Mảnh mangan điện phân để khử oxy trong luyện thép: Hướng dẫn thực hành cho các cửa hàng nấu chảy

Trả lời trực tiếp: Mảnh mangan điện phâncó thể tham gia khử oxy hóa thép đồng thời làm tăng hàm lượng mangan trong thép nóng chảy. Tuy nhiên, chúng thường không được sử dụng làm chất khử oxy sâu duy nhất. Trong hầu hết các cửa hàng nấu chảy, chúng được sử dụng cùng với silicon, nhôm hoặc các nguyên tố khử oxy khác. Giá trị chính của chúng nằm ở việc điều chỉnh mangan chính xác với lượng carbon, silicon, phốt pho, lưu huỳnh hạn chế và các chất bổ sung không mong muốn khác.

Mảnh Mangan điện phân có vai trò gì trong quá trình khử oxy trong luyện thép?

Sau khi được thêm vào thép nóng chảy, mảnh mangan điện phân thường thực hiện ba chức năng:

1.Tham gia khử oxy thép nóng chảy

2.Điều chỉnh hàm lượng mangan cuối cùng

3. Thay đổi dạng tồn tại của lưu huỳnh trong thép

Mangan điện phân tham gia vào quá trình khử oxy của thép nóng chảy như thế nào?

Sau khi mangan đi vào thép nóng chảy, nó có thể phản ứng với oxy hòa tan:

MnO được tạo ra có thể xâm nhập vào xỉ hoặc kết hợp với các oxit như SiO₂ và Al₂O₃ để tạo thành các thể vùi phức tạp.

Tuy nhiên, mangan không phải là nguyên tố có khả năng khử oxy mạnh. So với nhôm, mangan có khả năng giảm lượng oxy hòa tan khi sử dụng một mình còn hạn chế. Đối với các loại thép yêu cầu hàm lượng oxy cuối cùng thấp, các xưởng nấu chảy thường sử dụng một trong các phương pháp sau:

• Khử oxy kết hợp với mangan và silicon
• Khử oxy sâu bằng nhôm trước khi điều chỉnh mangan
• Cắt mangan cuối cùng bằng mảnh mangan điện phân

Do đó, giá trị thực tế của mảnh mangan điện phân là tham gia vào quá trình khử oxy đồng thời tăng mangan một cách chính xác, thay vì tự mình hoàn thành toàn bộ quá trình khử oxy.

Làm thế nào để mảnh mangan điện phân điều chỉnh hàm lượng Mn cuối cùng?

Mangankhông bị oxy hóa sẽ hòa tan trong thép nóng chảy và làm tăng hàm lượng Mn cuối cùng.

Khi tính toán lượng bổ sung cần thiết, cửa hàng nấu chảy nên xem xét:

• Hàm lượng Mn hiện tại của thép nóng chảy
• Phạm vi nội dung mục tiêu Mn
• Độ tinh khiết thực tế của mảnh mangan điện phân
• Sự oxy hóa mất mangan
• Phục hồi mangan lịch sử
• Mn được đưa vào bởi ferromanganese, silicomanganese và phế liệu
• Tổn thất trong quá trình tinh chế và tái oxy hóa tiếp theo

Mảnh mangan điện phân đặc biệt hữu ích cho việc hiệu chỉnh thành phần nhỏ trong quá trình tinh chế LF hoặc các giai đoạn khác khi phạm vi mangan mục tiêu hẹp.

Mangan có thể khử lưu huỳnh hoàn toàn cho thép?

Mangan không thể thay thế quá trình khử lưu huỳnh xỉ.

Sau khi vào thép nóng chảy, mangan có thể kết hợp với lưu huỳnh để tạo thành MnS, làm giảm tác động có hại của FeS-điểm nóng chảy{1}}thấp đối với hiệu suất làm việc nóng-. Chức năng chính của nó là thay đổi dạng sunfua thay vì loại bỏ trực tiếp lưu huỳnh khỏi thép nóng chảy.

