- Ферромарганец рафинированный
- Науглероженный ферромарганец
- Ферромарганцевый завод в Пуэрто-де-Бренс, Ла-Корунья , Испания.
Ферромарганец — это сплав железа и марганца с другими элементами, такими как кремний , углерод , сера , азот и фосфор . [1] Основное применение ферромарганца — как вид обработанного источника марганца для добавления в различные типы стали, такие как нержавеющая сталь . Мировое производство низкоуглеродистого ферромарганца (т. е. сплавов с содержанием углерода менее 2%) достигло 1,5 мегатонн в 2010 году. [2]
Свойства ферромарганца значительно различаются в зависимости от точного типа и состава сплава. Температура плавления обычно составляет от 1200 °C (2190 °F) до 1300 °C (2370 °F). [3] Плотность сплава немного зависит от типов присутствующих примесей, но обычно составляет около 7,3 г/см 3 (0,26 фунта/куб. дюйм). [4]
Источники марганцевой руды обычно также содержат оксиды железа. Поскольку марганец труднее восстанавливать, чем железо, [ необходима цитата ] во время восстановления марганцевой руды железо также восстанавливается и смешивается с марганцем в расплаве, в отличие от других оксидов, таких как SiO 2 , Al 2 O 3 и CaO . [5]
Восстановление достигается с помощью печи с погруженной дугой. Существуют две основные промышленные процедуры для выполнения восстановления: метод отбраковки шлака (или метод флюса) и дуплексный метод (или метод без флюса). Несмотря на название, различия в методе заключаются не в добавлении флюса , а в количестве требуемых стадий. В методе флюса основные флюсы, такие как CaO, добавляются для электролитического восстановления марганцевой руды:
Оставшийся после процесса восстановления шлак содержит около 15–20 % марганца и обычно выбрасывается.
В бесфлюсовом методе восстановление углерода также используется на первом этапе, но добавленные флюсы не обязательно увеличивают активность марганца. В результате оставшийся шлак имеет концентрацию марганца от 30% до 50%. Затем его перерабатывают кварцитом для получения сплавов с силикомарганцем. Полученный отбракованный шлак имеет содержание марганца менее 5%, что увеличивает выход. В результате этот метод чаще используется в промышленности.
В обоих методах, благодаря добавлению углерода в качестве восстановителя, получаемый сплав называется высокоуглеродистым ферромарганцем (ВУФМ), с содержанием углерода до 6% [6] .
Правильная смесь кокса, флюса и состава руды необходима для обеспечения высокого выхода и надежной работы печи, путем достижения желаемых химических свойств, вязкости и температуры плавления в полученном расплаве. Поскольку соотношение железа и марганца в природных источниках марганца сильно различается, смешивание руд из нескольких источников иногда производится для получения определенного желаемого соотношения. [7]
При производстве стали предпочтение отдается низкоуглеродистому ферромарганцу (LCFM) из-за возможности точного контроля количества углерода в получаемой стали. Для получения LCFM из HCFM также существуют два основных метода: силикотермическое восстановление и кислородное рафинирование.
При силикотермическом восстановлении в качестве восстановителя используется силикомарганец из второго этапа дуплексного процесса. После ряда этапов смешивания и плавления для снижения содержания кремния можно получить низкоуглеродистый сплав с содержанием углерода менее 0,8% и кремния 1% по весу.
В методе кислородной очистки HCFM плавится и нагревается до высокой температуры 1750 °C (3180 °F). Затем вдувается кислород для окисления углерода до CO и CO 2 . Недостатком этого процесса является то, что металл также окисляется при этих высоких температурах. Оксид марганца собирается в основном в форме Mn 3 O 4 в пыли, выдуваемой из тигля. [8]
В 1856 году Роберт Форестер Мюшет «использовал марганец для улучшения способности стали, произведенной по бессемеровскому процессу, выдерживать прокатку и ковку при повышенных температурах». [9] [10]
В 1860 году Генри Бессемер изобрел использование ферромарганца как метода введения марганца в контролируемых пропорциях во время производства стали. Преимущество объединения порошкообразного оксида железа и оксида марганца вместе заключается в более низкой температуре плавления комбинированного сплава по сравнению с чистым оксидом марганца. [11] [12]
В 1872 году Ламберт фон Панц произвел ферромарганец в доменной печи со значительно более высоким содержанием марганца, чем это было возможно ранее (37% вместо прежних 12%). Это принесло его компании международное признание, включая золотую медаль на Всемирной выставке 1873 года в Вене и сертификат награды на Столетней выставке 1876 года в Пенсильвании. [13] [14]
В статье 1876 года М. Ф. Готье объяснил, что магнитный оксид необходимо очистить от шлака путем добавления марганца (тогда в форме шпигелевого железа ), чтобы он стал пригодным для прокатки. [15]
