4.8. Марганецті балқыма өндірісі кезіндегі техногенді қалдықтар және оның утилизациясы

Құрамындағы көміртегінің мөлшеріне байланысты – көміртекті (7%-ға дейін ), ортакөміртекті (1...1,5 % С) және төменкөміртекті (0,5 % С және одан төмен) болып бөлінетін ферромарганец домна және электр пештерінде балқытылады.

Домналық ферромарганецтің құрамында 70 % -дан кем емес Mn, 6,5...7% C, 2% Si, және де қоспалар 0,45% P және 0,03 % S болады; шетелдерде құрамында марганецтің мөлшері 30...50% болатын ферромарганец алынады. Ферромарганецті домна пешінде балқытудың басқа пештерден айырмашылығы үрдістің ыстық түрде жүруі және кампания ұзақтығының аз болуы. Шихта марганец кенінен, кокстан және әктастан тұрады. Домналық ферромарганец болаттың бірқатар маркасын қышқылсыздандыру үшін қолданылады.

Қож – домналық балқытудан пайда болған қосымша өнім, оның шығымы шойын массасынан 0,5...1,0 құрайды. Балқытылатын шойынның сортына байланысты оның құрамында мыналар болады, мас.%: 32...40 SiO₂; 10...20 Al₂O₃ ; 35...45 CaO; 6-ға дейін MgO; 0,5...1,0 FeO; 4-ке дейін MnO.

Ферромарганецті электр пештерінде үздіксіз әдіспен қожды периодты түрде шығара отырып балқытады. Ал металдардың шығарылымы әрбір 2...2,5 сағат сайын жүреді; балқыту 75...130 В қуатта жүзеге асырылады. Пештен шығарылған қожды қож жинағышқа құйып, түйіршектеп, силикомарганец балқытуға жібереді.Металды шөмішке шығарып, болат футерленбеген формаларға құяды.

Ферромарганецті балқытуда қождамасыз әдісті қолданады, себебі пайда болған қож силикомарганец балқытуда қолданылады. Көміртекті ферромарганецті балқыту кезінде MnO-ның тотықсыздануы келесі реакция бойынша жүзеге асырылады:

(MnO) + C_т = [Mn] + {CO}

2(Mn) + 8/3C_т = 2/3[Mn₃C] + 2{CO}

Бұл реакция бойынша тотықсызданудың басталуының теориялық температуралары 1420 және 1227 -ге тең. Сәйкесінше, MnO-ң көміртегімен тотықсыздануы кезінде карбидке дейін тотықсыздану реакциясы жақсы жүреді, бұл балқымада көміртегінің мөлшері көп болатынын көрсетеді.

Әдістің мәні мынада, шихтаны әкке енгізбейді, ал балқыту кезінде алынған қожды силикомарганецті балқыту үшін қолданады. Балқытудың бұл әдісі кезінде кеннен балқымаға марганецтің 60%-ы, ал қождан силикомарганецті алу кезінде қосымша оның құрамынан 70% марганец алынады. Қождамалы өндіріс кезінде кеннен марганецті суммарлы алынуы 80%-дың орнына 81...83 %-ды құрайды. Шихтада қождаманың болмауы пештің өнімділігін арттырып, меншікті энергия шығынын 3600-ден 2600 кВт*сағ/т-ға дейін төмендетуге мүмкіндік береді.

Силикомарганецті балқыту кезіндегі марганецтің тиімді қолданылуы 70,7 %-ды құрайды. Бұл кезде қожбен оксидті түрде марганецтің 19,4 %-ы, 10,6 %-ыметалл қиыршығымен және ұшып кетеді. Жыл сайын марганец қожымен жоғалатындардың тек қана 0,7 %-ы ғана өз қажеттілігі үшін зауыттармен қолданылады, құрылыс өнеркәсібімен -6,2 %, металлургтермен шойын өндірісі үшін – 3,4 %, қалғаны қож түрінде үйіндіге жіберіледі.

Домналық пештегі ферромарганецке балқыту әдеттегіден үрдістің ыстық өтетіндігімен және кампанияның аз ұзақтығымен ерекшелінеді. Шикіқұрамның құрамына марганец кені, кокс және әктас кіреді. Домналық ферромарганец болаттың бірқатар маркаларын қышқылсыздандыру үшін қолданылады.

Қождар - шығымы шойынның массасының 0,5...1,0-н құрайтын домналық балқытудың жанама өнімі. Олар балқытылған шойынның сұрыпына қарай құрайды, мас. %: 32...40 SiO₂; 10…20 Al₂O₃; 35…45 CaO; 6­ға дейін MgO; 0.5…1.0 FeO және 4­ке дейін MnO. Түйіршектеуден кейін қожды цемент және қожды кірпішті өндіру үшін пайдаланады. Сонымен қатар, қождан құйма құрылыс өнімдерін, тығыз қиыршық тасты және қожды жүн алады.

Электр пештерінде ферромарганецті үздіксіз әдіспен қождың және металдың әр 2...2,5 сағ сайын периодты босатылуымен балқытады; балқытуды екіншілік 75...130 кернеуде жүргізеді. Пештен босатылған қож қожжинағышқа төгіледі немесе түйіршіктеледі және силикомарганецті балқытуға бағыттайды. Металды болатты футерленбеген қождамаларға кейіннен төгетін ковшқа немесе шағын құю машиналарындағы кескіндерге босатады.

