з апё РгоЫетз //
ЕёШоп Вигеау оГМтез РгерпШ й о т ВиИеПп. - 1975. - Р. 667.
60 Ккатига М., Мопто1о М., Кигйа I. 1тргоуетеп1 о? е1ес1пс
ро\уег сопзитрйоп ш зШсотапдапезе яте1пп§ // Ргоизе 2 пё
1п(ета(юпа1 ЕеггоаНоуз Соп§гезз “INРАСОN - 80”. - Ьаизаппе, 1980.
- Р. 59-72.
61 Нарусэ В. Современное состояние и проблемы производства
ферросплавов в Японии // Тэцу то хаганэ. - 1978. - Т. 64. - № 5.
- С. 650-658.
62 Хаякава X. Современное состояние и перспективы
промышленности ферросплавов. - Киккакё гэппо. - 1982. - Т. 35.
- № 8. - С. 20-25.
63 Ино Т. Рудовосстановительные ферросплавные печи.
Конструкция и технология плавки // Когё канэцу. - 1976. - Т. 13.
- № 3 .- С . 254-259.
64 ДосЫкозЫ Т., ТакеисЫ О., МйуазЬкз Т. е1 а1. Оеуе1орщеп( оГ
сотрозке со1ё ре11еС Гог зШсоттап^апезе ргоёисйоп // Тгапзас1юпз оГ
1Ье 1гоп апё 5(ее1ГпзШШе оГ„Тарап. -1984. —Уо1.24, № 6. —Р.492-497.
65 Цукуи С. Современное положение в области производства и
потребления ферромарганца и силикомарганца // Току сико. - 1979. Т. 2 8 .-№ 7 .- с . 37-38.
66 Чумарова И. В. Экспресс-информация / сб. науч. тр. ин - та
«Черметннформация», сер.Ферросплавное производство. - 1982.
- № 1. - С. 1-2.
67 Корякова О. Ф., Чумарова И. В. Использование
марганецсодержаших отходов, образующихся при выплавке
марганцевых сплавов за рубежом // Черная металлургия. Бюл. ин - та
«Черметннформация».—1984. —№ 12. - С . 12-19.
68 Кепёпск VI. Ь. МоёиНзт§ ргасисе а< Мап@апезе 1пз. Кепёпск
VI. ЬУ/ Мшт§ Еп§п§. - 1956. - Уо1.8. № 11, - Р.1105-1109.
69 КосЬаз К. А§&1отега1юп ёез тшепиз ёе тап§апезе де 1ГИпнш
// Кеу. т ё . Мтега1е. - 1970. - Уо1.52, № I. - Р. 43-60.
70 Корякова О. Ф. Обогащение и окускование марганцевых руд
за рубежом. - Черная металлургия. Бюл. ин - та «Черметинформация».
- 1978.-№ 4 .- С . 3-23.
71 Реггошап^апезе зт(ег Ьоо(з Гитасе еШаепсу // 1гоп А§е
Ме1аЬуогкт§ 1п(етаиопа1,1АМ1. - 1978. - Уо1.17, № 12. - Р. 13-18.
189
72 Ямагаси Е., Синохэ Н., Накамура И. Строительство и
эксплуатация крупных электропечей для производства ферросплавов
// Нихон кокан гихо. - 1975, - № 67. - С. 195 - 204.
73 РеПегё йе шап§апезе // 1оигпа1 с1и &иг е1ес(пцие. - 1981.
Уо1. 86, № 7. - Р. 22.
74 СоМ - Ъопдей Мп ре11е1з // ТЬе ше(а11иг§1$( апс! та1епаЬ
(есЬпо1о§18(. —1984. —Уо1.16, № 2, - Р. 60-61.
75 Гернер В. И,, Обрезков В. В., Магтидсон И. М. и др.
Оборудование для брикетирования отходов в производстве
ферросплавов // Сталь. —2000. —№ 3. —С. 36 —39.
76 Федоренко Н. В., Дубровин А. С., Хяккинен В. И.
Производство стали и ферросплавов // Теория и практика. : сб. науч.
тр. НИИМ. - Челябинск, 1998. - С. 152 - 165.
77 Петров А. В., Сигуа Т. И., Перова В. В. и др. Производство
марганцевого агломерата на аглофабрике Зестафонского завода
ферросплавов // Сталь. - 1983. - № 5. —С. 17 —20.
78 Гасик М. И., Лякишев Н. П., Емлин Б. И. Теория и
технология производства ферросплавов. - М. : Металлургия, 1989.
- С. 227-244.
79 Мураховский В. В., Грищенко С. Г. Повышение
эффективности производства марганцевых ферросплавов // сб. науч.
тр. ин - та «Черметинформация», сер. Ферросплавное производство.
- 1988.-В ы п. 2 ,-С. 8-9.
80 Грищенко С. Р., Ященко А. Г., Чайчеко А. А. и др.
Совершенствование технологий подготовки марганцевого сырья к
электроферросплавному переделу // сб. науч. тр. Металлургия
марганца. - Тбилиси, 1986. - С. 57 - 58.
81 Петров А. В., Цюрупа А. Д., Кривенко В. В. и др.
Исследование
по
интенсификации
спекания
марганцевых
концентратов // сб. науч. тр. Металлургия марганца. —Тбилиси, 1986.
- С . 71-72.
82 Рухадзе О. А., Сигуа Т. И., Перова В. В. и др. Опыт работы
агломерационной фабрики Зестафонского завода ферросплавов
им. Г. Николадзе. // сб. науч. тр. Металлургия марганца. - Тбилиси,
1986.- С . 72-73.
83 Ященко А. Г., Сиваченко В. М., Грищенко С. Р. Взаимосвязь
параметров процесса спекания и условий работы газоочистного
оборудования агломашин Никопольского завода ферросплавов // сб.
науч. тр. Металлургия марганца. - Тбилиси, 1986. - С. 65 - 66.
84 Мураховский В. В., Грищенко С. Г., Белоусов В. Ф. и др.
Проблемные вопросы улучшения качества марганцеворудного сырья
190
как важнейшего условия интенсификации процессов получения
марганцевых ферросплавов // Сталь. - 1987. - № 12. - С. 33-35.
85 Грищенко С. Г., Каргина 3. П., Катунин В. М., Харченко Н.
И. Вовлечение в металлургический передел карбонатных марганцевых
руд // Черная металлургия : Бюл. ин - та «Черметннформация». - 1985.
Вып. 12.- С . 8-22.
86 Кучер А. Г., Мироненко П. Ф. Термическая подготовка
карбонатных марганцевых концентратов перед электроплавкой //
Физико-химические процессы в электротермии ферросплавов : сб.