Quá trình khử lưu huỳnh thực tế vẫn phụ thuộc vào:

• Tính bazơ của xỉ
• Mức độ oxy hóa xỉ
• Nhiệt độ thép nóng chảy
• Khuấy xỉ-thép
• Thời gian tinh chế
• Thể tích xỉ và điều kiện tiếp xúc xỉ-thép

Mangan có thể giúp kiểm soát lưu huỳnh và cải thiện hiệu suất làm việc ở nhiệt độ cao-nhưng bản thân nó không thể hoàn thành quá trình khử lưu huỳnh sâu.

Mảnh mangan điện phân có thể được sử dụng làm chất khử oxy duy nhất trong sản xuất thép không?

Đối với sản xuất đòi hỏi hàm lượng oxy cuối cùng thấp, mảnh mangan điện phân thường không được sử dụng làm chất khử oxy duy nhất.

Những lý do chính bao gồm:

• Mangan có khả năng khử oxy yếu hơn nhôm
• Lượng oxy hòa tan cao khiến mangan bị oxy hóa nhiều hơn thành MnO
• Xỉ oxy hóa có thể làm giảm khả năng thu hồi mangan hơn nữa
• MnO có thể trở thành một phần của các thể vùi phức tạp
• Quá trình tái oxy hóa sau đó có thể làm tăng hàm lượng oxy trở lại

Loại chất khử oxy, trình tự bổ sung, vị trí bổ sung và tình trạng xỉ đều ảnh hưởng đến kết quả khử oxy cuối cùng và thành phần bao gồm.

Tại sao nên sử dụng mảnh Mangan điện phân thay vì Ferromanganese?

Ferromanganese và silicomanganese vẫn thích hợp để bổ sung mangan-trên quy mô lớn vào các loại thép thông thường. Mảnh mangan điện phân phù hợp hơn khi việc thu nhận carbon, silicon và tạp chất phải được kiểm soát chặt chẽ hơn.

Mảnh mangan điện phân phù hợp hơn khi:

• Hàm lượng carbon của thép không được tăng đáng kể
• Nên tránh thu nhận silicon dư thừa
• Phốt pho, lưu huỳnh, selen hoặc các tạp chất khác bị hạn chế nghiêm ngặt
• Phạm vi Mn cuối cùng là hẹp
• Việc cắt tỉa thành phần là cần thiết trong giai đoạn tinh chế sau này
• Ferromanganese thông thường không thể đáp ứng thành phần hóa học mục tiêu

Khi loại thép thông thường chỉ cần bổ sung một lượng lớn mangan và có thể chịu được các nguyên tố do sắt mangan đưa vào thì việc thay thế toàn bộ sắt mangan bằng mảnh mangan điện phân có thể không cần thiết về mặt kinh tế.

Khi nào nên thêm mảnh mangan điện phân vào thép nóng chảy?

Không có thời gian bổ sung cố định áp dụng cho mọi nhà máy thép. Giai đoạn thực tế phải được xác định theo loại thép, hàm lượng oxy trong thép nóng chảy, tình trạng xỉ và thiết bị sản xuất hiện có.

Thêm mảnh mangan điện phân trong quá trình khai thác

Trong quá trình khai thác, dòng thép có thể giúp làm tan chảy và phân tán các mảnh mangan điện phân, khiến giai đoạn này thích hợp cho việc điều chỉnh lượng mangan tương đối lớn.

Các rủi ro hoạt động chính bao gồm:

• Hàm lượng oxy trong thép nóng chảy cao có thể làm tăng tổn thất mangan
• Bộ chuyển đổi dư thừa hoặc xỉ lò điện mang theo có thể gây ra quá trình tái oxy hóa mangan
• Các mảnh bám trên bề mặt xỉ có thể bị oxy hóa trước khi đi vào thép nóng chảy
• Bổ sung sớm làm tăng thời gian tiếp xúc với xỉ oxy hóa

Do đó, cần kiểm tra việc kiểm soát xỉ, vị trí bổ sung và hàm lượng oxy ban đầu trước khi thêm mangan điện phân trong quá trình khai thác.

