Взаимосвязанная группа изобретений относится к черной металлургии, в частности к способу получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, а также побочных продуктов в виде карбида кремния и порошка металлического марганца с помощью плазменной технологии, а также к устройству для осуществления данного способа.

Известен способ выплавки передельного малофосфористого марганцевого шлака с получением товарного низкофосфористого углеродистого ферромарганца, в котором осуществляют расплавление марганцевого концентрата в электропечи и последующую дефосфорацию марганецсодержащего оксидного расплава путем продувки расплава газообразным монооксидом углерода, при этом после снижения содержания фосфора в расплаве до 0,01-0,02% осуществляют загрузку в ванну печи кокса в количестве из расчета восстановления железа и части марганца из оксидного расплава с получением упомянутых марганецсодержащих продуктов (патент России М>2711994, С 22 С 33/04, С 21С 7/064, заявл. 10.10.2018, опубл. Бюл. 3, 23.01.2020).

Данная технология не обеспечивает высокое качество конечного углеродистого ферромарганца, т.к. предусматривает применение кокса, а это приводит к увеличению примесей в расплаве ферромарганца и увеличению вредных выбросов в атмосферу.

Известен способ получения металлического марганца и/или малоуглеродистого ферромарганца, включающий смешивание марганецсодержащего сырья с его восстановителем, окомкование шихты и плавку, в качестве марганецсодержащего сырья в шихту вводят химический концентрат карбоната марганца, а в качестве восстановителя - отсев кристаллического кремния фракцией не более 5 мм, взятых в соотношении (6-10) : 1, соответственно (патент России N°2104322, С 22 С 33/04, заявл. 19.07.1996, опубл. 10.02.1998).

Для удаления углерода и фосфора из марганецсодержащего сырья применяют дорогостоящие химические добавки. Наличие примесей снижает качество получаемых продуктов и оказывает повышенное вредное воздействие на окружающую среду. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принят способ получения стального слитка, включающий разливку металла в изложницу, периодический подогрев головной части слитка струей низкотемпературной плазмы через заданный интервал времени с момента наполнения изложницы, отличающийся тем, что подогрев начинают углеводородсодержащей плазменной струей с массовым соотношением кислорода к восстановителю _w =0, 8-0,9 по истечении времени _t , составляющего (0,05-0,06) _{т к} , где у _к - длительность времени кристаллизации слитка в естественных условиях, а продолжительность времени действия плазменного подогрева составляет у =(0,03-0,04) _{т к} , затем подогрев прекращают, выдерживают паузу с временным интервалом у =(0,05-0,06)у _к и повторно ведут подогрев головной части слитка плазмой в течение у =(0,06-0,08)у _к , при этом осевую плотность теплового потока q ₀ устанавливают с учетом зависимости q ₀ = 0,375q _s (T) ' (Вт/м ² ), где 0,375 - эмпирический коэффициент, учитывающий тепломассоперенос при воздействии плазменной струи; q _s - средняя плотность теплового потока на срезе сопла плазмотрона, Вт/м ² ; j - приведенная длина плазменной струи, а среднюю плотность теплового потока q _s на срезе сопла плазмотрона определяют по формуле q _s =Gh _s /FcA (Вт/м ² ), где G - расход плазмообразующего газа, кг/с; h s - среднемассовая энтальпия плазменной струи, Дж/кг;

FCA - площадь выходного сопла плазмотрона, м ² (Патент России N°2295421, В 22 D 7/00, заявл. 01.06.2005, опубл. Бюл. N°8, 2007).

Периодический подогрев расплава в известном способе начинают по истечении заданного времени, что снижает производительность процесса. Низкий расход плазмообразующего газа и его состав, а также невозможность повторного использования отходящего газа для образования плазменной струи не могут обеспечить высокую степень удаления кислорода, углерода и других примесей из расплава металла. В известном способе отходящий газ не утилизируется, что снижает экологические показатели процесса.

Известно устройство для получения слитков из металлов и сплавов, включающее вертикальный литниковый ход и отражатель струи жидкого металла, металлический отражатель, полый внутри, снабженный трубами для подвода и отвода воды. При стекании охлажденного расплава с отражателя достигается объемное затвердевание его в изложнице (Патент России N°2151661, В 22 D 7/12, заявл. 30.12.1997, опубл. Бюл. N» 18, 27.06.2000).

Устройство предназначено для охлаждения расплава металла и его кристаллизации, при этом повышается качество слитка путем его объемного равномерного охлаждения и усиления эффекта кристаллизации.

Однако использование устройства не может повысить качество состава расплава и слитка, т.к. в нем не предусмотрены средства для удаления примесей из расплава. В процессе затвердевания слитка возможно возникновение аварийных ситуаций, связанных с прогоранием труб для подвода и отвода воды. Контактируя с высокотемпературным расплавом, вода мгновенно, в виде взрыва превращается в пар с одновременным выбросом расплава из изложницы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является установка для обработки головной части слитков в составе с изложницами, содержащая несущую часть и самоходную путевую тележку, продольная ось которой параллельна рельсовым путям состава с изложницами в месте разливки металла, отличающаяся тем, что состав с изложницами содержит поддоны с сифонными проводками, установленные на них изложницы с прибыльными надставками, центровые для заливки металла, несущая конструкция содержит стойки с закрепленными на двух уровнях горизонтальными консольными балками, расположенную на консольных балках нижнего уровня опорную плиту с рельсовым полотном, на котором установлена путевая тележка, при этом путевая тележка снабжена электрическими шкафами, силовыми трансформаторами, компрессором, насосом, газоводяным пультом, пультом управления и закрепленными у бокового борта тележки, со стороны состава с изложницами, стационарными колоннами с поперечинами, свободные концы которых снабжены роликами, установленными с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, закрепленной на нижней плоскости консольных балок верхнего уровня, прижимной рамой, смонтированной в плоскости, нормальной к осям стационарных колонн, кинематически связанной с приводом ее фиксированного вертикального перемещения и содержащей две независимые секции, установленные с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, при этом установка снабжена футерованными водоохлаждаемыми металлическими крышками со сквозным центральным отверстием каждая, установленными по две в направляющих независимых секций, плазмотронами косвенного действия, установленными в центральном отверстии металлических крышек, желобом для охлаждения крышек водой, закрепленным на верхней плоскости балок верхнего уровня, и длина которого определена максимальной величиной пути перемещения тележки. Желоб для охлаждения крышек водой снабжен крышкой с продольной щелью, дугообразными трубами для забора воды и ее слива, расположенными в продольной щели крышки, жестко соединенными с путевой тележкой и гидравлически связанными с насосом, газоводяным пультом, плазмотронами и с каналами охлаждения крышки. В футерованной водоохлаждаемой металлической крышке выполнен коллектор, состоящий из сквозных продольных щелей, параллельных боковым сторонам крышки, имеющих длину, ограниченную длиной внутренних граней прибыльной надставки, и закрытых сверху общим коробчатым кожухом с патрубками для выхода горячих газов (Патент России N°2325968, В 22 D 9/00, заявл. 06.07.2006, опубл. Бюл. N°16, 2008).

Данное устройство не содержит системы утилизации отходящего газа, очистки, выделения СО2 и его повторного использования, что снижает эксплуатационные и экологические параметры установки. Металлическая крышка с плазмотроном выполнена подвижной, с возможностью установки на ковш, а это не позволяет подсоединить патрубки отходящего высокотемпературного газа с системой его очистки и утилизации. Конструкция установки не предусматривает ввод сопла плазмотрона в расплав для его перемешивания плазменной струей и эффективного протекания химических процессов. Отсутствие узлов, обеспечивающих выделение из отходящего газа сублимированного марганца и получение порошка металлического марганца, а также невозможность получения карбида кремния, значительно снижают эффективность устройства в целом.

