Производство чугуна

1.История Алапаевского Металлургического Завода

 История Алапаевского металлургического завода берет своё начало с Петровских времен. За время своего существования у завода были периоды развития и упадка,  славы и простоя.

Все началось в 1704 году, когда  на реке Алапаихе был построен Нижне-Алапаевский железоделательный завод, который принадлежал казне и имел 2 доменные печи, 2 молотовые фабрики, пушечную избу и свирельню. Первоначальная производительность доменной печи не превышала 90 пудов чугуна в сутки. В свои первые годы работы завод производил пушки, ядра, картечь для вооружения российской армии.

В 1766 году завод переходит  в частное владение к Савве  Яковлевичу Собакину, который в 1779 году построил Верхне-Алапаевскийпередельный завод и создал комплекс горнозаводских предприятий, объединяющий рудник, лесные дачи и восемь заводов.

С годами завод наращивал  свои производственные мощности. (По мере возведения новых современных цехов,  старые и неэффективные закрывались). Одновременно, происходит ряд технических  усовершенствований. В 1837 году – на заводе сконструирована первая в  России водяная турбина. В 1850 году –  пудлинговая печь, на которой из чугуна  на поду отражательной печи путем окисления плавили сталь.

В 1895 году начала действовать 15-ти тонная мартеновская печь. К началу 20 века на заводе произведена существенная модернизация, после завершения которой на заводе функционировали три домны с горячим дутьем. Кричные горны и пудлинговые печи полностью заменены мартенами.

Годы Гражданской войны  – стали одними из самых трудных – завод пришлось остановить.

С конца 1919 года предприятие  снова работает, запущены одна мартеновская печь и прокатный стан. Но лишь к 1926 году заводу удалось выйти на довоенный уровень производства. А в 1928 году уже построенная третья мартеновская печь.

С начала Великой Отечественной  войны завод перешел на выпуск военной продукции: мартеновский цех  производит качественную сталь, листопрокатный – биметалл, из которого изготовлялись  гильзы для снарядов и патронов, чугунолитейный – окопные печки, механический цех стал точить детали для снарядов. Немало заводчан навсегда осталось на полях боевых сражений. Своими ратными и трудовыми подвигами алапаевские металлурги вписали славную страницу в летопись Великой Отечественной.

Взамен старой, демонтированной  в 39-40 годах, в военные годы на заводе началось строительство новой доменной печи.  Построенная в конце 1946 года она  стала лучшей не только на Урале, но и в Советском союзе. Но на этом алапаевские технологи не останавливались, с каждым годом они совершенствовании качество выплавки, внедряя передовые технологии.

50-60 годы стали для завода  началом реконструкции, внедрением  механизации и автоматизации.  Завод неоднократно занимал призовые  места с вручением  переходящих   Красных Знамен Совета Министров  РСФСР, Министерства черной металлургии  СССР и профсоюза отрасли. Немало  было и личных рекордов у  самих заводчан.

С 1974 года по решению Минчермета доменный цех перешел на выплавку  важнейшего ферросплава - ферромарганца, используемого в плавильном производстве. В 1987 году  началось строительство нового Новоалапаевского металлургического комплекса. Наряду с профессиональными строителями в нем принимали участие металлурги мартеновского и сортопрокатного цехов, которые на этот период были остановлены.

В 90-е годы строительство  нового комплекса было остановлено. А завод, став открытым акционерным  обществом, работая в условиях экономической  перестройки продолжил выпуск традиционной продукции: ферромарганца, литейного, передельного чугуна.

С 1999 года  завод начал  работать в составе Алапаевской  ферросплавной компании,  программа технического перевооружения которой предусматривала организацию производства на заводе  силикомарганца. Ведь обеспечение металлургической промышленности марганцем имеет особую актуальность как для Уральского региона, так и в целом для Российской Федерации – в этом будущее старейшего металлургического завода.

Сегодня открыта новая  страница в истории старейшего предприятия  России. С февраля 2011 АМЗ вошел  в Группу компаний НОВАЭМ. Сегодня  на предприятии начата глобальная программа  технического перевооружения завода с  целью восстановления утраченного  производства.

