В рамках реализации проекта «Освоение и совершенствование технологии выплавки рафинированных марок ферромарганца из казахстанского низкокачественного марганцевого сырья» учеными Химико-металлургического института им. Ж.Абишева разработана технология выплавки рафинированных марок марганцевых ферросплавов алюмосиликотермическим методом с использованием в качестве восстановителя алюмосиликомарганца.

Цель работы – освоение и совершенствование технологии выплавки рафинированных марок ферромарганца из казахстанского низкокачественного марганцевого сырья.

Наблюдаемый в последнее десятилетие неуклонный рост мирового производства стали связан с неотъемлемой возрастающей потребностью металлургической промышленности вразного рода ферросплавах. Наиболее используемыми являются марганецсодержащие ферросплавы (высоко- и низкоуглеродистый ферромарганец, силикомарганец, металлический марганец).

Основная масса (около 95%) марганца – этого важнейшего стратегического металла – производится в мире в виде ферросплавов (ферро- и ферросиликомарганца, комплексных марганецсодержащих сплавов) и используется при выплавке различных типов сталей в качестве раскислителя и легирующей добавки. Поэтому увеличение производства стали сопровождается ростом добычи марганцевых руд и выплавки марганцевых ферросплавов. Так, например, только в 2010 году мировое производство марганцевых сплавов возросло на 25%, или до 14,6 млн.т по общему весу. Отметим, что основную долю в мировом производстве марганцевых сплавов занимает ферросиликомарганец с долей в производстве 59,5%. Объемы производства ферросиликомарганца в 2010 году увеличились на 18%, или до 8,7 млн.т, а объемы производства высокоуглеродистого ферромарганца возросли на 34% и составили 4,7 млн.т, низко- и среднеуглеродистого ферромарганца увеличились на 48%, или до 1,5 млн.т .

Объемы мирового производства стали

По оценкам ученых, прогнозные запасы марганецсодержащих руд Республики Казахстан совместно с разведанными месторождениями составляют около 700 млн.т. В последние годы наметился устойчивый спрос на сплавы марганца, выплавляемые из казахстанских низкофосфористых концентратов, началось наращивание объемов добычи марганцевых руд. Так, за период 1991-2003 гг. произошел резкий подъем уровня погашения запасов с 330 тыс.т до 2369,0 тыс.т, т.е. добыча марганцевых руд горнодобывающей отраслью Казахстана увеличилась в 8,5 раза. За период 2003-2008 гг. объем добычи марганцевых руд возрос на 4,7%, т. е. с 2,369 до 2,485 млн. т.

Разрабатываются месторождения марганцевых руд: Ушкатын III, Караадырь, Тур, Есымжал, Жомарт, Айткокше, Сарытун, Шоинтас, Чуулдак, Западный Каражал, Богач, Восточный и Западный Камыс. Действуют Жайремский горно-обогатительный комбинат и Жездинская обогатительная фабрика. На казахстанском марганцевом сырье работает Челябинский электрометаллургический комбинат.

Основным производителем марганцевых сплавов является Аксуский завод ферросплавов, на котором впервые в Республике Казахстан организовано производство ферросиликомарганца. В настоящее время из 6 печей цеха № 1 РКЗ 33 МВА 4 печи полностью переведены с производства ферросилиция на силикомарганец с обеспечением производства сплавов свыше 120-140 тыс. т в год и с потреблением более 0,5 млн. т концентрата.

На ТОО «Темиртауский химико-металлургический завод» после реконструкции цеха В-20 по технологии, разработанной Химико-металлургическим институтом (г. Караганда), организовано производство ферросиликомарганца в объеме до 25-45 тыс. т в год, а также планируется организация производства на второй печи.

Кроме того, концентраты марганцевых руд поставляются в Россию (на Челябинский электрометаллургический комбинат и Серовский ферросплавный завод).

До настоящего времени в Казахстане не было организовано производство рафинированных марок ферромарганца, хотя за 20 лет независимости удалось создать новое производство и увеличить объемы выплавки до 200 тыс.т ферросиликомарганца в год. Благодаря научным разработкам ученых-ферросплавщиков ХМИ им. Ж.Абишева, на выплавку ферросиликомарганца были переориентированы следующие простаивающие производства:

- ферросилициевые печи Аксуского завода ферросплавов (производительностью до 160 тыс.т. в год по ферросиликомарганцу);

- карбидная печь Темиртауского электрометаллургического комбината (производительностью до 25 тыс.т ферросиликомарганца в год);

- фосфорные печи ТОО «Химпром -2030» (в настоящее время ТОО «Таразский металлургический завод» (производительностью до 15 тыс.т в год).

В Казахстане имеются все предпосылки для расширения сортамента производимых марганцевых ферросплавов, что достижимо за счет организации производства рафинированных марок ферромарганца, а именно сырьевая марганцевая база, научный потенциал и простаивающие электродуговые печи рафинировочного типа.Кроме того, имеется потребность в рафинированных марках ферромарганца сталелитейных заводов, выплавляющих сталь Гадфильда для горно-шахтного оборудования.