В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца путем продувки плазменной струей расплава высокоуглеродистого ферромарганца с повышенным содержанием примесей с использованием нескольких этапов обработки отходящего газа для повышения содержания двуокиси углерода в плазменной струе при обеспечении контроля состава расплава для регулировки компонентов плазменной струи и также, и за счет этих приемов достигается удаление углерода, обеспечивается сокращение энергетических и материальных затрат, увеличивается производительность процесса, уменьшаются выбросы в атмосферу, улучшается качество металла и снижается его себестоимость и значительно повышается эффективность процесса в результате дополнительного получения металлического порошка марганца и карбида кремния.

В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствования установки для обработки расплава металла плазменной струей, в которой путем компоновки конструкции и дополнительного оборудования, включающего две плавильные печи, фиксированную крышку с плазмотроном, установленным с возможностью погружения в расплав в режиме обработки, систем преобразования окиси углерода, входящей в состав отходящего газа, в двуокись углерода для замены части плазмообразующего газа плазмотрона, а также систем извлечения из отходящего газа порошка металлического марганца, а из расплава высокоуглеродистого марганца - карбида кремния, и за счет этого обеспечивается получение низкоуглеродистого ферромарганца с пониженным содержанием примесей, высокая производительность и эффективность устройства, утилизация и рециркуляция СО2, экономия природных ресурсов, а также снижение выбросов парникового газа в атмосферу.

Первая поставленная задача решается тем, что в способе получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, включающем обработку расплава металла углеводородсодержащей плазменной струей с заданным соотношением окислительно- восстановительных компонентов, разливку металла в изложницу, согласно изобретению, в качестве расплава металла используют расплав высокоуглеродистого ферромарганца с содержанием углерода от 7% и выше, фосфора 0,7%, кремния 6%, углерода 7%, марганца 70%, причем на начальном этапе обработки расплава ферромарганца в качестве плазмообразующего газа используют воздух с добавкой природного газа, причем одну часть отходящего газа в виде СО утилизируют путем охлаждения, очищают, компримируют до заданных значений температуры и давления и подают для генерирования плазменной струи в количестве, обеспечивающем реакцию СО с кислородом в воздухе, подаваемом на плазмотрон, с образованием СО2 до полного замещения указанного кислорода на СО2, при этом оставшуюся часть отходящего газа в виде СО направляют на очистку и утилизацию, после утилизации из отходящего газа выделяют СО2, охлаждают и компримируют его до заданных значений температуры и давления, и, в зависимости от контролируемого состава ферромарганца, дополнительно вводят в плазмообразующий газ, причем в процессе обработки расплава определяют в нем содержание SiC и, при достижении его максимального заданного значения, обработку расплава плазменной струей прекращают, расплав отстаивают и шлак в виде SiC скачивают, а скачанный шлак в виде SiC охлаждают, дробят до заданной фракции, очищают и расфасовывают, и начинают следующий этап обработки уже очищенного от SiC расплава высокоуглеродистого ферромарганца плазменной струей с повышенным содержанием СО2, при этом Мп, который сублимируется из расплава, вместе с отходящим газом направляют на очистку от примесей, осуществляют его закалку, выделяют Мп в виде мелкодисперсного порошка, порошок очищают, охлаждают и отправляют на расфасовку, а оставшийся после выделения Мп газ в виде СО направляют на очистку и утилизацию, после утилизации из отходящего газа выделяют СО2, охлаждают и компримируют его до заданных значений температуры и давления и, в зависимости от контролируемого состава ферромарганца, дополнительно вводят в плазменную струю, причем, при достижении концентрации углерода в расплаве от 1% и менее обработку плазменной струей завершают, расплав отстаивают, образующийся слой шлака после отстаивания скачивают, и расплав низкоуглеродистого ферромарганца очищенный от кремния и фосфора разливают в изложницы.

Заявленный способ обеспечивает переработку высокоуглеродистого ферромарганца, например, марки ФМ70 с составом, %: %: Mn-70; С - 7; Si - 6; S- 0,02; Р - 0,7. С - 7; Si - 6; S- 0,02; Р - 0,7 в результате использования плазменной технологии с минимальным воздействием на окружающую среду, без применения твердых добавок, оперируя только вредными компонентами расплава ферромарганца, с получением низкоуглеродистого ферромарганца следующего состава, %: Mn-79; С - 0,14, без вредных примесей кремния, серы и фосфора. Способ позволяет дополнительно получить дорогостоящие и ценные продукты в виде порошка металлического марганца и карбида кремния.

