Поведение марганца в сталеплавильных процессах
Информация - Разное
Другие материалы по предмету Разное
?о растворяется в жидком железе.
При выплавке углеродистой и низколегированной стали в результате присадки ферромарганца происходит незначительное понижение температуры металла. Растворение в жидком металле при 1600 - 1620оС 1% холодного ферромарганца сопровождается охлаждением расплава на 16 - 17оС. В процессе растворения обычно происходит окисление некоторого количества марганца, которое сопровождается выделением тепла и нагревом металла.
При вводе марганца в ковш возможный нагрев металла в результате окисления 0,1% марганца кислородом атмосферы составляет 8 - 10оС. При подаче ферромарганца в ванну сталеплавильного агрегата окисление происходит в результате взаимодействия с оксидами железа шлака. При этом возможный нагрев металла составляет 2 - 3оС.
При выплавке углеродистой стали расход ферромарганца обычно не превышает 1% от массы металла. Угар марганца при раскислении в ковше обычно составляет 10 - 20%. Следовательно, в этом случае охлаждение металла в результате ввода ферромарганца не должно превышать 5 - 10оС, что сравнимо с точностью измерения температуры стали термопарами погружения. Поэтому при производстве углеродистой стали ферромарганец обычно вводят в ковш, не опасаясь существенного охлаждения металла.
Подача ферромарганца в ковш возможна и при выплавке низколегированного металла (1 - 2% Mn), но при этом температура металла в конце окислительного рафинирования должна быть на 10 - 20оС выше обычной.
При производстве стали с более высоким содержанием марганца он может быть введен в ковш в виде предварительно нагретых ферросплавов или жидкой лигатуры, а также в ванну сталеплавильного агрегата.
Нагрев ферросплавов до 800 - 900оС позволяет вводить ферромарганец в ковш в количестве до 4% без заметного охлаждения металла.
В мартеновских цехах легирование стали марганцем может проводиться в печи непосредственно перед выпуском плавки. При этом масса разовой присадки ферросплавов не должна превышать 1 - 2% от массы металла. Следующая присадка проводится через 15 - 20 минут, в течение которых ферросплавы плавятся и марганец равномерно распределяется в объеме металла. При подаче ферромарганца в кипящую ванну его угар обычно составляет 20 - 40%. С целью уменьшения потерь марганца подачу ферросплавов целесообразно проводить после предварительного раскисления ванны.
4. Применение марганца
Основным потребителем марганца является черная металлургия, она расходует в среднем 8-9 килограмм марганца на 1 тону выплавляемой стали. При введении в сталь марганца чаще всего применяют его сплавы с железом, например, ферромарганец (70 - 80% марганца, 0,5 - 7,0% углерода, остальное занимает железо и примеси). Выплавляется он в электрических и доменных печах.
В производстве стали марганец необходим, даже сегодня нет его эффективной замены. После введения марганца в емкость с расплавом, элемент выполняет сразу несколько функций. При рафинировании и раскислении стали марганец способен восстанавливать оксиды железа, при этом он превращается в оксид марганца, устраняемый в виде шлака. Марганец вступает в реакцию с серой, при этом образовавшиеся сульфиды переходят снова в шлак. Кремний и алюминий, также служат раскислителями, как и марганец, но они не способны быть десульфуризатором. Введение марганца вызывает замедление роста зерна во время нагрева, в результате чего получается мелкозернистая сталь. А вот кремний и алюминий наоборот ускоряют рост зерен.
В доменную шахту марганец вводят для удаления серы из чугуна. У марганца большее сродство с серой, чем у железа. С серой марганец образует MnS - прочный легкоплавкий сульфид. Сера, которая связана марганцем, уходит в шлак. Данный метод очищения чугуна от серы надежен и прост.
В производстве стали также широко используется способность элемента №25 связывать кислород и серу. Еще в XIX веке научились выплавлять "зеркальный" чугун из железных руд с примесями марганца. Такой чугун, содержание марганца в котором 5-20%, а углерода - 3,5-5,5%, обладал незаменимым свойством: если добавить его в жидкую сталь, из металла выделяются сера и кислород.Г. Бессемер - изобретатель 1-го конвертора - пользовался зеркальным чугуном для науглероживания и раскисления стали. В то время зеркальный чугун производили в доменной печи восстановлением марганцевых шпатовых железняков, которые ввозили из Штальберга, что в Рейнской Пруссии.
Марганец часто вводят в сталь вместе с другими металлами - вольфрамом, хромом, кремнием. Но существует сталь, в составе которой кроме железа углерода и марганца ничего нет. Это сталь Гадфилда. В ней содержится углерода 1-1,5% и марганца 11-15%. Сталь данной марки обладает сильной твердостью и износостойкостью. Она применяется при изготовлении дробилок, перемалывающих самые твердые породы, а также деталей бульдозеров и экскаваторов. Твердость данной стали такова, что металл даже не поддается обработке механическим путем, детали из такой стали можно лишь отливать. Данные свойства тут-же нашли применение в изготовлении железнодорожных рельсов, сейфов, замков, гусениц тракторов, и множества других изделий. В 1883 году Гадфилд получил 1-й британский патент на изготовление марганцовистой стали.
Довольно широко в технике применяются тройные сплавы манганины - медь-марганец-никель, обладающие огромным электрическим сопротивлением, которое не зависит от температуры, но зависит от давления. Именно поэтому манганины широко используют в изготовлении электрических манометров. Обыкновенным маноме?/p>