Ферромарганецті электр пештерінде балқытуда силикомарганецті балқытудағы шлакты қолданатын флюссыз әдісті қолданады. Төменгі температураларда көміртекті ферромарганецті балқытуда марганецтің жоғары оксидтері толығымен көміртегі оксидімен қалпына келеді. MnO-тің қалпына келтіру реакциялармен жүзеге асырылады

(MnO)+Cт=[Mn]+{CO};

2(MnO)+8/3Cт=2/3[Mn₃C]+2{CO}.

Бұл реакциялар бойынша қалпына келтірудің басталуының теориялық температуралары сәйкесінше 1420 және 1227°C-ге тең. Сондықтан,MnO­тің көміртегімен қалыпқа келуі кезінде ең үлкен даму карбидке дейін қалыпқа келтіру реакциясы алады, яғни қорытпадағы жоғары көміртегінің құрамын анықтайды.

Әдістің мәні шихтаға әк енгізілмейді, ал балқу кезіндегі алынатын қож (39...42 % Mn және шамамен 30 % SiO₂) силикомарганецті балқыту үшін қолданылады. Балқытудың бұл әдісі кезінде кеннен 60 % марганецтің қорытпасына өтеді, ал қождан силикомарганецтің алынуы кезіндеқосымша оның құрамындағы 70 % марганецтен аз емесі бөлініп алынады. Флюсті өндірісте кеннен марганецтің сомалы өндірілуі 80 %­ң орнына 81...83 %­ды құрайды. Флюстің шихтада болмауы пештердің өндірістігін арттыруға және 3600­дан 2600­ға дейін кВт*сағ/т нақты энергияны тұтынуды төмендетуге айтарлықтай мүмкіндік береді.

Силикомарганецті балқыту кезінде марганецтің тиімді пайдаланылуы 70,7 %­ды құрайды. Бұл жағдайда тотық түрінде қождармен бірге марганецтің 19,4 %­ы ,ал металдың қиыршықтарымен 10,6 % және ұшуға жоғалады. Барлығынан жыл сайын марганецтің қождармен жоғалуының оның 0,7 % ғана өз қажеттіліктері үшін заводтармен, құрылыс ұйымдарымен - 6,2 %­ы, болат өндірісі үшін металлургтермен - 3,4 %­ы пайдаланылады, қалған мөлшері қож түрінде үйіндіге жіберіледі.

Силикомарганецтің үйіндідегі қождары тауарлы марганецті концентраттарға қарағанда тәртіпке төмен фосфор құрамдылығының нақтылығында кремнеземді құрайтын бағалы металлургиялық шикізат болып табылады. Технологияның мәні болып силикомарганецтің қожын түйіршіктеуі, алдын­ала ұсақталған(қиыршық тас)көмірмен араластырылуы, брикеттелуі, дайын болған брикеттерді кептіруі және силикомарганецтің балқытылуына жіберілуі саналады.

Силикомарганецтің қожының қолданылуымен тауарлы силикомарганецті балқыту кезінде жартылай индустриялық тәжірибелердің қорытындылары бойынша марганецтің өндірілуі - бөлінуі 4...8 %­ға жоғарылайды және жыл сайынғы материалдарды тұтыну заводтардың біреуінің шарттарына қатысты төмендейді, мың т: агломераттың - 260, аз фосфоритті қождың - 100, кварциттың - 240, коксиктің - 120. Үйіндідегі қождық шығуы 50 %­ға төмендейді.

Үйінді қождарды пайдалану үшін технология жұмыс істейді және термиялық төзімділігі мен жақсы механикалық беріктігімен сипатталатын қож ­ көміртекті брикеттердің өнеркәсіптік партиялары жасалған.

23 МВА жабық пешінде кварцит орнына марганецті агломератты, қож ­ көміртекті брикеттердің концентраты мен коксикті пайдалана отырып, тауарлы силикомарганецтің өнеркәсіптік балқытылуы жүргізілді. Технология марганецтің 6...8 %­ға, кремнийдің 4...6 %­ға өндіруін арттыруды қамтамасыз етеді. Қождың еселігі және марганецтің қожбен шығыны 6,9...8,4 %­ға айтарлықтай төмендейді. Аз қалдықты технология марганецті шикізаттың ұтымды пайдаланылуын концентрат пен агломераттың (200...300 кг), кварциттың (180...290 кг) және коксиктің (30...60 кг) қоспаларының нақты тұтынуының айтарлықтай қысқаруына байланысты қамтамасыз етеді. Пештің өнімділігі және газ тазарту жұмысы қарапайым технологияның көрсеткіштерімен сәйкес келеді.

Осылайша, үйінді қождардан марганецтің өндірілуіне дейінгі дамыған технологиялық схемалары қождарды өңдеудің проблемасын жан­жақты шешуді, қолданылатын марганецті шикізаттың көп рационалды пайдаланылуын, қоршаған ортаны қорғауды қамтамасыз етеді және жоғары тиімділігімен сипатталады.