Данная технология не предусматривает применение твердых добавок, так как они не полностью реагируют с расплавом и частично остаются в расплаве в виде шлаков.

Для обработки расплава используют высокотемпературную плазменную струю, обогащенную двуокисью углерода, извлеченной из отходящего газа, до концентрации, обеспечивающей заданный массовый баланс с углеродом и марганцем в расплаве металла.

В условиях повышенной по отношению к расплаву температуры плазменной струи, возрастает эффективность взаимодействия соединений углерода с кислородом плазменной б. струи с образованием газообразного оксида углерода, который удаляется из расплава в виде отходящего газа.

Эффективность заявленного способа значительно выше традиционных технологий обработки расплава.

Способ предусматривает выделение двуокиси углерода из очищенного и утилизированного отходящего газа для замещения части воздуха в составе плазмообразующего газа, который применяют в процессе обработки расплава металла, сокращая т.о. вредное воздействие на окружающую среду.

Вдувание двуокиси углерода не снижает эффективность окисления углерода в расплаве, так как окислительный потенциал струи поддерживается в пределах, обеспечивающих удаление из расплава углерода и других примесей.

За счет перечисленных действий повышается активность плазменной струи, вследствие чего снижается количество примесей в готовом металле и концентрация марганца в конечном расплаве имеет значение 79-80%, а концентрация углерода не превышает 0,14% при полном отсутствии кремния, фосфора и серы.

Вторая поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, содержащем рельсовые пути с составом изложниц в месте разливки металла, самодвижущуюся тележку, привод фиксированного вертикального перемещения, футерованную водоохлаждаемую металлическую крышку с патрубками для отходящего газа, а также со сквозным отверстием, в котором установлен плазмотрон косвенного действия, электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, блок разливки расплава в изложницы, согласно изобретению, устройство содержит две плавильные печи, установку плазменной обработки расплава, блок отстаивания и скачивания шлака и блок разливки расплава в изложницы, последовательно соединенные между собой рельсовыми путями, на которых установлены две самодвижущиеся тележки с ковшами, снабженными шиберными затворами, при этом установка плазменной обработки расплава содержит платформу, снабженную рельсовым полотном, продольные оси которого совпадают с продольными осями рельсовых путей, и приводом наклона тележки с ковшом в сторону емкости для приема шлака в виде SiC, размещенного возле платформы, платформа также снабжена приводом ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой и ковшом, с возможностью соединения ковша с неподвижно закрепленной на краю стенда футерованной водоохлаждаемой металлической крышкой, в сквозном отверстии которой установлен плазмотрон косвенного действия, причем срез сопла плазмотрона выступает из крышки вниз с возможностью погружения в расплав ферромарганца в ковше на глубину 2-4 диаметров сопла плазмотрона, на стенде также установлены электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, устройство экспресс-анализа состава расплава и футерованная металлическая крышка с возможностью установки и снятия ее на/с ковша, при этом установленные на футерованной водоохлаждаемой металлической крышке патрубки отходящего газа подсоединены к линии подготовки СО, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему утилизации и охлаждения отходящего газа, систему очистки отходящего газа, систему компримирования очищенного отходящего газа, подключенную к газаводяному пульту плазмотрона, патрубки отходящего газа также подсоединены к линии генерирования ССЬ из отходящего газа, включающей последовательно соединенные трубопроводами системы очистки и утилизации отходящего газа, систему выделения СО ₂ , систему охлаждения СО ₂ и систему компримирования СОг, подключенную к газоводяному пульту плазмотрона, также патрубки отходящего газа подсоединены к линии получения порошка металлического марганца, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему очистки отходящего газа, систему закалки очищенного отходящего газа, систему выделения порошка марганца, систему очистки порошка марганца, систему охлаждения порошка марганца и систему расфасовки порошка марганца, причем система выделения марганца также подключена к системе очистки отходящего газа линии генерирования СО ₂ , при этом устройство также содержит участок переработки шлака SiC, включающий систему охлаждения шлака SiC, систему дробления шлака SiC, систему очистки шлака SiC и систему расфасовки шлака SiC.