науч. тр. - М., 1981. - С. 25-34.
87 Грищенко С. Г., Каргина 3. П., Райгородецкий М. В. и др.
Испытания процессов термической подготовки никопольских
карбонатных марганцевых концентратов в шахтных и вращающихся
печах И Физико-химические исследования малоотходных процессов в
электротермии : сб. науч. тр.. - М., 1985. - С. 80-85.
88 Рогачев И. П., Овчарук А. Н., Величко Б. Ф. и др.
Вещественный состав марганецсодержащих отходов ферросплавного
производства и пути их утилизации // Пути использования
марганецсодержащих отходов, образующихся при выплавке
марганцевых сплавов на заводах ферросплавов : сб. науч. тр. ин - та
«Черметннформация». - М., - 1983. -С . 11-12.
89 Грищенко С. Г., Рогачев И. П., Овчарук А. Н. и др.
Металлургические свойства металлоконцентрата, полученного при
обгашении отвального шлака силикомарганца // Пути использования
марганецсодержащих отходов, образующихся при выплавке
марганцевых сплавов на заводах ферросплавов : сб. нау. тр. ин - та
«Черметннформация». —М., - 1983. —С. 14-16.
90 Рогачев И. П., Овчарук А. Н., Петров А. В. и др. Технология
получения и качество марганцевого агломерата с металлодобавками //
Интенсификация электроферросплавных процессов и повышение
качества продукции: сб. науч. тр. - Днепропетровск, 1985. - С. 16-17.
91 Овчарук А. Н., Ганцеровский О. Г., Мироненко П. Ф. и др.
Применение вторичных материалов при спекании марганцевого
агломерата // Интенсификация электроферросплавных процессов и
повышение качества продукции: сб. науч. — тех. конф.
-Днепропетровск, 1985.- С . 17-18.
92 Разработка
и
внедрение
технологии
утилизации
марганеисодержащих отходов шлакопереработки на НЗФ : Отчет о
НИР / ДМетИ. - Днепропетровск, 1983. - С. 210. - Инв. №23483.
93 Гладких В. А., Лысенко В. Ф., Рогачев И. П. и др.
Исследование технолгии металлургического передела шлакового
191
песка силикомарганца // Металлургия и коксохимия. - 1983. - № 81.
- С. 53-60.
94 Исследование влияния различных добавок на качество
марганцевого агломерата и малофосфористого шлака : Отчет по НИР//
ДМетИ. - Днепропетровск, 1985. - С. 109. - Инв. № 40185.
95 Корякова О. Ф., Чумарова И. В. Использование
марганецсодержащих отходов, образующихся при выплавке
марганцевых сплавов, за рубежом // Черная металлургия. Бюл. ин - та
«Черметинформация». - 1984. - № 12. —С .12-19.
96 Плоткин Н. 3., Печенникова И. С. Агломерация
концентратов марганцевых руд Грушевского рудоуправления с
использованием попутно добываемого флюса // Металлургия и
коксохимия. - 1970. - № 19. - С. 20-24.
97 Солдаткин А. И. Получение агломерата из марганцевой руды
// Сталь. - 1953. - № 6. - С. 497-503.
98 Сапожникова Т. В., Овчинникова Л. А., Кашин В. В.
Фазовый состав марганцевистых агломератов из руд Северного
Урала // Уральский марганец. Руды и ферросплавы : сб. науч. тр.
института металлургии. - Екатеринбург, - 1994. - С. 15-20.
99 Ященко А. Г., Киссин А. Г., Москалева Н. М. Особенности
производства офлюсованного марганцевого агломерата для выплавки
углеродистого ферромарганца в закрытых печах // Тезисы докл. II
Всес. Совещ. по металлургии марганца. - Тбилиси, 1977. - С. 230.
100 Миллер В. Я., Утков В. А. Результаты лабораторных и
полупромышленных
опытов
по
агломерации
концентрата
карбонатных марганцевых руд Полуночного месторождения // сб.
науч. тр. института металлургии УФАН СССР. - Свердловск, 1961.
- № 7 .- С . 69-78.
101 Хохлов Д. Г., Луговых И. В. Технология агломерации
марганцевого концентрата их карбонатных руд Полуночного
месторождения // сб. науч. тр. института металлургии УФАН СССР.
- Свердловск, 1961. - № 7. - С. 89-98.
102 Петров А. В., Кривенко В. В., Чикмасов В. Ф.,
Ковтун
П. Д. Производство марганцевого агломерата из карбонатных руд
повышенной основности // Металлургия. - № 10. - 1988. - С. 33-34.
103 Гасик М. И., Зубанов В. Г., Кучер А. Г. и др.
Интенсификация
процесса
выплавки
низкофосфористого
углеродистого ферромарганца // Сталь. - 1977. - № 2. - С. 138-140.
104 Гасик М. И., Зубанов В. Г., Щербицкий В. В. и др.
Получение офлюсованного марганцевого агломерата и выплавка
192
высокоуглеродистого ферромарганца // Сталь. - 1982. - № 10.
- С . 51-53.
105 Кашин В. В., Крашенинников М. В. Отработка технологии
окускования марганцевых руд Северного Урала // Уральский
марганец. Руды и ферросплавы : сб. науч. тр. УрО РАН.
- Екатеринбург, - 1994. - С. 7-14.
106 Ященко А. Г. Исследования процесса спекания и
разработка технологии производства влагостойкого офлюсованного
агломерата : автореф. канд. тех. наук: 03.02.83. - М. : МИСИС, 1983.
- С . 22
107 Кашакашвили Г. В., Чиковани Н. Р. Зестафонскому заводу
ферросплавов - 70 лет // Сталь. - 2004. - № 1.1 С. 36-37.
108 Хвичия А. Т., Каджая А. Г., Самхарадзе С. Г. Агломерация
чиатурских богатых марганцевых руд // сб. науч. тр. Грузинского
политехнического института. - Тбилиси, 1957. - С. 68-77.
109 Кекелидзе М. А., Перова В. В. Оптимальные условия
агломерации чиатурской мытой марганцевой руды I сорта // Сообщ.
АН Груз. ССР. 1 1956. - № 10.1 С. 905-912.
110 Мазмишвили С. М., Церетели Н. И., Табуашвили О. В.
Выплавка среднеуглеродистого ферромарганца с применением
концентрата, полученного из чиатурских карбонатных марганцевых
руд // Марганец. - 1985. - № 2 (98). - С. 16-18.
111 Рухадзе О. А., Сигуа Т. И., Перова В. В. и др. Опыт
работы
агломерационной
фабрики
Зестафонского
завода
ферросплавов им. Г. Николадзе // Металлургия марганца. - Тбилиси.
- 1986.- С . 71-72.
112 Ким В. А., Акбердин А. А., Ли А. М. и др. Разработка и
создание технологии производства марганцевого агломерата в
Казахстане. // Физико-химические и технологические вопросы
металлургического производства Казахстана. : сб. науч. тр. ХМИ.
- Алматы, 2002. - Т. 30. - С. 363-370.
113 Мирко В. А., Левинтов, Б. Л., Татаркин Н. Л. и др. Пути
повышения эффективности процессов подготовки марганцевого сырья
Казахстана для производства ферросплавов // КИМС. - 1998. - № 3.
- С . 35-40.
114 Ким А. С. Окускование мелочи марганцевых руд // Теория
и практика ферросплавного производства : сб. науч. тр. Серовский
завода ферросплавов. - Нижний Тагил, 2008. - С. 42-49.
115 Акбердин А. А., Ким А. С., Ли А. М. и др. Окускование
мелочи хромитовых и марганцевых руд // Тезисы докл. Мсжд. науч.
- практ. конф. Абишевские чтения - 2006 « Жидкость на границе
.
193
раздела фаз —теория и практика». —Караганды, 2006. - С. 563-566.
116 Ким А. С. Разработка теоретических основ и технологии
переработки хромовых и марганцевых руд Казахстана с
использованием борсодержащих флюсов, автореф. докт. тех. наук :
- Караганды, 2010. - С . 38.
117 Габдуллин Т. Г., Такенов Т. Д., Байсанов С. О.,
Букетов Е. А. Физико - химические свойства марганцевых шлаков.
- Алма - Ата : Наука, 1984. - С. 232.
118 Берг Л. Г. Введение в термографию. - М .: АН СССР, 1961.
- С. 368.
119 Капиакпаров А. Г. Качество марганцевой руды при
термоокислительном коксовании углей // Тезисы докл. межд. науч. практ. конф. Наука и образования в XXI веке : динамика развития в
Евразийском пространстве. - Павлодар, 2006. - С. 221-223.
120 Калиакпаров А. Г., Никитин Г. М., Махметов М. Ж.
Углетермическое восстановление железа из гематита // КИМС. - 1993.
- № 3. - С. 38-42.
121 Иванова В. П., Касатов Б. К., Красавина Т. Н., Розинова Е.
Л. Термический анализ минералов и горных пород. - Л .: Недра, 1974.
- С . 399.
1
122 Сванидзе Л. К., Зало Т. Н., Кекелидзе М. А. Термические
исследования марганцевых окислов, руд и концентратов. Атлас
термограмм. - Тбилиси, 1974. —С. 32.
123 Сванидзе Л. К., Зало Т. Н., Кекелидзе М. А. Термические
исследования марганцевых окислов, руд и концентратов. Описание
термограмм. - Тбилиси, -1974. - С. 59.
124 Матвеев
В.
Е.
Комплексный
термоанализ
марганецсодержащих рудно-угольных смесей. - М. : Наука, 1975.
- С . 64.
125 Пилоян Г. О., Новикова О. С. Термографический и
термогравиметрический методы определения энергии активации
процессов диссоциации // Журнал неорганической химии. - 1967.
- Т . 12, № 3 , - С. 602-604.
126 Пилоян Г. О., Новикова О. С. О кинетике дегидратации
синтетических цеолитов // Известия АН СССР. Неорганические
материалы. - 1966. - Т. 2, № 7. - С. 1298-1301.
127 Святов Б. А. Научные, технологические и экологические
аспекты диверсификации ферросплавного производства : дисс. докт.
тех. наук.: 05.16.02. - Караганда.: ХМИ, 2002. —С. 295.
128 Байсанов С. О. Закономерности фазовых равновесий в
металлургических системах и разработка на их основе эффективных
194
|
I
\ \
технологий выплавки ферросплавов : дисс. докт. тех. наук. : 05.16.02.
- Караганда.: ХМИ, 2002. - С. 264.
129 Толымбеков М. Ж. Фазовые равновесия в высокоосных
шлаковых системах и разработка рациональных технологических
процессов металлургической переработки марганцевого сырья
Казахстана : дисс. докт. тех. наук. : 05.16.02. ; КазНТУ им.
К. И.Сатпаева. - Алматы, 2003. - С. 291.
130 Курнушко О. В. Вязкость и электропроводность
марганцевых шлаков и роль этих свойств в технологии
электротермического получения ферромарганца // Легирующие
сплавы. : сб. науч. тр. ЦНИИЧМ. — М. : Металлургия, 1967.
- С . 104-114.
131 Коротич В. И., Фролов Ю. А., Бездежский Г. 11
Агломерация рудных материалов. - Екатеринбург : ГОУ ВПО
УГТУ - УПИ, 2003. - С. 400.
132 Вегман Е. Ф. Процесс агломерации. - М. : Металлургия,
1963.- С . 252.
133 Коротич В. И. О стандартизации условий агломерации на
опытных лабораторных установках // Известия ВУЗов. Черная
металлургия. - 1961. - № 10. - С. 34-39.
134 Вегман Е. Ф. Окускование руд и концентратов.
М .: Металлургия, - 1974. - С. 285.
135 Коротич В. И. Основы теории и технологии подготовки
сырья к доменной плавке. —М .: Металлургия, - 1978. —С. 208.
136 Жунусов А. К., Байсанов С. О.. Нурмаганбетов Ж. О.,
Абдулабеков Е. Э.
Определение основных технологических
параметров производства офлюсованного марганцевого агломерата //
Тезисы докл. межд. науч. - практ. конф. «Индустриальноинновационное развитие на современном этапе : состояние и
перспективы». - Павлодар, 2009. - С. 90-93.
137 Жунусов А. К., Байсанов С. О., Нурмаганбетов Ж. О.,
Толымбеков М. Ж., Абдулабеков Е. Э., Сембаев Н. С. Физико химические
свойства
исследования
процесса
агломерации
марганцевых руд с применением доломита в качестве флюсов//
Вестник ПГУ. - 2009. - № 4. - С. 37-45.
138 Солдаткин А. И. Получение агломерата из марганцевой
руды // Сталь, 1955. - № 6. - С. 497-505.
139 Вегман Е. Ф., Жеребин Б. Н., Похвиспсв А. Н.,
Юсфин Ю. С. Металлургия чугуна. - М .: Металлургия, 1978. -С.480.
140 Коротич
В. И.,
Пузанов
В.
П.
Газодинамика
агломерационного процесса. - М .: Металлургия, 1969. - С. 208.
195
141 Коротич В. И. Теоретические основы окомкования
железорудных материалов. —М. : Металлургия, 1966. —С. 289.