АМЗ выпускает

Передельный чугун

Литейный чугун 

Доменные ферросплавы 

Передельный чугун предназначен как для отливок, так и для дальнейшего передела в сталь (жидкий чугун). В зависимости от назначения, передельный чугун изготовляется для сталеплавильного и литейного производств.

Литейный (серый) чугун предназначен для дальнейшего передела в чугунолитейных цехах при производстве отливок. (Отливки – сырьё для продукции  разных отраслей промышленности).

Доменные ферросплавы  применяют в сталеплавильном  производстве для раскисления и десульфуратором жидкой стали, чугуна и сплавов. Ферромарганец оказывает измельчающее действие на микроструктуру сплавов, увеличивает глубину прокаливания. Кроме того, этот сплав применяют для легирования стали и для обмазки сварочных электродов.

 

2. Исходные материалы для производства ферромарганца в доменной печи

Марганец входит в состав большого числа минералов, но руды промышленного  значения образуют лишь немногие минералы, важнейшими из которых являются: браунит Mn2O3; гаусманит Mn3O4; пиролюзит MnO2; манганит MnO.OH; псиломелан MnO.MnO2 х nН2O; родохрозит MnCO3. Страны постсоветского пространства располагают крупнейшими запасами марганцевых руд (1,5 млрд. т), составляющими около 3/4 мировых запасов. Состав марганцевых руд, и концентратов различных месторождений приведен в таблице. За рубежом крупные месторождения марганцевые руды встречаются в Габоне, Бразилии, Индии, Южной Америке, Марокко и Гане. В марганцевые руды (концентратах), используемых при производстве сплавов марганца, содержание марганца должно быть не менее 47% при отношении Mn/Fe более 8. Содержание кремнезема не должно превышать 11 % (для производства силикомарганца применяют марганцевые руды с более высоким содержанием кремнезема), а содержание фосфора 0,003—0,0035% на 1% марганца (т. е. не более 0,15 — S 0,17% Р при 50% Mn в руде). В ферросплавной промышленности основным способом дефосфорации и одновременного обогащения и окускования марганцевых руд и концентратов (браунита, гаусманита, пиролюзита, манганита и др.) служат различные варианты электрометаллургического метода, основанного на использовании различия в химическом сродстве марганца и фосфора к кислороду. Эти способы являются основной стадией ряда технологических схем получения марганцевых сплавов. Один из наиболее эффективных способов подготовки марганцевой руды к металлургическому переделу — это агломерация, позволяющая значительно улучшить технико-экономические показатели процесса производства ферромаргаца. Так, использование агломерата при выплавке CMn17 в печи мощностью 10,5МВА позволило снизить расход электроэнергии на 302,4 МДж (84 кВт-ч) на тонну сплава и повысить производительность печи на 0,9 т/сутки. Из опыта подготовки к плавке железных руд известны преимущества метода окомкования их перед агломерацией, особенно при использовании в качестве сырья тонкоизмельченных руд, например концентратов, полученных при флотационном или химических методах обогащения марганцевых руд. Разработан безобжиговый метод получения окатышей из флотационных концентратов с использованием в качестве связующего водного раствора сульфидноспиртовой барды и упрочнением низкотемпературной (170—180° C) сушкой. Окатыши целесообразно изготавливать и из обожженных марганцевых концентратов, так как,в закрытых печах при диссоциации окислов и карбонатов марганца происходит разбавление образующегося газа выделяющимися при этом кислородом и углекислым газом. Применение окатышей из предварительно обожженных концентратов позволит также снизить расход электроэнергии и восстановителя и повысить производительность ферросплавных печей. Одним из методов подготовки тонкоизмельченных марганцевых руд и концентратов к плавке может быть их брикетирование. Однако практикуемые способы брикетирования сравнительно дороги и требуют установки ценного и быстроизнашивающегося оборудования или расхода больших количеств сравнительно дорогих связующих веществ. Разработан способ окускования компонентов шихты коксованием, сущность которого заключается в том, что в тонкоизмельченной исходной шихте взамен кокса применяют коксующиеся угли, а в некоторых случаях — смесь угля с каким-нибудь углеводородным связующим (смолой, пеком и т.п.). Затем смесь, подобно коксованию углей, подвергают нагреву до 1000° C без доступа воздуха. Продукт обжига, состоящий из двух компонентов, называется рудококсом, а из трех и более — моношихтой. Этот метод успешно опробован при подготовке шихты к плавке из различных марганцевых концентратов или их смесей. Так, из моношихт на основе марганцевых руд II сорта (62,23%), ткварчельского угольного концентрата (21,90%), окалины (4,09%), пека (3,03%), извести (8,75%) был получен стандартный углеродистый ферромарганец. При этом расход электроэнергии был снижен на 18% и восстановителя на 10%, а извлечение марганца увеличивалось на 10% по сравнению с плавкой на обычной шихте.

