NO163449B - Formet gjenstand og komposittmateriale samt fremgangsmaatetil fremstilling av gjenstanden. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av ferromangan med lavt Si-innhold

og lavt/middels C-innhold.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremstilling av ferromangan, og mer spesialt en forbedret stopeose-prosess egnet for fremstilling av ferromangan med lavt Si-innhold og lavt til middels C-innhold.

For tiden kjennes stopeose-prosesser for fremstilling av ferromangan f.eks. fra US-patentene 3 074 793 og 3 138 455» og disse brukes også i praksis. Begge patenter beskriver reaksjonen mellom en smelte av oksydisk manganholdig materiale med et silisium-reduksjonsmiddel i en stopeSse til fremstilling av ferromanganlegering og manganholdig slagg. Vanligvis er de fremgangsmåter som beskrives i patentene meget gode til fremstilling av ferromanganlegeringer av hoy kvalitet. For å forbedre reduksjonen av manganmalmen i smeiten og således oppnå hoy ut-vinningsgrad, er det ofte nodvendig gjentagende ganger å helle innholdet i stopeosene fra en stopeose til en annen på denne måten å oke kontakte mellom metallfasen og den oksydiske fase, og således forsterke reduk-sjons-reaksjonen. Hittil har denne omhelling vært ansett som den beste måte til befordring av reaksjonen mellom store mengder smeltet material ved ferrdmanganfremstilling, og man har konstruert og bygget mye ut-styr for dette formål. Den utstrakte bruk av omhelling er imidlertid begrenset av den relativt lange behandlingstid som kreves, og den med-følgende avkjolingsvirkning, som kan resultere i at betydelige mengder av materialet i stopeosene stivner. Av denne grunn må omhellingen ofte stanses for reaksjonen mellom de oksydiske og de metalliske faser har oppnådd likevekt og for den optimale mengde mangan er redusert fra oksydfasen. Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret stopeskje-prosess til fremstilling av ferromangan, hvorved omhelling av smelte fra en stopeose til en annen blir u nodvendig.

Mer spesielt er det en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret stopeose-prosess for fremstilling av ferromangan med lavt silisium-innhold og middels til lavt karbon-innhold ut fra oksydiske manganmaterialer, hvorved man oppnår å redusere storre mengder mangan fra oksydisk smelte eller slagg som hittil oppnåelig i industriell målestokk.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte til fremstilling av ferromangan med lavt Si-innhold og lavt til middels C-innhold, hvor en smelte av oksydisk manganmalm der oksygenmengden som er bundet til mangan, ikke er vesentlig stOrre enn det som representeres ved formelen MngO^, helles opp i en stopeose sammen med et silisiumholdig reduksjonsmiddel, slik at det dannes en smeltet metallfase i stopeosens nedre del og en smelte av oksydisk mang, materiale som flyter på metallfasen, kjennetegnet ved at det smeltede metall og oksydmaterialet bringes til å reagere ved å innfore i stopeosen trykkgass under overflaten av den smeltede metallfasen, for å bevirke en turbulens i metallet, idet det velges tilstrekkelig gasstrykk til å forårsake intermitterende gjennomføring av gass i det smeltede metall og oksydfasen og en tilstrekkelig gasshastighet til å bevirke at endel av det smeltede metall kontinuerlig kastes opp gjennom oksydfasen i en jevn, hurtig, avbrutt rekkefolge og faller tilbake gjennom oksydfasen.

Det skal i det folgende henvises til tegningene hvor:

Fig. 1 viser et skjema over stopeose-prosessen (ladle process) i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser en stopeose som er spesielt egnet til utforelse av foreliggende oppfinnelse og

fig. 3 ved sammenligning grafisk viser fordelene ved foreliggende oppfinnelse..

