Elektrolytische mangaanvlokken voor deoxidatie van staalproductie: een praktische gids voor smeltwinkels

Direct antwoord: Elektrolytische mangaanvlokkenkan deelnemen aan de deoxidatie van staal en tegelijkertijd het mangaangehalte van gesmolten staal verhogen. Normaal gesproken worden ze echter niet als enige diepe deoxidatiemiddel gebruikt. In de meeste smeltwinkels worden ze samen met silicium, aluminium of andere deoxiderende elementen gebruikt. Hun belangrijkste waarde ligt in de nauwkeurige aanpassing van mangaan met beperkte koolstof, silicium, fosfor, zwavel en andere ongewenste toevoegingen.

Welke rol spelen elektrolytische mangaanvlokken bij de deoxidatie van staalproductie?

Nadat ze aan gesmolten staal zijn toegevoegd, vervullen elektrolytische mangaanvlokken gewoonlijk drie functies:

1. Deelnemen aan deoxidatie van gesmolten staal

2.Aanpassen van het uiteindelijke mangaangehalte

3. Verandering van de vorm waarin zwavel in het staal voorkomt

Hoe neemt elektrolytisch mangaan deel aan de deoxidatie van gesmolten staal?

Nadat mangaan het gesmolten staal binnendringt, kan het reageren met opgeloste zuurstof:

Het gegenereerde MnO kan de slak binnendringen of zich combineren met oxiden zoals SiO₂ en Al₂O3 om complexe insluitsels te vormen.

Mangaan is echter geen sterk deoxiderend element. Vergeleken met aluminium heeft mangaan een beperkt vermogen om opgeloste zuurstof te verminderen als het alleen wordt gebruikt. Voor staalsoorten die een laag uiteindelijk zuurstofgehalte vereisen, gebruiken smeltwinkels gewoonlijk een van de volgende benaderingen:

• Gecombineerde deoxidatie met mangaan en silicium
• Diepe deoxidatie met aluminium vóór mangaanaanpassing
• Laatste mangaanafwerking met elektrolytische mangaanvlokken

De praktische waarde van elektrolytische mangaanvlokken is daarom dat ze deelnemen aan deoxidatie terwijl ze het mangaan nauwkeurig verhogen, in plaats van het hele deoxidatieproces zelf te voltooien.

Hoe passen elektrolytische mangaanvlokken het uiteindelijke Mn-gehalte aan?

Mangaandat niet geoxideerd is, lost op in het gesmolten staal en verhoogt het uiteindelijke Mn-gehalte.

Bij het berekenen van de vereiste toevoeging moet de smelterij rekening houden met:

• Huidig ​​Mn-gehalte van het gesmolten staal
• Doelbereik voor Mn-inhoud
• Werkelijke zuiverheid van de elektrolytische mangaanvlokken
• Oxidatieverlies van mangaan
• Historisch mangaanherstel
• Mn geïntroduceerd door ferromangaan, silicomangaan en schroot
• Verdere raffinage- en reoxidatieverliezen

Elektrolytische mangaanvlokken zijn bijzonder nuttig voor kleine compositiecorrecties tijdens LF-raffinage of andere fasen waarin het beoogde mangaanbereik smal is.

Kan mangaan de ontzwaveling van staal voltooien?

Mangaan kan de ontzwaveling van slakken niet vervangen.

Nadat mangaan in gesmolten staal is terechtgekomen, kan het zich met zwavel verbinden om MnS te vormen, waardoor het schadelijke effect van FeS met een laag-smeltpunt- op de werkprestaties bij hoge temperaturen- wordt verminderd. De belangrijkste functie is het veranderen van de vorm van sulfiden in plaats van zwavel direct uit gesmolten staal te verwijderen.

De daadwerkelijke ontzwaveling hangt nog steeds af van:

• Basiciteit van slakken
• Oxidatieniveau van slak
• Gesmolten staaltemperatuur
• Slakken-staal roeren
• Tijd verfijnen
• Slakkenvolume en contactomstandigheden tussen slak en staal

Mangaan kan helpen de zwavel onder controle te houden en de werkprestaties bij hoge temperaturen- te verbeteren, maar het kan de diepe ontzwaveling niet op zichzelf voltooien.

Kunnen elektrolytische mangaanvlokken worden gebruikt als de enige deoxidatiemiddel voor de staalproductie?

Voor productie die een laag uiteindelijk zuurstofgehalte vereist, worden elektrolytische mangaanvlokken over het algemeen niet als enige desoxidatiemiddel gebruikt.

De belangrijkste redenen zijn onder meer:

• Mangaan heeft een zwakker deoxiderend vermogen dan aluminium
• Hoge opgeloste zuurstof zorgt ervoor dat meer mangaan oxideert tot MnO
• Oxiderende slakken kunnen de terugwinning van mangaan verder verminderen
• MnO kan onderdeel worden van complexe insluitsels
• Daaropvolgende heroxidatie kan het zuurstofgehalte weer verhogen

Het type deoxidatiemiddel, de volgorde van de toevoeging, de positie van de toevoeging en de toestand van de slak hebben allemaal invloed op het uiteindelijke deoxidatieresultaat en de insluitingssamenstelling.

Waarom elektrolytische mangaanvlokken gebruiken in plaats van ferromangaan?

Ferromangaan en silicomangaan blijven geschikt voor grootschalige mangaantoevoeging- aan conventionele staalsoorten. Elektrolytische mangaanvlokken zijn geschikter wanneer de opname van koolstof, silicium en onzuiverheden nauwkeuriger moet worden gecontroleerd.

Elektrolytische mangaanvlokken zijn geschikter wanneer:

• Het koolstofgehalte van het staal mag niet significant toenemen
• Overmatige opname van silicium moet worden vermeden
• Fosfor, zwavel, selenium en andere onzuiverheden zijn strikt beperkt
• Het uiteindelijke Mn-bereik is smal
• Tijdens de latere verfijningsfase is het bijsnijden van de compositie vereist
• Conventioneel ferromangaan kan niet voldoen aan de beoogde chemische samenstelling

Wanneer een gewone staalsoort slechts een grote toevoeging van mangaan vereist en de door ferromangaan geïntroduceerde elementen kan verdragen, is het vervangen van alle ferromangaan door elektrolytische mangaanvlokken economisch misschien niet noodzakelijk.

Wanneer moeten elektrolytische mangaanvlokken aan gesmolten staal worden toegevoegd?

Er is geen vaste bijtellingstijd die voor iedere staalfabriek geldt. Het feitelijke stadium moet worden bepaald op basis van de staalsoort, het zuurstofgehalte van het gesmolten staal, de toestand van de slak en de beschikbare productieapparatuur.

Elektrolytische mangaanvlokken toevoegen tijdens het tappen

Tijdens het tappen kan de staalstroom helpen bij het smelten en verspreiden van de elektrolytische mangaanvlokken, waardoor deze fase geschikt is voor relatief grote mangaanaanpassingen.

De belangrijkste operationele risico's zijn onder meer:

• Een hoog zuurstofgehalte van gesmolten staal kan het mangaanverlies vergroten
• Overtollige slakken van converters of elektrische ovens kunnen heroxidatie van mangaan veroorzaken
• Vlokken die op het slakoppervlak terechtkomen, kunnen oxideren voordat ze het gesmolten staal binnendringen
• Vroege toevoeging verhoogt de contacttijd met oxiderende slakken

Controle van de slak, de positie van de toevoeging en het aanvankelijke zuurstofgehalte moeten daarom worden gecontroleerd voordat tijdens het tappen elektrolytisch mangaan wordt toegevoegd.

Het toevoegen van elektrolytische mangaanvlokken tijdens LF-raffinage

LF-raffinage is gewoonlijk geschikter voor nauwkeurige Mn-aanpassing, vooral nadat de voorlopige deoxidatie is voltooid.

De belangrijkste voordelen zijn onder meer:

• De toegevoegde hoeveelheid kan worden berekend op basis van de bemonsteringsresultaten
• De zuurstofactiviteit van gesmolten staal is gewoonlijk lager dan tijdens het vroege tappen
• Argonroeren ondersteunt het smelten en homogeniseren
• De terugwinning van mangaan is gemakkelijker te stabiliseren
• Het uiteindelijke compositiebereik is gemakkelijker te controleren

Er moet voldoende smelt- en roertijd worden voorzien voordat een nieuw monster wordt genomen om de samenstelling te bevestigen.

Kleine toevoegingen van elektrolytisch mangaan vóór continu gieten

Voor staalsoorten met een smal eind-Mn-bereik kan vóór het continugieten een kleine correctie worden aangebracht.

Als u echter te laat toevoegt, kan dit leiden tot:

• Onvolledig smelten van de elektrolytische mangaanvlokken
• Gelokaliseerde hoge Mn-concentratie
• Onvoldoende homogenisatietijd
• Niet-representatieve bemonsteringsresultaten
• Verminderde terugwinning door reoxidatie

Hoe dichter de toevoeging bij continugieten ligt, des te zorgvuldiger moeten de hoeveelheid, de roertijd en de herinspectieprocedure worden gecontroleerd.

Hoe wordt de vereiste elektrolytische mangaantoevoeging berekend?

De geplande toevoeging kan worden geschat met behulp van een massaberekening-:

Bijvoorbeeld:

• Gewicht gesmolten staal: 50 ton
• Huidig ​​Mn: 0,30%
• Doel Mn: 0,50%
• Vereiste Mn-verhoging: 0,20%
• Elektrolytische mangaanzuiverheid: 99,7%
• Verwacht mangaanherstel: 95%

De theoretisch geplande bijtelling bedraagt ​​circa 106 kg.

Deze berekening mag niet worden beschouwd als een vaste bijtelling voor elke heat. Bij feitelijke productieaanpassingen moet ook rekening worden gehouden met:

• Initieel zuurstofgehalte van het gesmolten staal
• FeO- en MnO-niveaus in de slak
• Toevoegingsfase
• Gesmolten staaltemperatuur
• Roerige tijd
• Historische herstelgegevens
• Mn geïntroduceerd door andere materialen
• Daaropvolgende raffinagetijd

De beoogde Mn-verhoging is het verschil tussen de doelwaarde en de huidige meetwaarde, niet het totale Mn-gehalte van het afgewerkte staal.

Welke factoren verminderen de elektrolytische mangaanterugwinning?

De terugwinning van mangaan is geen vaste waarde. Er kunnen merkbare schommelingen optreden tussen de verwarmingssessies, zelfs als dezelfde staalkwaliteit en elektrolytische mangaanspecificatie worden gebruikt.

Wanneer de terugwinning beneden de verwachtingen blijft, mag de smelterij de toegevoegde hoeveelheid niet onmiddellijk voor elke hitte verhogen.

De volgende punten moeten eerst worden gecontroleerd:

• Of de slakkenbestrijding stabiel is
• Of slak FeO te hoog is
• Of de vlokken daadwerkelijk in het gesmolten staal terechtkomen
• Of het tijdstip van de toevoeging geschikt is
• Of de gesmolten staaltemperatuur voldoende is
• Of de roer- en homogenisatietijd voldoende zijn

Hoe beïnvloeden elektrolytische mangaanvlokken de insluitsels in staal?

Elektrolytische mangaanvlokken vormen MnO wanneer ze deelnemen aan deoxidatie. Ze mogen daarom niet worden omschreven als een materiaal dat automatisch alle insluitsels vermindert.

Verschillende deoxidatiesystemen kunnen het volgende produceren:

• MnO-insluitsels
• MnO-SiO₂-complexe insluitsels
• MnO-SiO₂-Al₂O₃-complexe insluitsels
• Complexe insluitsels geassocieerd met daaropvolgende MnS-precipitatie

Onder gecombineerde deoxidatieomstandigheden van mangaan en silicium kan de insluitingssamenstelling worden aangepast door de Mn-, Si-, Al- en slakchemie te controleren. Het eindresultaat hangt ook af van:

• Initieel zuurstofgehalte van het gesmolten staal
• Toevoegingsvolgorde van Mn, Si en Al
• Hoogste-slakoxidatieniveau
• Gesmolten staaltemperatuur
• Tijd verfijnen
• Roerige omstandigheden
• Of er reoxidatie plaatsvindt

De prestaties van de controle-opnames mogen niet alleen worden beoordeeld op basis van het aantal insluitingen. De volgende factoren moeten ook worden beoordeeld:

• Samenstelling van de inclusie
• Insluitingsgrootte
• Inclusiemorfologie
• Verdeling binnen het staal
• Agglomeratiegedrag
• Risico op verstopping van de spuitmond
• Effecten op gieten, walsen en uiteindelijke staalprestaties

Welke veel voorkomende problemen doen zich voor bij het gebruik van elektrolytische mangaanvlokken?

Waarom is de elektrolytische mangaanterugwinning lager dan verwacht?

Veelvoorkomende oorzaken zijn onder meer een hoog opgelost zuurstofgehalte, overmatige overdracht van oxiderende slakken, vlokken die op de slaklaag achterblijven, een ongeschikt tijdstip voor het toevoegen en een daadwerkelijke terugwinning die lager is dan de waarde die in de berekening is gebruikt.

Verbeteringsinspanningen moeten zich richten op de deoxidatiepraktijk, slakcontrole en de positie van de toevoeging, in plaats van alleen de toegevoegde hoeveelheid te verhogen.

Waarom smelten elektrolytische mangaanvlokken niet volledig?

Veel voorkomende oorzaken zijn:

• Lage gesmolten staaltemperatuur
• Overmatige toevoeging van één-batch
• Onvoldoende roerintensiteit
• Toevoegpositie ver van blootgesteld gesmolten staal
• Vochtopname of aankoeken
• Bemonstering te snel na toevoeging

Het probleem kan worden verminderd door het materiaal batchgewijs toe te voegen, de toevoegingspositie te verbeteren, het effectieve roeren te vergroten en voldoende homogenisatietijd toe te staan.

Waarom overtreft de uiteindelijke Mn-inhoud het doel?

Mogelijke oorzaken zijn onder meer:

• Het oorspronkelijke Mn-gehalte werd niet afgetrokken
• Mn geïntroduceerd door ferromangaan, silicomangaan of schroot werd genegeerd
• Het gewicht van het gesmolten staal werd verkeerd geschat
• Er werd gebruik gemaakt van een ongeschikte verwachte herstelwaarde
• Bemonstering werd uitgevoerd vóór volledige homogenisatie
• Het analytische monster was niet representatief

De berekeningsbasis, het warmtegewicht en de bemonsteringsprocedure moeten worden gecontroleerd voordat wordt geconcludeerd dat het elektrolytische mangaanproduct de afwijking heeft veroorzaakt.

Welke onzuiverheden moeten worden gecontroleerd in elektrolytische mangaanvlokken?

In de aanbestedingsspecificaties mag niet alleen naar het totale Mn-gehalte worden gekeken. De volgende elementen moeten ook worden gecontroleerd:

• Koolstof
• Zwavel
• Fosfor
• Ijzer
• Silicium
• Selenium

Bij sommige elektrolytische mangaanproductieroutes kunnen selenium-bevattende additieven worden gebruikt. Voor selenium-gevoelige staalsoorten moet het maximale Se-gehalte in de aankoopspecificatie worden geschreven, waarbij batch-specifieke testresultaten vereist zijn.

Waar moeten smeltwinkels op letten bij de aankoop van elektrolytische mangaanvlokken?

De fysieke toestand van elektrolytische mangaanvlokken is ook belangrijk voor de werking van de smelterij.

Ernstige verpulvering, vochtopname, aankoeken of verontreiniging kunnen van invloed zijn op:

• Automatische voeding
• Weegnauwkeurigheid
• Smeltsnelheid
• Toevoeging verlies
• Feitelijk mangaanherstel

Inkoopspecificaties moeten daarom de chemische samenstelling, de vorm van de schilfers, de verhouding van fijne deeltjes, de vocht-bestendige verpakking en de identificatie van de batch bevestigen.

Welke staalsoorten zijn geschikt voor elektrolytische mangaanvlokken?

Elektrolytische mangaanvlokken zijn meer geschikt voor:

• Nauwkeurige aanpassing van het Mn-gehalte van gesmolten staal
• Beperking van extra koolstof- en siliciumopname
• Strikte controle op fosfor, zwavel, selenium en andere onzuiverheden
• Kleine compositiecorrecties tijdens latere verfijning
• Productie van staal met laag-koolstofgehalte, staal met laag-siliciumgehalte, roestvrij staal of speciaal gelegeerd staal
• Staalsoorten waarbij conventioneel ferromangaan niet aan het beoogde samenstellingsvenster kan voldoen

Elektrolytische mangaanvlokken hebben mogelijk niet de voorkeur wanneer:

• Gewone staalsoorten vereisen een grote toevoeging van mangaan
• Het staal kan koolstof en ijzer verdragen dat door ferromangaan wordt geïntroduceerd
• Het hoofddoel is het goedkoop-conventioneel legeren
• Deoxidatie, slakcontrole en terugwinningscontrole zijn niet stabiel
• De belangrijkste vereiste is conventionele mangaan-siliciumdeoxidatie

De selectie moet gebaseerd zijn op de eisen aan de staalkwaliteit-, de effectieve mangaankosten, de daadwerkelijke terugwinning en de moeilijkheid van de uiteindelijke samenstellingscontrole.

Hoe kunnen smeltwinkels de prestaties van elektrolytisch mangaan stabiliseren?

Smeltwinkels mogen niet één empirische terugwinningswaarde gebruiken voor elke staalsoort en elke toevoegingsfase.

Een betrouwbaardere aanpak is om voor elke hitte de volgende gegevens vast te leggen:

• Gewicht van gesmolten staal
• Initiële Mn-inhoud
• Doel Mn-inhoud
• Werkelijke elektrolytische mangaantoevoeging
• Toevoegingsfase
• Temperatuur gesmolten staal
• Roerige tijd
• Slag FeO of een andere oxidatie-indicator
• Bemonsteringstijd na toevoeging
• Definitieve Mn-inhoud
• Feitelijk mangaanherstel

Na het verzamelen van gegevens uit meerdere heats kunnen afzonderlijke herstelmodellen worden opgesteld voor:

• Tikken op-podiumtoevoegingen
• LF-toevoegingen verfijnen
• Laatste trimmen vóór continugieten
• Verschillende staalsoorten
• Verschillende leveringsbatches van elektrolytisch mangaan

Deze aanpak is effectiever voor het verminderen van schommelingen in de samenstelling van de warmte-naar-warmte dan eenvoudigweg de toegevoegde hoeveelheid verhogen.