Классификация ферросплавных процессов. Физико-химические основы получения ферросплавов. Производство силикокальция силикотермическим процессом. Производство углеродистого феррохрома, страница 14

На производство 1 тонны сплава СК10 расходуется 960 кг извести, 917 кг  ферросилиция, 12 кг плавикового шпата и 1670 кВт • ч электроэнергии.

Электротермия марганца и его сплавов

Области применения марганца и его сплавов

Марганцевыми ферросплавами являются:

·  Ферромарганец включающий группы высоко и низкоуглеродистого ферромарганца;

·  Силикомарганец с широким интервалом содержания кремния, примесями фосфора, углерода и др.;

·  Металлический марганец;

·  Азотированные металлический марганец и силикомарганец.

1)  Марганец – раскислитель

Взаимодействие марганца с жидким железом приводит к раскислению металл по реакции:

[Мn] + [O] = MnO, КMn = аMnО/(аMnаО)

При низких концентрациях марганца образуется не чистый оксид марганца MnO, а сложные оксиды системы MnO - FeO.

При введении кремния и марганца в железо продуктами реакции раскисления являются сложные силикаты с сравнительно низкой температурой плавления. Содержание FeO во включениях невелико, и они представлены компонентами системы MnO – SiO₂.

Целесообразно применение марганцевых сплавов совместно с алюминием, ванадием и другими элементами.

2)  Марганец – десульфуратор

С серой, растворенный в железе и расплавах Fe – C, марганец образует термодинамически прочный сульфид, который имеет малую растворимость в железе и его сплавах и всплывает в шлаковую фазу.

Поэтому марганец применяется в виде марганцевых концентратов в составе шихты для выплавки чугуна с пониженным содержанием серы.

Для конвертерной плавки марганец способствует шлакообразованию и регулирования окисленности металла. Поэтому в чугунах содержанием марганца 0,3 – 0,7%.

3)  Марганец – легирующий

·  В неоегированных сталях содержится 0,4 – 0,8% Mn;

·  В высоколегированных до 12 – 16% и даже до 15 – 30%;

·  В аустенитных чугунах от 4 до 17%.

Износоустойчивая сталь марки 110Г13Л (1,1% С и 13% Mn), широко применяется для отливок деталей и изделий подвергающихся динамическим и истирающим нагрузкам.

В аустенитных сталях марганец в сочетании с азотом заменяет дефицитный и дорогой никель.

Разработано примерно 100 марок азот и марганецсодержащих сталей. Марганец применяют для получения сплавов на железной основе.

Физико – химические свойства марганца и его соединений

·  Марганец металл VII группы периодической системы элементов

·  Mn – металл серебристо – белого цвета;

·  Атомная масса 54,9 г-ат;

·  Температура плавления 1517 К;

·  Объем усадка при затвердевании составляет 4,5%;

·  У марганца аномально высокая упругость пара;

·  Марганец имеет валентность = 2,3,4,6,7;

·  Плотность марганца при комнатной температуре = 7,4 г/см³

·  Содержание марганца в земной коре составляет 0,09%;

·  Марганец отличается высокой прочностью и одновременно это хрупкий материал;

·  Марганец довольно активный элемент, легко сплавляется с различными металлами, с металлоидами образует силициды, сульфиды, фосфиды, хлориды;

·  Марганец – металл полиморфный и, в зависимости от температуры, он может существовать в α-, β-, γ- и δ-модификациях.

·  α–Mn→ β-Mn→ γ-Mn→ δ-Mn→ Mnж

согласно диаграмме Mn-Fe в жидком состоянии желео и марганец полностью взаимно растворимы. При высоком содержании марганца линия ликвидуса и солидуса почти сливаются.

Растворимость марганца в α- и γ- железе ограничена. При содержании марганца до 10% отмечается превращением α → γ-железо.

Для сплавов с содержанием марганца от 25 – 40% не отмечается никаких превращений; вплоть до комнатных температур существует область твердых растворов γ-Fe и γ-Mn.

Характеристикам этой системы близки к идеальным системам, но до конца не подчиняются закону идеального раствора.

У сплавов с 75 – 80% марганца температура плавления 1380 ^оС. С углеродом марганец образует карбиды Mn₂₃C₆ ,Мn₃C, Мn₅С₂ и Мn₇С₃, содержащие соответственно 5,4; 6,77; 8,03 и 8,57% С. В системе Mn – Si известно несколько химических соединений – силицидов переменного состава. Силициды марганца, прочней карбидов, поэтому при увеличении в сплаве кремния содержанием углерода уменьшается, так как идет реакция разрушения карбидов: