Physico-Chemical Justification and Experimental Verification of a Waste-Free Method of Oxidative Dephosphorization of a High-Phosphorus Manganese Alloy
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
National Metallurgical Academy of Ukraine, Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro
Abstract
ENG: The purpose of the study: physicochemical justification of the process conditions and development of a rational algorithm for a single-stage waste-free method of oxidative dephosphorization of a high-phosphorus manganese alloy. Methods: thermodynamic analysis of the main reactions during oxidative refining of manganese alloys with a high phosphorus content. Experimental verification of the main stages of refining. Results: The physicochemical essence of the refining process of a high-phosphorus manganese alloy, which consists in creating conditions for oxidation in the alloy of manganese, carbon and silicon, is considered. The thermodynamic forecast of the course of reactions under the given conditions of oxidative refining of the associated metal confirms the possibility of obtaining three products: low-phosphorus manganese slag, ferric melt and phosphorus-containing slag with a phosphorus oxide content of 18-20% (phosphorus fertilizer). Scientific novelty: Based on the results of high-temperature mathematical modeling, it was established that the most rational oxygen consumption, which ensures the achievement of the tasks, is ~ 13 m3. As an oxidant, it is advisable to use oxygen blown by air, which is introduced into the converter bath using an inflatable nozzle from above. In this case, the total air consumption per 100 kg of alloy should be about 50 m3. Practical value: In the work, based on the thermodynamic forecast of the behavior of the elements of the accompanying alloy in oxidizing conditions, assessment of the thermal side of the process and further experimental verification, results were obtained that confirm the possibility of creating a waste-free technological scheme for refining a high-phosphorus alloy. In this case, it is advisable to carry out the refining of the alloy in conditions close to the conditions of modern production of low-phosphorus manganese slag, in which the temperature of the accompanying alloy is 1320...1350°C.
UKR: Мета дослідження: фізико-хімічне обґрунтування умов процесу та розробка раціонального алгоритму одностадійного безвідходного способу окисного дефосфорування високофосфористого марганцевого сплаву. Методи: термодинамічний аналіз основних реакцій при окислювальному рафінуванні марганцевих сплавів з високим вмістом фосфору. Експериментальна перевірка основних стадій рафінування. Результати: Розглянуто фізико-хімічну сутність процесу рафінування високофосфористого марганцевого сплаву, який полягає у створенні умов для окиснення в сплаві марганцю, вуглецю та кремнію. Термодинамічний прогноз перебігу реакцій за заданих умов окисного рафінування супутнього металу підтверджує можливість отримання трьох продуктів: малофосфористого марганцевого шлаку, залізного розплаву та фосфоровмісного шлаку з вмістом оксиду фосфору 18-20 %. (фосфорне добриво). Наукова новизна: За результатами високотемпературного математичного моделювання встановлено, що найбільш раціональне споживання кисню, яке забезпечує досягнення поставлених завдань, становить ~ 13 м3. В якості окислювача доцільно використовувати кисень, що надувається повітрям, який вводять у ванну конвертера за допомогою надувного сопла зверху. При цьому загальна витрата повітря на 100 кг сплаву повинна бути близько 50 м3. Практична цінність: У роботі на основі термодинамічного прогнозу поведінки елементів супутнього сплаву в окисних умовах, оцінки термічної сторони процесу та подальшої експериментальної перевірки отримано результати, які підтверджують можливість створення безвідходної технологічної схеми рафінування високофосфористого сплаву. У цьому випадку рафінування сплаву доцільно проводити в умовах, наближених до умов сучасного виробництва малофосфористих марганцевих шлаків, при якому температура супутнього сплаву становить 1320...1350°С.
UKR: Мета дослідження: фізико-хімічне обґрунтування умов процесу та розробка раціонального алгоритму одностадійного безвідходного способу окисного дефосфорування високофосфористого марганцевого сплаву. Методи: термодинамічний аналіз основних реакцій при окислювальному рафінуванні марганцевих сплавів з високим вмістом фосфору. Експериментальна перевірка основних стадій рафінування. Результати: Розглянуто фізико-хімічну сутність процесу рафінування високофосфористого марганцевого сплаву, який полягає у створенні умов для окиснення в сплаві марганцю, вуглецю та кремнію. Термодинамічний прогноз перебігу реакцій за заданих умов окисного рафінування супутнього металу підтверджує можливість отримання трьох продуктів: малофосфористого марганцевого шлаку, залізного розплаву та фосфоровмісного шлаку з вмістом оксиду фосфору 18-20 %. (фосфорне добриво). Наукова новизна: За результатами високотемпературного математичного моделювання встановлено, що найбільш раціональне споживання кисню, яке забезпечує досягнення поставлених завдань, становить ~ 13 м3. В якості окислювача доцільно використовувати кисень, що надувається повітрям, який вводять у ванну конвертера за допомогою надувного сопла зверху. При цьому загальна витрата повітря на 100 кг сплаву повинна бути близько 50 м3. Практична цінність: У роботі на основі термодинамічного прогнозу поведінки елементів супутнього сплаву в окисних умовах, оцінки термічної сторони процесу та подальшої експериментальної перевірки отримано результати, які підтверджують можливість створення безвідходної технологічної схеми рафінування високофосфористого сплаву. У цьому випадку рафінування сплаву доцільно проводити в умовах, наближених до умов сучасного виробництва малофосфористих марганцевих шлаків, при якому температура супутнього сплаву становить 1320...1350°С.
Description
L. Kamkina: ORCID 0000-0002-8329-0917; A. Velychko: ORCID 0000-0002-0072-1460
Keywords
electrometallurgical dephosphorization of manganese concentrate, low-phosphorus manganese slag, high-phosphorus manganese ligature, oxygen, air, oxygen converter, blowing, електрометалургійне дефосфорування марганцевого концентрату, малофосфорний марганцевий шлак, високофосфорна марганцева лігатура, кисень, повітря, кисневий конвертер, продування, КТОМП, КМЧС
Citation
Kamkina L. V., Velychko K. A., Velychko A. G., Jiang Zh. Physico-Chemical Justification and Experimental Verification of a Waste-Free Method of Oxidative Dephosphorization of a High-Phosphorus Manganese Alloy. Theory and Practice of Metallurgy. 2024. № 1 (142). P. 5–12.