Thêm mảnh mangan điện phân trong quá trình tinh chế LF

Tinh chế LF thường phù hợp hơn để điều chỉnh Mn chính xác, đặc biệt là sau khi quá trình khử oxy sơ bộ đã hoàn tất.

Những ưu điểm chính bao gồm:

• Lượng bổ sung có thể được tính từ kết quả lấy mẫu
• Hoạt tính oxy của thép nóng chảy thường thấp hơn so với thời kỳ khai thác sớm
• Khuấy Argon hỗ trợ nấu chảy và đồng nhất
• Việc thu hồi mangan dễ ổn định hơn
• Phạm vi sáng tác cuối cùng dễ kiểm soát hơn

Cần có đủ thời gian nóng chảy và khuấy trước khi lấy mẫu khác để xác nhận thành phần.

Bổ sung Mangan điện phân nhỏ trước khi đúc liên tục

Đối với các loại thép có phạm vi Mn cuối cùng hẹp, có thể thực hiện hiệu chỉnh nhỏ trước khi đúc liên tục.

Tuy nhiên, việc bổ sung quá muộn có thể gây ra:

• Sự tan chảy không hoàn toàn của mảnh mangan điện phân
• Nồng độ Mn cao cục bộ
• Thời gian đồng nhất không đủ
• Kết quả lấy mẫu không mang tính đại diện
• Giảm khả năng phục hồi do tái oxy hóa

Càng gần thời điểm đúc liên tục thì số lượng, thời gian khuấy và quy trình kiểm tra lại càng phải được kiểm soát cẩn thận.

Việc bổ sung Mangan điện phân cần thiết được tính như thế nào?

Việc bổ sung theo kế hoạch có thể được ước tính bằng phép tính-cân bằng khối lượng:

Ví dụ:

• Trọng lượng thép nóng chảy: 50 tấn
• Mn hiện tại: 0,30%
• Mục tiêu Mn: 0,50%
• Tăng Mn yêu cầu: 0,20%
• Độ tinh khiết mangan điện phân: 99,7%
• Thu hồi mangan dự kiến: 95%

Sự bổ sung theo kế hoạch lý thuyết là khoảng 106 kg.

Tính toán này không nên được coi là một sự bổ sung cố định cho mỗi lần nhiệt. Điều chỉnh sản xuất thực tế cũng cần xem xét:

• Hàm lượng oxy ban đầu của thép nóng chảy
• Hàm lượng FeO và MnO trong xỉ
• Giai đoạn bổ sung
• Nhiệt độ thép nóng chảy
• Thời gian khuấy
• Dữ liệu phục hồi lịch sử
• Mn được giới thiệu bởi các vật liệu khác
• Thời gian tinh chế tiếp theo

Mức tăng Mn mục tiêu là chênh lệch giữa giá trị mục tiêu và giá trị đo được hiện tại, không phải là tổng hàm lượng Mn của thép thành phẩm.

Những yếu tố nào làm giảm khả năng thu hồi mangan điện phân?

Việc thu hồi mangan không phải là một giá trị cố định. Những biến động đáng chú ý có thể xảy ra giữa các lần gia nhiệt ngay cả khi sử dụng cùng loại thép và thông số kỹ thuật mangan điện phân.

Khi khả năng phục hồi vẫn dưới mức mong đợi, cửa hàng nấu chảy không nên tăng ngay lượng bổ sung cho mỗi lần gia nhiệt.

Trước hết cần kiểm tra những điểm sau:

• Kiểm soát xỉ có ổn định không
• Liệu xỉ FeO có quá cao không
• Liệu các vảy có thực sự xâm nhập vào thép nóng chảy hay không
• Thời điểm bổ sung có phù hợp không
• Nhiệt độ thép nóng chảy có đủ không
• Thời gian khuấy và đồng nhất có đủ không

Các mảnh mangan điện phân ảnh hưởng như thế nào đến sự tích tụ trong thép?