142 Нурмаганбетов Ж. О., Максимов Е. В., Жунусов А. К.,
Нурмаганбетова Б. Н. Совершенствование процесса агломерации при
использовании мелочи марганцевой и хромовой руд // Тезисы докл.
межд. научн.- прак. конф. Абишевские чтения - 2006 «Жидкость на
границе раздела фаз-теория и практика». - Караганды, 2006.
- С . 498-501.
143 Жунусов А. К., Нурмаганбетов Ж. О., Головачев Н. П.
Производство агломерата из мелочи и отходов марганцевых руд //
Вестник Павлодарского университета. - Павлодар, 2004. - № 4(18).
- С . 138-139.
144 Жунусов А. К., Байсанов С. О., Нурмаганбетов Ж. О. и др.
Отработка оптимальных режимов агломерации марганцевых руд
месторождения Тур // Тезисы докл. межднаучн. - прак.конф.
«Академик Букетов - ученый, педагог мыслитель». - Караганды,
2005. - Т. 3 . - С. 361-364.
145 Жунусов А. К., Нурмаганбетов Ж. О., Байсанов С. О.
Использование мелочи и отсевов марганцеворудного сырья // Тезисы
докл. второй всероссийской науч. - прак.конф. «Проблемы
геоэкологии Южного Урала». - Оренбург, 2005. - С. 23-26.
146 Гаврилов В. А., Гасик М. И. Силикотермия марганца.
- Днепропетровск.: Системные технологии, 2001. - С. 512.
147 Готлиб А. Д. Доменный процесс. - М. : Металлургия, 1966.
- С. 234.
148 Дуррер Р., Фолькерт Г. Металлургия ферросплавов. —М. :
Металлургия, 1976. - С. 506.
149 Тагиров К. X. Металлургическая оценка известняков Юга и
Центральной части СССР // Металлургические известняки. - М. :
ГОНТИ, - 1938. - С. 43-46.
150 Букетов Е. А., Габдуллин Е. А., Такенов Т. Д.
Металлургическая оценка марганцевых руд Центрального Казахстана.
- Алма-Ата.: Наука КазССР, - 1979. - С. 184.
151 Байсанов С. О., Нурмаганбетов Ж. О., Жунусов А. К.
Истинные
и
кажущиеся
удельные
веса
и
пористость
марганцеворудных
материалов
//
Вестник
Инновационного
Евразийского университета. - Павлодар, 2009. - №
4 (36).
- С. 89-90.
152 Емлин
Б.
И.,
Гасик М.
И.
Справочник по
электротермическим процессам. —М .: Металлургия, 1978. —С. 321.
153 Кекелидзе М. А., Николайшвили Г. У. Электрическое
196
сопротивление чиатурских марганцевых руд и продуктов их
окускования // Марганец. - 1967, - № 11 (10).
154 Нахабин В. П., Жучков В. И., Воробьев В. П. и др.
Исследование полукокса в качестве восстановителя при получении
силикохрома и углеродистого феррохрома // Сталь. - 1964. - № II.
- С . 1006-1008.
155 Жучков В. И., Розенберг В. Л. и др. Энергетические
параметры и конструкции рудовосстановительных электропечей. Челябинск : Металл, 1994. - С. 192.
156 Жучков В. И., Микулинский А. С. Методика опреления
электрического сопротивления кусковых материалов и шихт // сб.
науч. тр. Экспериментальная техника и методы высокотемпературных
измерений. - М .: Наука, 1966, —С. 43-46.
157 Павлинский
Н.
И.,
Ганцеровский
О.
Г.
Электросопротивление
шихт
для
выплавки
углеродистого
ферромарганца // Металлургия и коксохимия. - 1974. - № 39.
-С . 84—86.
158 Мизин В. Г, Серов Г. В. Углеродистые восстановители
для ферросплавов. - М . : Металлургия, 1976.- С . 272.
159 Николайшвили Г. У., Кекелидзе М. А. Электрическое
сопротивление
и
теплопроводность
шихт
углеродистого
ферромарганца и силикомарганца // сб. науч. тр. «Производство и
применение
марганцевых ферросплавов». - Тбилиси, 1986.
- С . 37-46.
160 Нурмуханбетов Ж. У. Ким В. А., Толымбеков М. Ж.
Электрическое сопротивление углеродистых восстановителей //
Новости науки Казахстана. - 2005. - № 2. - С. 35-40.
161 Абдулабеков Е. Э. Физико-химические исследования и
разработка технологии производства окатышей из мелочи хромовых
руд с применением керамзитовой глины : автореф. канд. техн. наук. :
02.06.06. - Караганды : ХМИ, 2006. - С. 16.
162 Николайшвили Г. У., Кекелидзе М. А. Установка для
одновременного определения электрического сопротивления рудных
и нерудных материалов // Тезисы докл. техн. конф. Комиссии СМ
ГССР по науке и технике^.- Тбилиси, 1967. - № 4. - С. 247.
163 Жунусов А. К., Байсанов С. О., Толымбеков М. Ж.,
Нурмаганбетов Ж. О. Исследование удельного электрического
сопротивления марганцевых руд и шихт на их основе // Новости науки
Казахстана. Научно-технический сборник. - 2009. - № 4. - С. 54 - 63.
164 Воробьев В. П., Островский Я. И., Кулинич В. И. и др.
Некоторые особенности выплавки углеродистого феррохрома И Сталь.
197
- 1974.- № 5. - С . 433-434.
165 Воробьев В. П. Теоретические аспекты технологии и
практика повышения эффективности производства электропечных
ферросплавов : автореф. докт. техн. наук. : 05.16.02. —Свердловск. :
УПИ, 1988.- С . 38.
166 Чернобровин В. П., Пашкеев И. Ю., Михайлов Г. Г., и др.
Теоретические основы процессов производства углеродистого
феррохрома из уральских руд - Челябинск : Изд-во ЮурГУ, 2004.
- С . 346.
167 Байсанов С. О., Толымбеков М. Ж., Жунусов А. К., и др.
Исследование и определение величины энергии активации фазовых
превращений в марганцеворудных материалах // КИМС. - 2009.
- № 6. - С . 47-53.
168 Зельдин В. С., Ем А. П., Рабинович А. В. Исследование
кинетики процесса получения малофосфористого марганцевого шлака
// Марганец. - 1967, - № 1 (10). - С. 7-14.
169 Перова В. В. Влияние различных факторов на температуру
процесса спекания марганцевых руд // Марганец. - 1964. - № 1 (3).
- С . 87-92.