 

3.Особенности получения ферромарганца в доменной печи

Ферромарганец применяют  для раскисления и легирования стали. В ферросплавных печах выплавляют углеродистый ферромарганец двух марок: ФМн78 и ФМн70, которые содержат марганца соответственно 75-82 и 65-75%. В сплавах также содержится 5-7% С, от 1 до 4-6% Si, 0,3-0,6% Р, 0,02% S.

Марганцевые руды содержат много фосфора, поэтому и в  ферромарганце содержание этого  вредного элемента высокое.

Производство углеродистого  ферромарганца раньше вели в доменных печах, однако по мере удешевления электроэнергии, роста стоимости и увеличения дефицита кокса, а также в связи  с необходимостью вовлекать в  производство бедные и низкокачественные  марганцевые руды в последние  годы ферромарганец стали выплавлять в электропечах. Для производства углеродистого ферромарганца используют открытые и преимущественно закрытые электрические ферросплавные печи мощностью до 30 МВА с угольной футеровкой. Печи выполняют как круглыми, в том числе и с вращением ванны, так и прямоугольными. Плавку ферромарганца ведут при напряжении 110—160 В (полезное фазное напряжение 50—60 В). Повышение напряжения приводит к ухудшению показателей процесса по следующим причинам: В связи с высокой упругостью паров марганца потери от испарения при нормальных условиях производства достигают 8— 10%, а при неправильном электрическом режиме печи в случаях недостаточно глубокого погружения электродов в шихту потери могут возрасти до 20% и более. Температура начала восстановления закиси марганца до карбида (1223° С) и температура начала шлакообразования (1250° С) практически совпадают между собой, что при неблагоприятных условиях, в частности при перегреве плавильной зоны, вызывает переход значительной части MnO в шлак. Восстановление же MnO из силиката, находящегося в жидком шлаке, требует значительно больших затрат энергии, чем при восстановлении ее в твердом состоянии. Углеродистый ферромарганец производят двумя способами — флюсовым и бесфлюсовым. Второй из этих способов имеет ряд преимуществ, заключающихся в более высоком сквозном извлечении марганца из руды и более высокой производительности печей, в которых выплавляют сплав, более низком содержании фосфора в рафинированном ферромарганце, поскольку в используемой для его выплавки шихте применяют малофосфористый марганцевый шлак, образующийся при бесфлюсовом способе производства углеродистого ферромарганца. Однако из бедных руд углеродистый ферромарганец может быть получен только флюсовым способом, так как эти руды содержат много кремнезема. При плавке ферромарганца в процессах восстановления наибольшую роль играет закись марганца MnO, так как высшие окислы марганца при высоких температурах диссоциируют: при 480° С перекись марганца MnO2 переходит в окись марганца по реакции: 2MnO2 -> Mn2O3 + 1/2 O2; При 950° С окись марганца Mn2O3 диссоциирует до закиси-окиси по реакции: 3Mn2O3 -> 2Mn3O4 + 1/2O2, и при 777 С закись-окись марганца практически полностью переходит в закись марганца по реакции: Mn3O4 -> 3MnO + 1/2 O2; Высшие окислы марганца практически полностью восстанавливаются окисью углерода при низких температурах. При взаимодействии MnO2 с СO уже при 70—105° С достаточно быстро образуется Mn3O4, окись марганца Mn2O3 начинает восстанавливаться СO около 200° С. Восстанавливается окисью углерода ,и закись-окись марганца Mn3O4, но восстановления MnO окисью углерода при температурах процесса практически не происходит. Прямое восстановление высших окислов марганца углеродом протекает очень успешно начиная с температур с 250—300° и завершается в области температур 600—800° С. Восстановление закиси марганца осуществляется по реакциям: 2MnO + 2С - 2Mn + 2СO; G° = 575 270 — 339,77Т Дж/моль (137 400 — 81,157 кал/моль); 2MnO + 8/3С = 2/3 Mn3С + 2СO, G° = 510 814 — 340,82 Дж/моль (122 000 — 81,407 кал/моль), Теоретические температуры начала восстановления по этим реакциям соответственно равны 1420 и 1227° С. Следовательно, при восстановлении закиси марганца углеродом наибольшее развитие приобретает реакция восстановления до карбида, что и определяет высокое содержание углерода в сплаве. Содержащийся в руде фосфор почти полностью восстанавливается углеродом, марганцем или карбидами марганца. Восстановительные условия процесса и малая растворимость сернистого марганца (MnS) в сплаве способствуют удалению серы и ее содержание в ферромарганце обычно не превышает 0,04%. Восстановление кремния затруднено, во-первых, тем, что весь кремнезем шлака связан в силикат марганца, и, во-вторых, низкими температурами в горне печи при выплавке углеродистого ферромарганца. В печи могут, например, протекать следующие реакции: MnSiO3 + ЗC = MnSi + 3CO; MnSiO3 + 4C = SiC + 3CO + Mn; 4MnSiO3 + 5C = 4SiO2 + Mn4C + 4CO; 4MnSiO3 + 4CаО + 5C = Mn4C + 4CaSiO3 + 4CO, для которых температура начала взаимодействия соответственно составляет 1295, 1430, 1395 и 724° С. Следовательно, введение в систему извести облегчает восстановление марганца, одновременно связывая кремнезем и затормаживая его восстановление.