Các mảnh mangan điện phân tạo thành MnO khi chúng tham gia quá trình khử oxy. Do đó, chúng không nên được mô tả là vật liệu có khả năng tự động giảm bớt tất cả các tạp chất.

Các hệ thống khử oxy khác nhau có thể tạo ra:

• vùi MnO
• Các thể vùi phức tạp MnO-SiO₂
• Các thể vùi phức tạp MnO-SiO₂-Al₂O₃
• Các tạp chất phức tạp liên quan đến lượng mưa MnS tiếp theo

Trong điều kiện khử oxy kết hợp mangan-silic, thành phần bao gồm có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát hóa học Mn, Si, Al và xỉ. Kết quả cuối cùng còn phụ thuộc vào:

• Hàm lượng oxy ban đầu của thép nóng chảy
• Trình tự cộng Mn, Si và Al
• Mức độ oxy hóa xỉ cao nhất
• Nhiệt độ thép nóng chảy
• Thời gian tinh chế
• Điều kiện khuấy
• Liệu quá trình tái oxy hóa có xảy ra hay không

Hiệu suất kiểm soát-bao gồm không nên chỉ được đánh giá bằng số lượng bao gồm. Các yếu tố sau đây cũng cần được xem xét:

• Thành phần bao gồm
• Kích thước bao gồm
• Hình thái bao gồm
• Phân bố trong thép
• Hành vi tích tụ
• Nguy cơ tắc vòi phun
• Ảnh hưởng đến tính năng đúc, cán và thép cuối cùng

Những vấn đề thường gặp xảy ra khi sử dụng mảnh Mangan điện phân?

Tại sao tỷ lệ thu hồi mangan điện phân thấp hơn dự kiến?

Các nguyên nhân phổ biến bao gồm oxy hòa tan cao, xỉ oxy hóa mang theo quá nhiều, vảy còn sót lại trên lớp xỉ, thời gian bổ sung không phù hợp và tỷ lệ thu hồi thực tế thấp hơn giá trị được sử dụng trong tính toán.

Những nỗ lực cải tiến nên tập trung vào quá trình khử oxy, kiểm soát xỉ và vị trí bổ sung thay vì chỉ tăng lượng bổ sung.

Tại sao mảnh Mangan điện phân không tan chảy hoàn toàn?

Các nguyên nhân phổ biến bao gồm:

• Nhiệt độ thép nóng chảy thấp
• Việc bổ sung hàng loạt- quá mức
• Cường độ khuấy không đủ
• Vị trí bổ sung cách xa thép nóng chảy tiếp xúc
• Hấp thụ độ ẩm hoặc đóng bánh
• Lấy mẫu quá sớm sau khi bổ sung

Vấn đề có thể được giảm bớt bằng cách thêm vật liệu theo mẻ, cải thiện vị trí thêm, tăng hiệu quả khuấy trộn và cho phép đủ thời gian đồng nhất.

Tại sao nội dung Mn cuối cùng lại vượt mục tiêu?

Nguyên nhân có thể bao gồm:

• Nội dung Mn ban đầu không bị trừ
• Mn được đưa vào bởi ferromanganese, silicomanganese hoặc mảnh vụn đã bị bỏ qua
• Trọng lượng thép nóng chảy được ước tính không chính xác
• Giá trị thu hồi dự kiến ​​không phù hợp đã được sử dụng
• Việc lấy mẫu được thực hiện trước khi đồng nhất hoàn toàn
• Mẫu phân tích không mang tính đại diện

Cơ sở tính toán, trọng lượng nhiệt và quy trình lấy mẫu phải được kiểm tra trước khi kết luận rằng sản phẩm mangan điện phân gây ra sai lệch.

Những tạp chất nào nên được kiểm tra trong mảnh Mangan điện phân?