170 Чернышов А. М., Корнилова Н. К., Тарасенко Ю. В. О
расчете степени восстановления железорудных материалов по данным
гравиметрического и химического анализов // Известия ВУЗов.
Черная металлургия. - 1977. - № 3. - С. 21-25.
171 Никитин
Г. М.
Расчет степени
восстановления
железорудных материалов // Известия Академии наук СССР.
Металлы. - 1980. —№ 2. - С. 15-18.
172 Платонов В. Ю. Разработка и промышленное освоение
технологических процессов производства хромистых ферросплавов с
использованием боратовых руд Казахстана : дисс. канд. техн. наук. :
05.16.02. - Караганда.: ХМИ, 2001. - С. 154.
173 Жунусов А. К., Байсанов С. О., Нурмаганбетов Ж. О.,
Сембаев Н. С., Абдулабеков Е. Э. Исследование кинетики
восстановления марганцево-рудного материала // Известия ВУЗов.
Черная металлургия. - 2009. - № 3. - С. 5-8.
174 Нурмаганбетов Ж. О., Калиакпаров А. Г., Жунусов А. К.,
Байсанов С. О. Выплавка силикомарганца с применением в шихте
марганцевых агломератов // Тезисы докл. межд.научн.- прак. конф.
«Качество образования: менеджмент, кредитная система, достижения,
проблемы». — Экибастуз, 2006. —С. 265-269.
175 Жунусов А. К., Байсанов С. О., Нурмаганбетов Ж. О., и др.
Исследование возможности выплавки силикомарганца из агломератов
198
месторождения Тур // Тезисы докл. межд. научн. - прак. конф.
Абишевские чтения - 2006 «Жидкость на границе раздела фаз - теория
и практика». - Караганда, 2006. - С. 613-615.
176 Жунусов А. К., Нурмаганбетов Ж. О., Толымбекова Л. Б.,
Капиакпаров А. Г. Освоение технологии выплавки силикомарганца с
применением в шихте марганцевых агломератов // Тезисы докл.
межд. научн. конф. «VII Сатпаевские чтения». - Павлодар, 2007.
- С . 104-110.
177 Жунусов А. К., Байсанов С. О., Нурмаганбетов Ж. О.,
Абдулабеков Е. Э. Опытно-промышленные испытания по
производству ферросиликомарганца // Промышленность Казахстана.
1 2009. - № 6 (57). - С. 36-38.
178 Паулик Ф. Дериватограф системы Ф. Паулик, И. Паулик и
Л. Эрдей / Ф. Паулик, И. Паулик, Л. Эрдей // Теоретические основы
ВОЗ. Будапешт, 1980. - С. 54.
179 Григорьев В. М. Справочник по рудам черных металлов для
геологов/ В. М. Григорьев, Л. Ф. Борисенко. - М. : Недра, 1985.
- С . 287.
180 Матвеев
В.
Е.
Комплексный
термоанализ
марганецсодержащих рудо-угольных смесей / В. Е. Матвеева //
Новосибирск : Наука, 1975. - С. 64.
181 Ясыченко С. Ю. Применение термического анализа для
решения технологических вопросов переработки редкометального
сырья/ С. Ю. Ясыченко, В. М. Скляднева //Межвуз. сб. науч. тр.
«Термический анализ и фазовые равновесия». - Пермь : Перм. ун-т.,
1989.-С . 10.
182 Зацепин А. Ф. Об оценке кажущейся энергии активации
экзотермических процессов по дериватографическим данным/ А. Ф.
Зацепин., А. А. Фотиев, И. А. Дмитриев // Журнал неорганической
химии. - 1973.- Т . 18, № 11.- С. 288.
183 Тиунова Т. Г. Определение энергии активации отверждения
эпоксиакрилатных лаковых композиций по данным ДТА / Т. Г.
Тиунова, Р. М. Якушев, М. С. Фодесеев// Пластические массы. - 1998,
№ 8 .- С . 28.
184 Жданов А. В.; Изучение электросопротивления материалов
и шихт, применяемых для получения ферромарганца / А. В. Жданов,
О. В. Заякин, В. И. Жучков // —Электрометаллургия , 2007. - № 6.
- С . 24.
185 Лотош В. Е. Безобжиговое окускование руд и концентратов
/ В. Е. Лотош, А. И. Окунев. - Москва : Издательство Наука, 1980.
- С . 215.
199
186 Лурье В. И. Технология производства силикомарагнца /
В. И. Лурье // - Электрометаллургия, 2007. - № 6. - С. 36.
187 Агроскин А. А. Тепловые и электрические свойства углей /
А. А. Агроскин. - М .: Металлургиздат, 1959. - С. 286.
188 Мизин В. Г. Углеродистые восстановители для
ферросплавов / В. Г. Мизин, Г. В. Серов. - М. : Металлургия, 1976.
- С . 272.
189 Жило Г. М. Методы измерения удельного электрического
сопротивления сырья и материалов химической электротер-мии //
Обзорн. информация. - 1986. - С. 16.
190 Мусина И. Б. Разработка технологии выплавки
высокоуглеродистого феррохрома с использованием каменного угля
Борлинского месторождения : Дисс. канд. техн. наук: 05.16.02.
-Караганда, 2009.- С . 112.
191 Глущенко И. М.. Термический анализ твердых топлив /
И. М. Глущенко. - М .: Металлургия, 1968. - С. 192.
192 Акбердин А. А. Балансовый метод расчета равновесного
фазового состава многокомпонентных систем // КИМС : Алматы.
- 1995. - № 3. - С. 92.
200
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(информационное)
УТВЕРЖДАЮ
Ьктор ХМИ им.Ж.Абишева
УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора Аксуского ЗФ
УХРОМ
долов А.В.
1|5г.
-^ЧЪяымбеков М.Ж.
2005 г.
/
А К Т ч,
'опытно-промышленных испытаний по использованию
аглом
’л и отсевов марганцевой руды месторождения «Тур» при
производстветрерросиликомарпанца.
В период с 26 августа по 31 августа 2005 г на Аксуском заводе ферросплавов
АО «ТНК КАЗХРОМ» были проведены опытно-промышленные испытания по
освоению технологии выплавки ферросиликомарганца с использованием
марганцевых агломератов из мелочи и отсевов, марганцевых руд месторождения
«Тур».
Агломераты были получены методом спекания на полупромышленной
агломерационной установке на экспериментально-промышленном участке цеха №2
АЗФ. В данное время количество мелкой фракции в руде составляет окаю 30 %,
отличается
мелочь довольно низким содержанием марганца. По своему
химическому составу марганцевый агломерат отличается высоким содержанием
кремния 40-44 %. Химический состав агломерата марганцевой руды приводится в
таблице 1.