Ved utførelsen av foreliggende oppfinnelse i praksis fremstilles en egnet manganholdig smelte, f.eks. en smelte inneholdende 25% eller mer mangan, på vanlig kjent måte. F.eks. kan visse kommersielt til-gjengelige manganholdige materialer, som f.eks. malmer som er brent til småklumper, ofte smeltes med kalk i fravær av karbon, for fremstilling av den egnede oksygenfattige smelte. Med andre materialer som f.eks. rå manganmalmer, kan karbon blandes med malmen samt kalk og blandingen smeltes i f.eks. en elektrisk smelteovn med neddykkede elek-troder, for å gi det onskede oksygennivå i smeiten. Karbonet som til-blandes malmen kan være i en hvilken som helst egnet form, inklusive kull og de lavere grader av koks, og foreligger fortrinnsvis i en mengde som er tilstrekkelig til å redusere praktisk talt alt mangan-materiale til en form hvor manganet foreligger som to-verdig mangan,

men ikke i elementær form. Man kan også benytte manganholdige slagger i form av biprodukt. Uansett fremstillingsmåten, er det nodvendig med lavt oksygeninnhold i den manganholdige smelte, slik at den etter-følgende stopeosereaksjon kan reguleres og ikke bli for voldsomé

Når en egnet manganholdig smelte med lavt oksygeninnhold er fremstilt, fortrinnsvis inneholdende mellom 25 og 50% mangan, som f.eks. kan gjores ved å anvende en smelteovn som angitt skjematisk ved 10 i diagrammet på fig. 1, overfores det smeltede materiale ved en temperatur på 1350-l800°C til en stopeose betegnet med 12. Man innforer også i stopeosen et smeltet silisiumholdig reduksjonsmiddel, med en temperatur på mellom ca. 1250 og 1450°C. Fortrinnsvis et materiale inneholdende 4-32% silisium, 60-80% Mn, 0.03-1.6% C og resten Fe, slik at man får en metallfase i stopeskjeens nedre del som vist ved 16 på figuren, idet den manganholdige oksydsmelten flyter på toppen som betegnet med 18. Mengden silisiumholdig reduksjonsmiddel i stopeosen velges slik at den blir tilstrekkelig til å redusere manganmaterialene i oksydsmelten til den rinskede ferromanganlegering. Man kan også tilsette kalk til stopeosen, og denne er da vanligvis tilstede i en mengde som gir et base/ syre-forhold på fra 0.1-1.6 i den resulterende slagg ( B/ S = % CaO + % MgO).

%Si0p Vanligvis er utgangsforholdet mellom oksydmaterialet og metall på 1:1 til 4;lj angitt ved volumdeler. Med de egnede mengder manganholdig oksydmateriale, silisiumholdig reduksjonsmiddel og kalk i stSpeskjeen,

innfores gass under trykk under raetallfasens overflate, og gasshastig-heten reguleres inntil man får en turbulens i metallfasen som presser metallet oppover gjennom det manganholdige oksydlag og faller tilbake ned gjennom det oksydiske lag. Denne tilstand kan oppnås ved langsomt å oke gass-strommens hastighet og observere overflaten av støpeskjeens innhold. Når man ser at deler av smeltet metall presses opp gjennom det oksydiske lag og faller ned tilbake gjennom oksydlaget, i en jevn hurtig, men ikke ubrutt rekkefolge, er gasstilforselen tilstrekkelig, mens ved lavere gasstilforsel vil de forbedrede resultater som nedenfor beskrives ikke oppnås på grunn av utilstrekkelig blanding av de rea-gerende materialer. Hvis gasstrykket på den annen side okes i den grad at man får en gass-stråle, dvs. en kontinuerlig strom av gass som går opp gjennom metallet og oksydmaterialet, jfr. US patent nr. 2 750 286, er resultatene også utilfredsstillende fordi man heller ikke her oppnår tilstrekkelig blanding. Man må således i henhold til foreliggende oppfinnelse sorge for vesentlig stotvis gassgjennomcftromning.

Hensikten med denne gassgjennomstromning er å tilveiebringe en kontinuerlig vekslende kontaktflate mellom det silisiumholdige reduksjonsmiddel og det manganholdige oksydmateriale, hvorved manganet redu-seres av silisiumet og går over i metallfasen, samtidig som silisiumet omdannes til silisiumoksyd og går inn i den oksydiske slaggfase.

Gassroringen fortsettes inntil reduksjonen i det vesentlige er fullfort, hvilket f.eks. kan bestemmes ved å analysere påfolgende prover av metallfasen, for å bestemme likevektspunktet. Når reduksjonsreak-sjonen er fullendt, dékanteres den oksydiske slaggfase fra stopeosen og man kan enten kaste denne eller anvende den omigjen avhengig av det manganinnhold, og metallet kan stopes i former.

For å illustrere foreliggende oppfinnelses fordeler, har man utfort en rekke prover under anvendelse av foreliggende oppfinnelses gassblandingsprosess, sammenlignet med den kjente omhellingsteknikk, under fremstilling av ferromangan med lavt til middels karboninnhold (70-90% Mn, 0.04-1.5% C, 0.1-14% Si, resten Fe).

Man benyttet en stopeskje av den typen som er vist på fig. 2. Denne stopeskje eller stopeose omfatter en yttervegg 20 av stål, en ildfast foring av stampet periklas og magnesiumoksyd 22, en ildfast bunn-foring av stampet magnesiumoksyd 24, samt et gassinnforingsror 26 som er omgitt av et materiale 28 som hensiktsmessig kan være av stopbart ildfast aluminiumoksyd som f.eks. "Purotab". Roret er fortrinnsvis av rustfritt stål og gass fores gjennom roret 30 via roret 26 og inn i stopeosen.

De folgende eksempler vil ved sammenligning ytterligere illustrere oppfinnelsens fordeler.

Eksempel 1

Smeltet silisiumholdig reduksjonsmiddel (Mn 65%, Si 18%, C 1.6%, resten Fe) i en mengde på 355 kg °g en temperatur på ca. 1300°C ble heilt opp i en stopeskje av typen som vist på fig. 2. Stopeosen hadde en indre diameter på 0.75 m> hoyde 0,9 m. Smeltet manganholdig oksydmateriale (MnO 36,6%, CaO 25.7%, MgO 2.9%, AlgO^ 8.1%, Si02 26%) i en mengde på 495 kg og temperatur 1500°C ble derpå heilt opp i stopeosen. Med disse materialer i stopeosen, oppfylte det smeltede metall de nedre 0.126 m av stopeosen og metallfasen var dekket av et lag med omkring O.324 m hoyde bestående av oksydmateriale. Ga. 0.45 m gjenstod åpent på toppen av stopeosen. Man innforte argongass under trykk i det smeltede metall gjennom rorstumpen, som var 0.315 cm i diameter og plasert midt i bunnen av stopeosen, og gass-strommen ble oket inntil man opp-nådde heftig roring av stopeoseinnholdet og man kunne iaktta at smeltet metall kontinuerlig ble drevet opp mot oksydlagets overflate og falt tilbake gjennom dette, men uten å forårsake noen vesentlig spruting av materialet ut av stopeskjeen. Den målte gass-strom ved denne tilstand var omkring 6.1 m^ per time.

Gass-strommen ble fortsatt i omkring 10 minutter hvoretter oksydisk slaggmateriale og smeltet metall ble helt opp i en magnesiumoksyd-foret panne.

De utvunne 368 kg metall ga ved analyse 74% Mn, 11.2% Si, 1.4%

C og resten Fe, og manganinnholdet i slaggen var 17.2%, samtidig som base/syreforholdet i slaggen var 0.88. Vektforholdet mellom metall-produkt og slagg var 0.88-1 og total gjenvinning av mangan 97«4%«

Ovennevnte fremgangsmåte ble gjentatt i 15 ytterligere forsok hvor materialer og fremgangsmåtebetingelser i det vesentlige var de samme, bortsett fra kalkinnholdet i satsen som ble forandret til å gi base/syreforhold som lå mellom 0.1 og 1.5. Man fikk i alle tilfelle som legeringsprodukt ferromangan inneholdende lavt eller middels karbon-innhold med analyse 72-78% Mn, 6-12% Si, 1.1-1.5% C, resten Fe.

Man utforte ytterligere 15 forsok hvorved materialer og fremgangsmåte i det vesentlige var de samme, bortsett fra (1) at kalkinnholdet i satsen ble forandret slik at man fikk base/syreforhold mellom 0.1 og 1.6 og (2) at omhelling ble anvendt istedenfor gassrQring. Den benyttede omhellingsteknikk besto i å helle innholdet fra forste stopeose i en lignende annen stopeose, helle dette tilbake i forste stopeose og deretter igjen helle innholdet fra den forste over i den annen. Ved alle disse forsok var det resulterende legeringsprodukt ferromangan inneholdende lavt/middels karboninnhold og med analyse 72-78% Mn, 6-12%

Si., 1.1-1.5% C, resten Fe.

Resultatet av ovennevnte forsok, basert på base/syreforholdet

og uredusert mangan tilbake i slaggen, er vist på kurven i fig. 3«

Som man vil se fra kurvene fra fig. 3> utvinnes nesten 50% m©r

mangan ved anvendelse av foreliggende oppfinnelses gassblandingsprosess,

sammenlignet med den tidligere omhellingsteknikk, f.eks. kjent fra US

patent nr. 3 074 793 og nr. 3 I38 455> nar man bruker et base/syre-

foi^hold på 1.0 (14% Mn i slaggen sammenlignet med 20%).

Hvis man på den annen side vil komme frem til en slagg som inne-

holder et spesielt manganinnhold, f.eks. 20% Mn, kan man i henhold til foreliggende oppfinnelse bruke et meget lavere base/syreforhold enn ved omhellingsmetoden. Dette betyr at det kreves mindre kalk, og folgelig kan man fremstille en storre metallmengde i en gitt stopeose. Ved bruk av mindre kalk, oppsamles mindre manganmetall i slaggen, og derved blir manganutvinningen hoyere.

Siden foreliggende oppfinnelse omfatter innblanding av gass i

smeltede faser med forskjellig egenvekt, for å befordre disse fasers reaksjon med hverandre, og således ikke er noen raffinerings- eller gassreaksjon hvor .gassen utgjor en reaktant, kan man med hell benytte en rekke ikke-reaktive gasser. F.eks. kan man bruke alle inert-gasser og også luft, idet sistnevnte kan anvendes siden temperaturene og gass-

hastighetene ikke forer til noen vesentlig re-oksydasjon av manganet.

Man kan også bruke nitrogen, karbonmonooksyd og karbondioksyd.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av ferromangan med lavt Si-innhold

   og lavt til middels C-innhold, hvor en smelte av oksydisk manganmalm der oksygenmengden som er bundet til mangan ikke er vesentlig storre enn det som representeres ved formelen Mn^O^, helles opp i en stopeose sammen med et silisiumholdig reduksjonsmiddel, slik at det dannes en smeltet metallfase i stopeosens nedre del og en smelte av oksydisk mangan- materiale som flyter på metallfasen, karakterisert ved at det smeltede metall og oksydmaterialet bringes til å reagere ved å innfSre i stopeosen trykkgass under overflaten av den smeltede metallfasen, for å bevirke en turbulens i metallet, idet det velges tilstrekkelig gasstrykk til å forårsake intermitterende gjennomføring av gass i det smeltede metall og oksydfasen og en tilstrekkelig gasshastighet til å bevirke at endel av det smeltede metall kontinuerlig kastes opp gjennom oksydfasen i en jevn, hurtig, avbrutt rekkefolge og faller tilbake gjennom oksydfasen.