Thông số kỹ thuật đấu thầu không nên chỉ kiểm tra tổng hàm lượng Mn. Các yếu tố sau đây cũng cần được kiểm soát:

• Cacbon
• lưu huỳnh
• Phốt pho
• Sắt
• Silicon
• Selen

Một số phương pháp sản xuất mangan điện phân có thể sử dụng chất phụ gia có chứa selen. Đối với các loại thép nhạy cảm với selen-, hàm lượng Se tối đa phải được ghi vào thông số kỹ thuật mua hàng, kèm theo các kết quả thử nghiệm cụ thể theo lô-.

Các cửa hàng nấu chảy nên kiểm tra những gì khi mua mảnh Mangan điện phân?

Điều kiện vật lý của mảnh mangan điện phân cũng rất quan trọng đối với hoạt động của xưởng nấu chảy{0}}.

Việc nghiền thành bột, hút ẩm, đóng bánh hoặc nhiễm bẩn nghiêm trọng có thể ảnh hưởng đến:

• Cho ăn tự động
• Cân chính xác
• Tốc độ nóng chảy
• Mất bổ sung
• Thu hồi mangan thực tế

Do đó, các thông số kỹ thuật mua sắm phải xác nhận thành phần hóa học, dạng vảy, tỷ lệ hạt mịn, bao bì chống ẩm-và nhận dạng lô.

Những loại thép nào phù hợp cho mảnh Mangan điện phân?

Mảnh mangan điện phân phù hợp hơn cho:

• Điều chỉnh chính xác hàm lượng Mn thép nóng chảy
• Hạn chế thu gom carbon và silicon bổ sung
• Kiểm soát chặt chẽ phốt pho, lưu huỳnh, selen và các tạp chất khác
• Chỉnh sửa thành phần nhỏ trong quá trình tinh chỉnh sau này
• Sản xuất thép cacbon-thấp, thép silic-thấp, thép không gỉ hoặc thép hợp kim đặc biệt
• Các loại thép mà ferromanganese thông thường không thể đáp ứng được khoảng giới hạn thành phần mục tiêu

Mảnh mangan điện phân có thể không phải là lựa chọn ưu tiên khi:

• Các loại thép thông thường yêu cầu bổ sung mangan lớn
• Thép có thể chịu được cacbon và sắt do ferromanganese đưa vào
• Mục tiêu chính là tạo ra hợp kim thông thường có chi phí thấp-
• Kiểm soát khử oxy, kiểm soát xỉ và kiểm soát phục hồi không ổn định
• Yêu cầu chính là khử oxy mangan-silic thông thường

Việc lựa chọn phải dựa trên các yêu cầu về cấp độ thép,-chi phí mangan hiệu quả, khả năng thu hồi thực tế và độ khó của việc kiểm soát thành phần cuối cùng.

Làm thế nào các cửa hàng tan chảy có thể ổn định hiệu suất mangan điện phân?

Các xưởng nấu chảy không nên sử dụng một giá trị thu hồi thực nghiệm cho mỗi loại thép và mỗi giai đoạn bổ sung.

Một cách tiếp cận đáng tin cậy hơn là ghi lại dữ liệu sau cho mỗi đợt nhiệt:

• Trọng lượng thép nóng chảy
• Nội dung Mn ban đầu
• Nội dung mục tiêu Mn
• Bổ sung mangan điện phân thực tế
• Giai đoạn bổ sung
• Nhiệt độ thép nóng chảy
• Thời gian khuấy
• Xỉ FeO hoặc chất chỉ thị oxy hóa khác
• Thời gian lấy mẫu sau khi bổ sung
• Nội dung Mn cuối cùng
• Thu hồi mangan thực tế

Sau khi tích lũy dữ liệu từ nhiều đợt, có thể thiết lập các mô hình phục hồi riêng biệt cho:

• Khai thác-bổ sung giai đoạn
• LF{0}}tinh chỉnh các bổ sung
• Cắt tỉa lần cuối trước khi đúc liên tục
• Các loại thép khác nhau
• Các lô cung cấp mangan điện phân khác nhau

Cách tiếp cận này hiệu quả hơn trong việc giảm sự dao động của nhiệt-thành-thành phần nhiệt hơn là chỉ tăng lượng bổ sung.