Основными отличительными особенностями устройства является наличие неподвижно закрепленной на стенде футерованной водоохлаждаемой металлической крышки, фиксированное положение которой позволяет подсоединить патрубки отходящего газа, расположенные в крышке, к линии подготовки СО отходящего газа, к линии генерирования СОг из отходящего газа, к линии получения порошка металлического марганца. Кроме того, самодвижущаяся платформа снабжена приводом ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой и ковшом, а также приводом наклона тележки с ковшом. Устройство дополнительно содержит участок переработки карбида кремния. Использование указанной совокупности признаков позволяет замещать часть воздуха, используемого для генерирования плазменной струи, на углекислый газ, полученный из утилизированного отходящего газа в процессе обработки расплава ферромарганца, что улучшает экологические показатели устройства и повышает качество получаемого металла и позволяет производить дополнительные ценные продукты.

Благодаря погружению сопла плазмотрона в расплав в процессе его продувки на глубину от 2 до 4 диаметров сопла плазмотрона осуществляется эффективное перемешивание расплава. Газодинамика процесса продувки на глубине менее 2 диаметров сопла плазмотрона недостаточна для перемешивание нижних слоев расплава. Увеличение глубины погружения сопла плазмотрона свыше 4 его диаметров, с одной стороны, ведет к повышению теплопотерь в плазмотрон, а с другой стороны, возрастают теплопотери расплава. Оптимальная глубина погружения плазмотрона в расплав обеспечивает эффективное удаление углерода и примесей из расплава ферромарганца при соблюдении заданных параметров расхода и состава плазмообразующего газа.

Наличие двух плавильных печей с разнесенными во времени циклами каждой печи от загрузки слитков высокоуглеродистого ферромарганца, получения расплава и до слива его в ковш, в целом повышает производительность установки, т.к. цикл работы одной печи соизмерим с длительностью процессов получения расплава низкоуглеродистого ферромарганца, отстаивания расплава ферромарганца, удаления двух видов шлака, получения порошка марганца и слива низкоуглеродистого ферромарганца в изложницы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - график изменения концентрации основных компонентов расплава феромарганца в зависимости от температуры при его плазменной обработке с учетом оптимизированного состава газовых компонентов, подаваемых в плазменную струю; на фиг. 2 - схема устройства получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, порошка металлического марганца и порошка карбида кремния.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Слитки высокоуглеродистого ферромарганца загружают и плавят в двух плавильных печах. Полученный в одной из печей расплав ферромарганца переливают в ковш. В ковше расплав высокоуглеродистого ферромарганца продувают высокотемпературной плазменной струей, образованной смесью природного газа и воздуха, с дальнейшим замещением природного газа на СО и преобразования его в плазмотроне на СО2. На протяжении продувки проводят контроль расхода плазмообразующего газа и состав расплава ферромарганца.

Газ СО, отходящий в процессе продувки и насыщенный сублимированным марганцем, направляют на очистку и последующее выделение порошка металлического марганца. Далее очищенный от марганца газ СО вместе с газом СО, отходящим из ковша, направляется на очистку и утилизацию, из отходящего после утилизации газа отбирают СОг, который охлаждают и компримируют до заданных значений и подают для генерирования плазменной струи. На основании данных контроля состава расплава ферромарганца регулируют подачу СО2 в плазменную струю.

Как видно из фиг.1, при заданных исходных параметрах в расплаве образуется карбид кремния, который в виде шлака удаляется из расплава. Обработку расплава плазменной струей осуществляют до достижения значения углерода 0,14% и менее и удаления всех примесей. По окончании обработки расплав отстаивают, а поскольку плотность шлака в 2-4 раза меньше плотности расплава ферромарганца, то весь шлак за время отстаивания всплывает и концентрируется на поверхности расплава. Затем шлак скачивают, а расплав низкоуглеродистого ферромарганца разливают в изложницы.

Пример конкретного выполнения способа.

