Как производят кремний-марганец?

Кремний-марганец (SiMn) — один из наиболее широко используемых ферросплавов в сталелитейной промышленности, служащий экономичным раскислителем и легирующим агентом. Понимание производственного процесса полезно для производителей стали, специалистов по закупкам и всех, кто участвует в цепочке поставок ферросплавов. В этом руководстве описывается весь процесс производства кремниймарганца — от подготовки сырья до обработки конечного продукта.

1. Сырье: что идет в печь

Производство кремниймарганца начинается со смешивания нескольких ключевых сырьевых материалов:

Выбор шихты марганцевой руды обусловлен технико-экономическими факторами: для увеличения содержания Mn в конечном продукте добавляют руду более высокого содержания. Производители, использующие переработанные материалы, брикеты, изготовленные из частиц сплава и пыли, часто возвращают в печь, чтобы повысить эффективность и сократить количество отходов.

2. Плавка: основной процесс

Сердцем кремниймарганцевого производства является печь с погруженной дугой (SAF). Большую часть коммерческого SiMn производят в круглых трехфазных печах с тремя электродами Седерберга, расположенными в равностороннем треугольнике.

Типы печей и работа

Существует две основные конфигурации плавки:

• Режим под флюсом : кончики электродов погружены в шихту. Низкое напряжение, высокий ток. Электрическая энергия высвобождается за счет резистивного нагрева в смеси проводящих зарядов. Это наиболее распространенный метод производства SiMn.

• Режим открытой дуги : над шихтой видны электроды, при этом дуги излучают тепло к шихте. На некоторых предприятиях используются «открытые» конструкции печей, в которых верхняя часть шихты подвергается воздействию атмосферы для визуального осмотра и перемешивания (выравнивания шихты).

Химия

Процесс плавки по своей сути представляет собой карботермическое восстановление — использование углерода для восстановления оксидов марганца и кремния из руды и кварца. Ключевыми реакциями восстановления являются:

MnO + C → Mn + CO (начинается с ~1404°C)

SiO₂ + 2C → Si + 2CO (начало ~1660°C)

FeO + C → Fe + CO (начинается с ~712°C)

На практике в первую очередь восстанавливаются железо и марганец, образуя промежуточное соединение с высоким содержанием углерода. При более высоких температурах кремний реагирует с этим промежуточным продуктом с образованием конечного сплава SiMn.

Температура и энергия

Температура процесса обычно находится в диапазоне 1600–1650°C в зоне реакции. Удельный расход электроэнергии при производстве SiMn составляет 3500–4500 кВтч на тонну сплава – выше, чем ферромарганец из-за дополнительной энергии, необходимой для восстановления кремнезема.

3. Постукивание и разделение

После завершения плавки печь выпускают, чтобы выпустить:

1. Расплавленный кремний-марганцевый сплав — основной продукт

2. Шлак — побочный продукт, содержащий остаточные оксиды и флюсовые материалы.

Сплав и шлак разделяются под действием силы тяжести в желобе или ковше. Шлак обычно закаливается водой (гранулируется) и может быть выброшен или подвергнут дальнейшей переработке для извлечения оставшегося марганца.

4. Рафинирование и литье

Из выпущенного сплава отбирают образцы и отправляют в лабораторию для проверки качества, чтобы убедиться, что он соответствует требуемым спецификациям (например, FeMn68Si18). После одобрения:

• Расплавленный сплав отливают в слитки или чушки.

• После охлаждения слитки измельчаются до необходимого размера кусков (обычно 10–150 мм).

• Мелкая фракция (менее 6 мм) часто возвращается в процесс путем брикетирования.

5. Контроль качества: на что обращают внимание производители

Извлечение марганца и извлечение кремния являются ключевыми экономическими факторами. Снижение содержания Mn в сырье на каждый 1% увеличивает потребление электроэнергии примерно на 135 кВтч на тонну, поэтому выбор руды имеет решающее значение.

Ключевые выводы

• Кремниймарганец производят в печах с погруженной дугой путем карботермического восстановления.

• Сырье включает марганцевую руду, кварц, кокс/уголь и флюс, часто с добавлением переработанной мелочи.

• Для плавки требуется 1600–1650 °C и потребляется 3500–4500 кВтч/тонну.

• В результате процесса получают как сплав (основной продукт), так и шлак (побочный продукт восстановления марганца).

• Качество контролируется посредством смешивания руды, корректировки основности шлака и лабораторных испытаний.

Для получения более подробной информации о конкретных операциях печи или источниках сырья свяжитесь с нами. Если вас интересуют тенденции рынка или анализ цен, посетите наш раздел «Обзор рынка SiMn».