Таблица 1- Химический состав агломерата из мелкой фракции (0-10 мм)
Руда
Мп
Ре
МеО
СаО
8Ю2
5
|Р
Марганцевый
19,4
5,89 3,56
1,03
43,7
0,088 10,027
агломерат
1
Опытно-промышленные испытания по выплавке марганцевого агломерата
проводились на экспериментально-промышленном участке цеха №2 при выплавке
силикомарганца на печи ОКБ-1,2 с навеской 150 кг на колошу. Выплавку
стандартных марок силикомарганца проводили на печи мощностью 1200 кВА после
освоения технологии получения углеродистого ферромарганца из руд
месторождения «Тур», постепенным переходом на производство силикомарганца.
В опытно-промъппленном периоде навеска состояла из: марганцевой руды,
марганцевого агломерата, кокса, извести, кварцита. Известняк и кокс применяли тот
же, что и при выплавке углеродистого ферромарганца. Кварцит применяли с 98%
5»0* крупностью 30-50 мм. Процесс плавки характеризовался спокойным
колошником, нормальной посадкой электродов и стабильным выходом металла и
шлака. Основность шлака составила 0,43 при кратности 0,58.
Также отмечено улучшение состояния колошника, газы выделялись
равномерно, шихта сходило ровно без обвалов. В результате опытно­
промышленного периода обеспечивалась эффективное использование (усвоение)
углерода кокса в восстановительном процессе в начальном периоде плавки, а при
повышении напряжения в третий период происходила интенсификация
201
восстановления марганца н кремния из шлака, который к тому времени становился
тугоплавким и менее электропроводным. Печь работала на 3 ступени. Выпуск
металла происходил без особых осложнений. Химический состав металла
соответствовал требованиям стандарта, в результате проведения процесса
производства силикомарганца с применением марганцевого агломерата был получен
стандартный силикомарганец марки СМк-10, СМи-12 (Таблица 2).
Применение марганцевого агломерата позволил исключить из навески
кварцит.
Технико-экономические показатели производства силикомарганца в цехе ЭЛУ
в опытном периоде приведены в таблице 3.
Таблица 2- Химический состав силикомарганца
Марка сплава
Мп,%
81%
СМн-10
10,2
65,3
СМн-12
12,2
66
С,%
3,02
2,58
Р,%
0,152
0,150
Таблица 3- Технико-экономические показатели выплавки силикомарганца
Ед.измерения
Показатели
Периоды работы
Опытный
Производительность
т/сут
3,41
300
кг
Марганцевая руда
150
Марганцевый агломерат
90
Угпль
Кварцит
Кокс
40-45
Доломит
50
Удельный расход электроэнергии кВт*ч/баз т
5300
74,10
Извлечение марганца
%
В целом проведенные испытания показали хорошее качество марганцевого
агломерата полученного на полупромышленной агломерационной установке из
мелочи и отходов бедной марганцевой руды месторождения «Тур», и может быть
рекомендован как способ окусковаиня и использование некондиционного сырья для
производства силикомарганца.
[ликома
От АЗФ АО «И
1ХРОМ»
от ХМИ им.Ж.Абишева
.Прокопьев ЛЛ.
Зам. директору
Начальник ПТУ
Зам.началышкв.
Д.Т.Н., I
ов С.О.
ПТУ,к.т.и
.Ефимец А.М.
Начальник
к.т.н Ч Л - !С&>
Калиакпаров АТ.
Асии]
!ун>сов А.К.
Руководитель промы;
испытаний
д.т.н., профессор
Нурмаганбетов Ж.О.
202
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(информационное)
УТВЕРЖДАЮ
Директор ХМИ им.Ж.Лбишева
УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора Аксуского ЗФ
АО «ТНК«К$ЗДРОМ
■о Ь р в А.В.
«Ж
чАШР
- ^ Тадымбсков М.Ж.
2005 Г.
?»'Щ ~оегц>&^
"/
Х?>про^де»й<и промышленных испБгнкйй' по получению агломератов из
мелочи 'и — отсевов марганцевой
руды месторождения «Тур» на
полупромышленной агломерационной установке.
В период с I апреля по 1 августа 2005 г на Аксуском заводе ферросплавов
АО «ТНК КАЗХРОМ» были проведены промышленные испытания по освоению
технологии получения марганцевых агломератов из мелочи и отсевов
марганцевых руд месторождения «Тур» на полупромышленной агломерационной
установке
Агломераты были получены методом спекания на лабораторной чаше и на
полупромышленной агломерационной установке на экспериментальнопромышленном участке цеха №2 АЗФ в количестве 10 тонн.
В данное время количество мелкой фракции в руде составляет около 30 %,
отличается
мелочь довольно низким содержанием марганца и высоким
содержанием кремния.
В качестве агломерационной шихты использовали отсев марганцевой рулы
месторождения «Тур» фракции 0-5 мм, некондиционный возврат собственного
производства фракции 0-3 мм, 3-5 мм, 5-8 мм одинаковой пропорции, отсев кокса
в качестве топлива фракции 0-3 мм при среднем увлажнении шихты 10-12%.
Химический состав мелкой фракции и агломерата марганцевой руды
приводится в таблицах 1.2.
Таблица 1- Химический
месторождения «Тур»,%
Руда
Отсев
марганцевой
руды
(0-10мм)
состав
мелкой
фракции
марганцевой
руды
Р
Мп Мп02 А 1А СаО МкО 5Ю2 8
п.п.п. 1
С
19,7 11,4 6,64
1,33 0,88 37,2 0,095 1,98 0,052 6,4
1
1
I
,1
Таблица 2- Химический состав агломерата из мелкой фракции (0-10 мм)
Руда
Марганцевый
агломерат
Мп
Ре
19,4 5,89
Л12Оз 1СаО МцО 8ЮГ 8
1
!
13,56 1,03
203
43,7 0,088
С
Р
0.027
П.П.П.
Спекание производили при высоте слоя шихты от 250 мм до 420 мм.
Хорошее качество агломерата получено при высоте слоя шихты 400 мм, при
использовании топлива 7,5 %. Применение возврата в шихте регулировали от 20%
до 30%, при увлажнении шихты 10%.
Марганцевый агломерат обладает прочностью на удар и истирание по Г ОСТ
15137-87 53,4 % и 9,8% соответственно. Средняя скорость спекание шихты равно
20,6 мм/мин. Среднее разряжение под вакуумом 1400-1450 мм.вод.ст.
Производительность агломерационной установки при производстве марганцевого
агломерата равняется 1,40-1,50 т/м2 час.