В плавильную индукционную печь загружают в виде слитков 8т высокоуглеродистого ферромарганца марки ФМ70 с содержанием следующих компонентов, %: Mn-70; С - 7; Si - 6; S- 0,02; Р - 0,7. В результате плавления получают расплав высокоуглеродистого ферромарганца. Полученный расплав переливают из индукционной печи в ковш, который подают на плазменную обработку. Расплав высокоуглеродистого ферромарганца продувают плазменной струей, состоящей из смеси воздуха с природным газом. Расход воздуха и природного газа соответственно составляет 0,12 кг/сек и 0,01кг/сек. На протяжении всего времени обработки контролируют расход компонентов плазмообразующего газа и состав расплава ферромарганца. После запуска плазмотрона природный газ замещают отходящим из расплава СО (фиг.1 ). Отходящий газ очищают, утилизируют, далее выделяют двуокись углерода СО2, охлаждают, компримируют ее и в количестве 0,1 кг/сек подают в плазменную струю. Отходящий газ, содержащий сублимированный марганец, очищают, закаляют, выделяют из него порошок марганца, который далее очищают, охлаждают и расфасовывают. При достижении заданной концентрации карбида кремния обработку расплава прекращают, опуская ковш с расплавом в нижнее положение, и сливают шлак в виде карбида кремния. После слива шлака и удаления его на дальнейшую обработку, ковш поднимают, и возобновляют продувку расплава плазменной струей. При достижении концентрации углерода в расплаве 0,14% и ниже, обработку расплава плазменной струей прекращают. Затем расплав отстаивают. Поскольку плотность шлака в несколько раз меньше плотности расплава ферромарганца, то шлак за время отстаивания всплывает. Образовавшийся на поверхности расплава слой шлака скачивают. В итоге получили 7,2т низкоуглеродистого расплава ферромарганца марки ФМ80С0,5 без примесей, которые в газообразном состоянии ушли на утилизацию, а кремний перешел в карбид кремния и был удален в виде шлака. Также дополнительно получили ценные продукты в виде карбида кремния 0,75т и порошка марганца 0,09т. Далее полученный расплав низкоуглеродистого ферромарганца разливают в изложницы для кристаллизации и получения слитков.

На фиг.1 изображено изменение состояния основных компонентов расплава ферромарганца, которые имеют преимущественные массовые значения, а остальные компоненты с малыми концентрациями, не превышающими значения 0,0001 моль/кг, на графике не показаны или переходят в газообразное состояние и удаляются в виде отходящего газа.

При обработке высокоуглеродистого ферромарганца, согласно изобретению, в расплаве при температуре 1300°К образуется оксид углерода СО. С повышением температуры расплава концентрация СО постепенно увеличивается до 1,5моль/кг и он полностью удаляется из расплава в газообразном состоянии.

Также за время продувки расплава, согласно данным экспресс-анализа, установлено, что разлагаются следующие соединения и примеси.

Азот N ₂ вступает в реакцию с углеродом с образованием газообразного соединения N ₂ C И В газообразном виде удаляется из расплава. В расплаве при температуре 1800°К Si0 ₂ полностью переходит в SiC. Образовавшееся соединение SiC достигает максимального значения при температуре 1800°К и, в соответствии со способом, скачивается для дальнейшей обработки. Фосфор и сера переходят в газообразное состояние и удаляются с отходящим газом. Конденсированный марганец МщСз при температуре 1800°К разлагается на составляющие марганец и оксид углерода. А соединения железа с углеродом не взаимодействуют с компонентами расплава, остаются в расплаве в конденсированной фазе в виде РезС, что в результате дает содержание углерода в конечном продукте 0,14%.

Конденсированный марганец достигает оптимального значения 11,5моль/кг при температуре 1800°К, а часть марганца начинает сублимироваться при температуре 1600°К, и достигает максимального значения в газообразном состоянии 2моль/кг при температуре 1800°К и далее удаляется с отходящим газом на переработку в соответствии с заявляемым способом.

Устройство для получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца включает две плавильные печи 1, установку 2 плазменной обработки расплава высокоуглеродистого ферромарганца, блок 3 отстаивания и скачивания шлака и блок 4 разливки расплава низкоуглеродистого ферромарганца в изложницы, при этом плавильные печи 1 , установка 2, блок 3 и блок 4 последовательно соединены между собой рельсовыми путями 5. На рельсовых путях 5 установлены две самодвижущиеся тележки 6 с ковшами 7, снабженными шиберным затвором (вторая тележка, второй ковш и шиберные затворы на фиг.2 не показаны).

Установка 2 плазменной обработки расплава содержит платформу 8 с рельсовым полотном 9, при этом продольные оси рельсового полотна 9 совпадают с продольными осями рельсовых путей 5. Платформа 8 оборудована приводом 10, предназначенным для ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой 6 и установленным на ней ковшом 7.

Установка 2 плазменной обработки расплава также включает стенд 11, на краю которого неподвижно закреплена футерованная водоохлаждаемая металлическая крышка 12. В сквозном отверстии крышки 12 установлен плазмотрон 13 косвенного действия таким образом, что срез его сопла выступает из крышки 12 вниз с возможностью погружения в расплав феррохрома в ковше 7 на глубину 2-4 диаметров сопла плазмотрона 13. Стенд 11 также содержит оборудование 14 для обеспечения эксплуатации плазмотрона 13 в заданных режимах, включающее электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, пульт управления, устройство экспресс-анализа состава расплава и газоводяной пульт 15. На стенде 11 имеется футерованная металлическая крышка 16 и средство (не показано) ее установки и снятия с ковша 7.

На футерованной водоохлаждаемой металлической крышке 12 смонтированы патрубки 17. Трубопроводом 18 патрубки 17 подсоединены к линии подготовки СО, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему 19 утилизации и охлаждения отходящего газа, систему 20 очистки охлажденного отходящего газа, систему 21 компримирования очищенного и охлажденного отходящего газа, подключенную трубопроводом 22 к газоводяному пульту 15.

Патрубки 17 отходящего газа трубопроводом 23 подключены к линии генерирования СОг, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему 24 очистки, систему 25 утилизации отходящего газа, систему 26 выделения СО2 из отходящего после утилизации газа, систему 27 охлаждения и систему 28 компромирования выделенного СО2, подключенную трубопроводом 29 к газоводяному пульту 15.

Патрубки 17 отходящего газа трубопроводом 30 подсоединены к линии получения порошка металлического марганца, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему 31 очистки отходящего газа, систему 32 закалки очищенного отходящего газа, систему 33 выделения порошка металлического марганца, систему 34 очистки порошка марганца, систему 35 охлаждения порошка марганца и систему 36 расфасовки порошка металлического марганца. Очищенный от марганца газ подается в систему 24 очистки отходящего газа и дальнейшего его использования по технологической цепочке.

Платформа 8 также оборудована приводом 37 наклона тележки 6 с ковшом 7 в сторону емкости 38 для приема шлака в виде SiC. Устройство также содержит участок переработки шлака SiC, включающий систему 39 охлаждения шлака SiC, систему 40 дробления шлака SiC, систему 41 очистки дробленного шлака SiC и систему 42 расфасовки шлака SiC.

Устройство работает следующим образом.

В одну из плавильных печей 1 загружают в виде слитков высокоуглеродистый ферромарганец. Загруженный материал плавят с образованием расплава высокоуглеродистого ферромарганца, который переливают в ковш 7, закрепленный на самодвижущейся тележке 6.

Одновременно с началом плавки слитков в первой плавильной печи, начинают загрузку второй плавильной печи. А после слива расплава из первой печи начинают ее повторную загрузку и плавление слитков ферромарганца, одновременно контролируют получение расплава во второй печи. Плавильные печи постоянно работают со смещенными относительно друг друга режимами загрузки, плавления и слива расплава в ковш.