В результате исследования проведены опытно-промышленные испытания и отработаны основные технологические параметры выплавки среднеуглеродистого ферромарганца. Наработана опытная партия среднеуглеродистого ферромарганца и нового комплексного восстановителя - алюмосиликомарганца. Определены основные технико-экономические параметры выплавки среднеуглеродистого ферромарганца. Установлено, что в качестве исходного сырья для выплавки алюмосиликомарганца и рафинированного ферромарганца можно использовать марганцевые руды месторождений Западный Камыс и Айткокше без глубокого обогащения.

В крупнолабораторных условиях установлена принципиальная возможность получения нового вида комплексного восстановителя - алюмосиликомарганца из высокозольных углей месторождения Сарыадыр и Борлы, высококремнистых марганцевых руд месторождений Айткокше и Западный Камыс одностадийным карботермическим бесшлаковым процессом. Полученные данные позволяют разработать комплексную и ресурсосберегающую технологию выплавки нового вида кремнеалюминиевого восстановителя, который может быть использован в сталеплавильной промышленности в виде раскислителя, а также в виде восстановителя в производстве средне- и низкоуглеродистых марок ферромарганца. В результате крупнолабораторных испытаний установлено следующее:

- основные электрические параметры технологии выплавки алюмосиликомарганца – рабочее напряжение 24-36 В сила тока 3200-3500 А;

- степень извлечения основных элементов достигает 84,8-90,87% марганца, 76,5-83,53% кремния и 68,9-76,57% алюминия;

- необходимая степень избытка твердого углерода, которая составляет 10-15%. Для сравнения: ферросиликоалюминий выплавляется при недостатке твердого углерода 3-5%;

- возможность полной замены металлургического кокса как восстановителя, на высокозольный и низкозольный угли месторождений Сарыадыр, Борлы и Шубарколь;

- принципиальная возможность получения нового вида комплексного сплава, по химическому составу, отличающегося высоким содержанием алюминия, до 22-26%.

Опытно-промышленными испытаниями доказана возможность выплавки среднеуглеродистого ферромарганца марок FeMn90C20 и FeMn90C20LP (ISO 5446-80) с использованием комплексного восстановителя алюмосиликомарганца и марок FeMn80C20LP и FeMn80C20 с использованием передельного ферросиликомарганца.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Полученные данные делают возможным использование в качестве исходных шихтовых материалов выплавки среднеуглеродистого ферромарганца: бедные высококремнеземистые марганцевые руды месторождений Айткокше и Западный Камыс без предварительного обогащения (увеличивая сквозное извлечение марганца), низкозольные и высокозольные угли, что позволяет значительно снизить себестоимость получаемой продукции.

Основные электрические параметры технологии – рабочее напряжение 49 В и сила тока 1160-1900 А. По результатам работы можно сделать вывод о необходимости при постоянной и продолжительной работе рафинировочной печи соединение трансформаторов осуществлять не параллельно, как это было во время испытаний, а последовательно, что позволит увеличить напряжение до 98 В. Необходимость повышения рабочего напряжения объясняется тем, что 90-95% углерода поступает в конечный металл из электродов. Поэтому увеличение производительности печи за счет увеличения силы тока и снимаемой мощности приводило к повышению содержания углерода в среднеуглеродистом ферромарганце, т.е. снижало его сортность.

Разработчиками дана оценка технико-экономической эффективности внедрения. Так, производительность полузакрытой рафинировочной печи составляет 350-500 кг среднеуглеродистого ферромарганца в сутки, что позволяет при некоторой модернизации печного агрегата обеспечить годовую потребность в ферромарганце такого крупного предприятия, как «Корпорации Казахмыс». Для полного обеспечения потребности промышленности Республики Казахстан в среднеуглеродистом ферромарганце достаточно установить печные мощности в 1 МВА, что позволит выплавлять по разработанной технологии порядка 1,5-2,5 тыс.т рафинированного ферромарганца в год.

Кроме того, полученные результаты подтверждают сделанный вывод об экономической и технологической целесообразности организации производства среднеуглеродистого ферромарганца по разработанной технологии в масштабах мини-производства для обеспечения внутреннего рынка с последующей перспективой выхода на мировой рынок. Ориентировочные объемы производства в денежном выражении для обеспечения только внутреннего спроса могут достигать порядка 4,5-6 млн. дол. США.

За счет применения бесшлаковой карботермической технологии и использования передельных шлаков (образующихся при выплавке среднеуглеродистого ферромарганца) на стадии выплавки алюмосиликомарганца и передельного ферросиликомарагнца появляется возможность повысить степень использования марганца на 10-15% (столько обычно теряется со шлаками при выплавке ферросиликомарганца) и, как следствие, снизить себестоимость конечной продукции.

Ученые подчеркивают, что особенностью разрабатываемой технологии является возможность замены ферросиликомарганца (традиционного восстановителя при выплавке рафинированного ферромарганца) на более дешевый восстановитель - алюмосиликомарганец. Использование бедной высококремнистой марганцевой руды и высокозольного угля в качестве исходного сырья при выплавке алюмосиликомарганца вместо марганцевой руды и коксового орешка (при получении ферросиликомарганца) позволяет значительно снизить требования к исходному сырью и себестоимость выплавляемого рафинированного ферромарганца.При этом, как заявляют разработчики, мировые аналогови по получению рафинированного ферромарганца алюмосиликотермическим способом отсутствуют.

Отдел по связям с общественностью АО «НЦГНТЭ»