Следующим этаном было применение смеси из отсева марганцевой руды
фракиии 0-10мм и металлическая марганцевая пыль (в дальнейшем МОМП)
фракции 0-0,5 мм в соотношении 25:75; 50:50; 75:25; 100:0, с использованием
собственного возврата. В смеси 25% мелких отходов марганцевого производства
и 75% отсева марганцевой руды при содержании топлива 5%, прочность
агломерата равнялось 65,3% и 10% соответственно. Б смеси 50% МОМП и 50
%отсев марганцевой руды при содержании топлива 4% прочность агломерата
равнялось 70% и 6,1% соответственно. При понижении количества топлива до 3%
прочность снижается 67,8 % и 8,2%.
В смеси из 75% мелких отходов марганцевого производства и 25% отсева
марганцевой руды при содержании кокса 4% прочность равнялось 65,3 %.
Агломерат, полученный из 100% мелких отходов (0-0,5 мм) с использованием
3% топлива прочность на удар равнялось 78-80%.
Химический состав полученного марганцевого агломерата из смеси 50%
мелких отходов марганцевого производства и 50% отсева марганцевой руды
составил: Мн-49,9; А12О3-0,93; СаО-3,83; М§ 0-0,35; 3102-31,2; 8-0,1; С-2,74; Р0,098.
По своему химическому составу марганцевый агломерат отличается высоким
содержанием кремния от 30 до 40 %, что возможно позволит при проведении
промышленных испытании по производству силикомарганца с использованием
агломератов исключить из навески кварцит.
Таким образом, отработаны оптимальные режимы процесса агломерации и
показана принципиальная возможность использования мелочи и отсевов как
способ окускования и получения марганцевых агломератов из некондиционного
сырья для производства стандартных марок силикомарганца.
V
От АЗФ АО «ТН ^СА Ж РО М »
от ХМИ им.Ж-Абишева
Начальник ПТУ
V Прокопьев Л Л .
Зам. директора
Зам. начальника \ _*
д.т.н., проФ^ ^ У ^ ^ - Б айсанов С.О.
Ш У.к.т.н
Ефимец А.М.
Начальник ИИЦ
к.т.н
Калиакпаров А.Г.
Аспирант . ^ ^ У / Ж унусов А Х
Руководитель промышленных
испытаний
\\
Д.Т.Н., п р о ф ессо Е $ ч Э Д & ^ Нурмаганбетов Ж.О.
204
ПРИЛОЖЕНИЕ В
(информационное)
>Утверждаю?4
Ь Технический директор
* тод^гмз»
Абуов А.Х.
2011 г.
ь
АКТ
проведения опытно-промышленных испытаний по производству окатышей из марганце­
вой руды месторождения «ЗанадиыЯ-Камыс» п выплавки с их использованием стандарт­
ных марок ферросиликомарганца
В период с 6 июня по 13 июля 2011 г в условиях ТОО «ТаразсвпЛ металлургиче­
ский завод» проведены опытные испытания по выплавке ферросиликомарганца марки
СМн17 с использованием окатышей из мелочи марганцевой руды месторождения «Запалный-Комыо в электропечи ХеЗ с мощностью трансформатора 25 МВЛ. Для выплавки ис­
пользовались окатыши из мелочи марганцевой руды фракции 0-5 мм с добавкой, по пер­
вому варианту - 10% керамзитовой глины, по второму варианту - 10% керамзитовой гли­
ны и 5% отсевов кокса. Химический состав марганцевой рулы фракции 0-5 мм н глины
лредстаалеп в таблице 1.
Таблица 1
|
Материал
! Марганцевая
1 руда «3-Камыс»
Керамзитовая
| глина
Мл
30,0
•
Ре 1
28,24
5,6
6,69
55,71
СаО
2,64
АЬОэ
3,36
МяО
0,60
Р
0,03
$
0,03
13.0
1,51
15,41
1,95
0,033
0,38
13,5
ппп
Окатыши изготовлялись на грануляционной чаше диаметром - 1200 мм, высотой
борта - 150 мм я скорости вращения - 18 об/мтга. Добавка волы составила 9-10% от веса
шихтовой смеси. Сушка окатышей производилась во вращающейся трубчатой печи при
температуре 350-400°С. Прочность на сжатие окатышей с глиной составила - 18,5 кг/ок.. с
глиной и отссвами кокса - 15,8 кг/ок.
Испытания проводились в элсктррпечи №3 мощностью 25МВЛ на ступени напря­
жения 176-180 В, линейной силе тока 70 кА по двум вариантам состава шихтовых матери­
алов. В составе шихтовых материалов постоянно использовалась марганцевая руда место­
рождения «Жайрем» в количестве 40% от всей рудной части для корректировки содержа­
ния марганца в сплаве не менее 65%. Количество восстановителя —уголь фракции 10-100
мм и кокс-орсшек добавлялись в соотношении 70% и 30% по углероду от суммарно необ­
ходимого количества углерода. Коэффициент избытка углерода составил 1,1.
Химические составы марганцевой руды месторождения «Жайрем», кокса и угля представ­
лены в таблице 2.
Таблица 2
1Материал
1Марганцевая
1руда «Жайрем»
Уголь
ГКокс
Мп X Г « Т ЯЮ,
38,5 I 4,2 | 9.2
-
1 1.55
1 12,53
59,6
49,5
СаО
9,9
АЬОз
1,1
МеО
1.4
0,07
0,7
5,3
33,7
22,8
0.3
V*
0,009 I 0,04
0.41 ! 0.(8
р
3
0,1
пш П
15.0
•
•
Выплвахя сплава во всех трех периодах характеризовалась стабильностью электрического
режима, нормальным сходом шихты, отсутствием локальных гезовмлелсииЙ. Средняя
205
мощность лечи составили -- 15 МВт. Сплав в шлак выпускался в нормальном режиме а
ириемнио колиш о соответствии с принятым технологическим ротломентом Технологи­
ческие пока ш ел и иьшлаакн ферросиликомарганца но трем вариантам представленм ь
таблице 3. При использовании ояагышей, в отличие от базового варианта, промию/шге^
нооть лечи увеличилось на 4 % л 6% , а извлечение марганца на 2% и 3% соответственно
для 1 и 2 вариантов. На 4-8% снизилась кратность шлака, на 4-6% уменьшился улелыгыЯ
расход плектроэнергин. Сила» всех вариатпш содержал не менее 65% Мп и \%%81,
ТоблнцоЗ
\ Базовый
Параметр
[ 1. Продолжительность, сут
12. Удельный расход материалов, кг/т:
| Марганцевая руда «Жайрсм*, фр. 8 -8 0 мм
! Марганцевая руда аЗ-Камыс». фр. 8-100 мм,
фр. (0-8 мм) ■*20%
| Марганцевая руда «З-Камыс». (фр. 8-100 мм)
I Окатыши ()0% глины)
| Окатыши (10% глины, 5% кокса)
I Уголь высокозольный
I Кокс
(Кваршл <95,5% 8162 )
1Доломит (25,6% СаО, 16,6% М&О)
13. Получено сттляиа, т
4. Получено шлака, т
5. Кратность шлака (шл/ме)
6. Основность шлака (СаО^МвО/ЗЮ?)