По рельсовым путям 5 тележку 6 с ковшом 7 перемещают на рельсовое полотно 9, размещенное на платформе 8. С помощью привода 10 платформу 8 поднимают вертикально вверх до момента стыковки ковша 7 с футерованной водоохлаждаемой металлической крышкой 12. Одновременно включают оборудование 14, запускают плазмотрон 13 и начинают продувку расплава высокоуглеродистого ферромарганца плазменной струей, состоящей из смеси воздуха и природного газа. В процессе обработки расплава сопло плазмотрона 13 находится ниже крышки 12 и погружено в расплав на расстояние, составляющее 2-4 диаметров сопла плазмотрона 13.

Образующийся при продувке расплава отходящий газ через патрубки 17 по трубопроводу 18 направляют в систему 19 утилизации и охлаждения отходящего газа, систему 20 очистки охлажденного отходящего газа, систему 21 компримирования очищенного и охлажденного отходящего газа, подключенную трубопроводом 22 к газоводяному пульту 15.

Отходящий через патрубки 17 газ также направляют по трубопроводу 23 в систему 24 очистки и систему 25 утилизации отходящего газа, систему 26 выделения углекислого газа из очищенного и утилизированного отходящего газа, систему 27 охлаждения СОг, систему 28 компримирования охлажденного СО2. Компримированный углекислый газ с заданными значениями температуры и давления по трубопроводу 29 направляют в газоводяной пульт 15 в качестве плазмообразующего газа для генерирования плазменной струи.

В процессе продувки расплава ферромарганца плазменной струей определяют содержание в нем карбида кремния SiC и, при достижении его максимального заданного значения, обработку прекращают, приводом 10 опускают платформу 8 вниз, плазмотрон 13 отключают, расплав отстаивают до образования на его поверхности слоя шлака SiC. Приводом 37 наклоняют платформу 8 с тележкой 6 и ковшом 7 и скачивают шлак SiC в емкость 38. Скачанный шлак SiC подвергают обработке в системе 39 охлаждения, системе 40 дробления, системе 41 очистки и системе 42 расфасовки шлака SiC.

После слива шлака SiC платформу 8 приводом 37 возвращают платформу 8 в вертикальное исходное положение и приводом 10 поднимают вверх для стыковки ковша 7 с крышкой 12, одновременно запускают плазмотрон 13. Отходящий газ, содержащий сублимированный марганец Мп, по трубопроводу 30 направляют в системы очистки 31 и закалки 32 отходящего газа, в систему 33 выделения порошка Мп, системы очистки 34, охлаждения 35 и расфасовки 36 порошка металлического марганца. Газ, очищенный от марганца из системы 33 направляют в систему 24 очистки отходящего газа.

На протяжении всего времени обработки расплава ферромарганца плазменной струей осуществляют контроль его состава с помощью устройства экспресс-анализа. При достижении компонентов расплава ферромарганца заданных значений платформу 8 с ковшом 7 приводом 10 опускают вниз. На ковш 7 с помощью специального механизма устанавливают футерованную металлическую крышку 16, и тележку 6 с ковшом 7 по рельсовым путям 5 перемещают в блок 3 отстаивания и скачивания шлака. После отстаивания шлак скачивают, а тележку 6 с ковшом 7 расплава низкоуглеродистого ферромарганца перемещают по рельсовым путям 5 в блок 4, в котором расплав разливают в изложницы.

С ковша 7, освободившегося после разливки расплава в изложницы, снимают крышку 16 и возвращают ее на стенд 11, а ковш 7 с помощью подъемного крана переставляют на рельсовые пути 5 под вторую плавильную печь для последующего наполнения расплавом высокоуглеродистого ферромарганца, полученного в ней за время цикла обработки высокоуглеродистого расплава ферромарганца, произведенного в первой печи, и разливки расплава низкоуглеродистого ферромарганца в изложницы. Далее процесс повторяется.

Реализация изобретения обеспечивает получение высококачественного низкоуглеродистого ферромарганца марки ФМ80С0,5 без примесей в виде фосфора, серы и кремния, повышение экономических и экологических составляющих процесса в результате применения плазменной технологии с использованием части подготовленного отходящего газа для генерирования плазменной струи, получение дополнительных ценных продуктов карбида кремния и порошок марганца, а также за счет эксплуатации двух плавильных печей гарантирует непрерывность технологических режимов и высокий уровень к.п.д. устройства.