Таблица 1. Распределение  элементов между продуктами плавки бесфлюсового углеродистого ферромарганца

Бесфлюсовый углеродистый ферромарганец производят непрерывным процессом, загружая шихту по мере ее проплавления. Колоша шихты состоит из 300 кг марганцевой руды (наличие мелочи ниже 5 мм нежелательно), 60—70 кг коксика фракции 8—25 мм и 15—20 кг железной стружки. Отношение P/Mn в руде должно быть менее 0,00375, а при плавке ферромарганца с пониженным содержанием фосфора — даже менее 0,00335. Нормальный ход печи характеризуется наличием постоянного конуса шихты (высотой 300 мм) вокруг электродов, способствующим равномерному выделению по всей поверхности колошника газов, глубокой и устойчивой посадкой электродов в шихте (1200—1500 мм), сходом шихты без обвалов. Температура плавления сплава составляет примерно 1260, шлака 1300—1400° С. При работе печи с недостатком восстановителя сплав получается с низким содержанием кремния и высоким содержанием фосфора, посадка электродов бывает излишне глубокой, нагрузка же на электродах неустойчивой, повышаются потери марганца в шлаке (нормально в шлаке содержится 37—41 Mn), снижается производительность печи, повышается удельный, расход электроэнергии. Недостаток восстановителя может привести к разрушению угольной футеровки печи. При работе печи с избытком восстановителя увеличиваются тепловые потери, так как посадка электродов становится мелкой, повышается улет марганца и содержание кремния в сплаве. Для исправления хода печи необходимо проверить правильность дозирования шихтовых материалов (руды и коксика) и размер кусков восстановителя и, если необходимо, скорректировать навеску коксика или дать добавки коксика или руды. Шлак и сплав выпускают одновременно 5—6 раз в смену. Разливку ферромарганца проводят в изложницы или на разливочной машине конвейерного типа. Для полного отделения шлака от металла используют промежуточную изложницу с сифоном. Шлаки подвергают дроблению и используют в качестве сырья при производства силикомарганца. Колошниковый газ закрытых печей при производстве углеродистого ферромарганца содержит примерно 56% CO, 26% CO2 и 2% O2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Технико-экономические показатели получения доменного ферромарганца

Низкофосфористый углеродистый ферромарганец производят двухстадийным непрерывным процессом из богатого низкофосфористого шлака. Применение в качестве флюса доломита позволяет получить сплав с содержанием 0,03—0,04% P и 0,4 — 0,8% Si. Разработан ряд технологических процессов производства углеродистого ферромарганца из низкосортных марганцевых руд и концентратов, основанных населективном восстановлении железа и фосфора из них и последующем получении товарных сплавов марганца из безжелезистого низкофосфористого шлака. Фосфористый чугун перерабатывают продувкой в основном конвертере на сталь. Использование дешевой бедной руды и получение в качестве побочного продукта стальных слитков обеспечивают высокую экономичность процесса. 1 Показатели даны на 1 базовую тонну углеродистого ферромарганца и бесфосфористого высокомарганцевого шлака. Бесфосфористый высокомарганцовистый шлак, предназначенный для выплавки низкофосфористых сплавов марганца и металлического марганца, выплавляют периодическим процессом в наклоняющихся печах с магнезитовой футеровкой мощностью 3 МВА. Шихту рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить в ходе плавки полное восстановление содержащихся в руде железа и фосфора и незначительной части марганца. Обычный состав колоши на одну плавку характеризуется следующими цифрами: 12,5 т марганцевой руды (48% Mn), сухой (фракция 0—80 мм), 0,9—1,1 т коксовой мелочи, 1,1—1,3 т кварцитовой мелочи, 0,8—1,0 т отвальных шлаков (фракция 80 мм) силикомарганца (20% Mn и 50% SiO2) и 0,4 т отходов от чистки сплава. В шихту целесообразно присаживать некоторое количество окислов железа, поскольку это позволяет увеличить извлечения марганца в шлак из руды. Мощность печи увеличивают постепенно со ступени напряжения 160—170 В и через 40—60 мин печь переводят на рабочее напряжение 130—140 В. Рабочая сила тока должна составлять около 18 кА. При загрузке шихты к стенам печи заваливают в основном коксик, а затем загружают остальные компоненты шихты. По мере проплавления шихты в центре печи ее подгребают от бортов печи к электродам. Готовность плавки определяется полным проплавлением шихты, достаточной жидкоподвижностью шлака, обеспечивающей осаждение капель фосфористого сплава, и расходом электроэнергии на 1 т загруженной руды, равным 4,5 ГДж (1250 кВт-ч). Шлак характеризуется следующим составом, %: 62,0 — 66,0 MnО; 25—27 SiO2; 0,2—0,6 FeO; 3,5—5,0 СаO; 2,0—4,0 Аl2O3; 1,0 — 2,0 MgO и 0,010—0,017 Р. Его выпускают 2—3 раза в смену и один раз в двое суток выпускают образующийся попутно железомарганцевый сплав («попутный металл»), содержащий 54—64% Mn; 28— 37% Fe; 3,0—6,0% С; 0,5—0,7% Si и 2,5—4,0% Р. Этот сплав применяют при выплавке автоматной стали. Количество его невелико и составляет 50—70 кг на 1 т шлака. Полезное использование марганца равно 94%.  В жидком состоянии железо и марганец полностью взаимно растворимы, химических соединений они не образуют. Сплавы марганца, содержащие 75—85% Mn, с железом легкоплавки, температура плавления железа и марганца составляет около 1380° С. С углеродом марганец образует карбиды Mn7C3, Mn3C, Mn5C3 и Мn4C (точнее Mn23C6). Известны сплавы марганца с кремнием: Mn2Si (20,3% Si), MnSi (33,8% Si) и Mn2Si3 (43,4% Si) с температурой плавления соответственно — 1320, 1260 и 1170° С. Наиболее прочным из них является MnSi [H°298 = 60,60 МДж (145 ккал). Поскольку силицид марганца прочнее карбида, с увеличением содержания кремния в сплаве содержание углерода падает. С кислородом марганец образует четыре окисла: MnO2, Mn2O3, Mn3O4 и MnO. Из них наиболее прочен MnO, температура диссоциации которого выше 3000° С. Известно существование следующих фосфидов марганца: Mn5P2, MnP, MnP2 и MnP3.