7. Количество МоО в шлаке, %
8. Производительность печи, т/сут
9. Удельный расход эя. энергии, МВт*ч/т
10. Нззлеченпе Мп в сплав, %
11. Извлечение $1 в сплав. %
вариант
3
1 вариант
2 вариант |
3
2
1069,0
1603,0
1071,0
1053,0
•
‘
803.4
803.4
1131,0
189,0
58.0
122.0
211,8
177,9
0.84
0.6
15,1
70,6
5.10
74
44
1148,0
178,0
0
106,0
220.4
176,3
0.8
0,6
14,0
73,5
4,9
75,5
45
!
1
>!
829,0
.
829,0
1144.0
135.6
0
98.0
150,0
115.5
0.77
0.6
12.8
75,0
4.80
76.5
48
Окатыши низкотемпературной сушки ооказали удовлетворительную ирочноезь. Ил
использование нрн выплавке ферросиликомарганца с исключением добавок марганцевой
руды с повышенным (до 20%) количеством мелочи оказали положительное воздействие
на тсхннко-зкоиомпчсскне показатели работы печи. По результатам опытных испытаний
рекомендуется мелкие фракции (0-8 мм) марганцевой руды месторождения «ЗапазныйКамыс» окусковьхвать методом гранулирования.
От ХМИ им.Ж.Лбншсва:
г.н.с. лаборатории «Бор»
Кг&*л*тС. Кям А«С.
ОгЙиЁУТ
ст. преподаватель кафедры теплоэнергетики и
металлургии Кз'г*?Толымбскова Л,Б.
206
Л
От ТОО «Т&З»:
На^аЗслшк производственного отдела
> ^ сеиамаяов АЛД.
Началь*ряс цеха # 3
ж*<■- <Г^' 'Мыгаабаев АЛС.
Содержание
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
2
2.1
2.2
2.3
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
Введение
Состояние проблемы подготовки марганцевых руд к
металлургическому переделу
Современное
состояние
марганцевой
ферросплавной промышленности Казахстана
Характеристика марганцево-рудной базы стран
мира и Казахстана
Проблема переработки мелких классов марганцевых
РУД
Существующие способы переработки мелких
марганцевых руд агломерацией
Использование мелочи марганцевых руд Казахстана
Физико-химические свойства марганцевых руд
предназначенных для выплавки силикомарганца
Физико-химические характеристики марганцевого
сырья месторождения Тур
Термические исследования марганцевых руд
месторождения «Тур»
Определение кинетических параметров фазовых
превращений в марганцевых рудах месторождения
«Тур» методом неизотермической кинетики
Анализ составов марганцевых руд и шихт для
производства агломерата с позиции диаграмм
фазового строения марганецсодержащих систем
Разработка технологии агломерации марганцевых
руд месторождения «Тур»
Описание опытной агломерационной установки и
методика исследования процесса спекания мелочи
марганцевой руды месторождения «Тур»
Определение оптимального состава шихты
Спекание мелочи марганцевой руды месторождения
«Тур» с присадкой доломита
Металлургические свойства марганцевых
агломератов, полученных из мелочи руд
месторождения «Тур»
Исследование физико-механических свойств
марганцевого агломерата и руды месторождения
«Тур»
Исследование электросопротивления окускованных
3
7
7
11
19
20
28
30
36
36
42
45
57
57
61
72
79
79
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
5
5.1
5.2
5.3
5.4
6
6.1
6.2
7.1
7.2
марганцево-рудных материалов и шихт на их основе
Дериватографические исследования марганцевых
агломератов
Петрографические исследования марганцевых
агломератов
Изотермическая кинетика восстановления
марганцевых агломератов
Исследование физико-химических свойств в
марганцевых рудах месторождения «Западный
Камыс»
Определение
кинетических
параметров
в
марганцевых рудах месторождения «Западный
Камыс»
Исследование физико-механических и физико­
химических
свойств
марганцевой
руды
месторождения «Западный Камыс»
Опытно-промышленные испытания технологии
агломерации и оценка эффективности
использования агломератов при выплавке
ферросиликомарганца
Производство марганцевых агломератов
Выплавка ферросиликомарганца с применением
марганцевых агломератов
Опытные
плавки
ферросиликомарганца
оптимизацией шлакового режима с использованием
доломита
Исследование качества ферросиликомарганца
Разработка и опытно-промышленные испытания
технологии производства безобжиговых окатышей
из мелочи марганцевых руд месторождения
«Западный Камыс»
Разработка технологии производства марганцевых
окатышей
Отработка и опытно-промышленные испытания
технологии производства марганцевых окатышей с
применением глины и коксика
Выплавка ферросиликомарганца с применением
марганцевых окатышей
Исследование физико-химических характеристик
борлинских
каменных углей
Исследования по разработке технологических
81
86
96
101
111
114
120
126
126
130
137
143
147
147
151
156
159
7.3
параметров выплавки ферросиликомарганца с
использованием
марганцевых
окатышей
и
борлинских каменных углей
Опытно-промышленные испытания технологии
выплавки ферросиликомарганца с использованием
окатышей
из
мелочи
марганцевой
руды
месторождения «Западный Камыс»
Заключение
Литература
Приложение А (информационное)
Приложение Б (информационное)
Приложение В (информационное)
169
174
179
184
201
203
205
А. К. Жунусов, Л. Б. Толымбекова
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА МАРГАНЦЕВЫХ РУД
МЕСТОРОЖДЕНИЙ «ТУР» И «ЗАПАДНЫЙ КА МЫС»
Монография
Технический редактор 3. Ж. Шокубаева
Ответственный секретарь 3. С. Искакова
Подписано в печать 14.12.2016 г.
Гарнитура Типез.
Формат 60x90/16. Бумага офсетная.
Усл.печ. л 12,03 Тираж 500 экз.
Заказ № 2909
Издательство «КЕРЕКУ»
Павлодарского государственного университета
им. С. Торайгырова
140008, г. Павлодар, ул. Ломова, 64
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
14
Размер файла
6 115 Кб
Теги
pererabotka, junusov, 4380, margancevih, zapadniy, metallurgicheskaya, tur, rud, mestorojdeniy, tolimbekova, kamin
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа