Cosa significa qualità del ferromanganese ad alto contenuto di carbonio
Il ferromanganese ad alto contenuto di carbonio è l'aggiunta di manganese cavallo di battaglia per la produzione dell'acciaio. Viene prodotto mediante riduzione carbotermica del minerale di manganese in un forno ad arco sommerso, quindi il prodotto presenta sempre un elevato contenuto di carbonio, tipicamente compreso tra il 6% e l'8%, insieme a silicio, fosforo e zolfo che non possono essere rimossi mediante semplice raffinazione successiva. Il controllo della qualità in questo settore inizia quindi molto prima che il forno venga utilizzato: la chimica della lega finita è in gran parte decisa dalla miscela di minerali, dal riducente e dal bilancio termico del processo di riduzione.
I gradi sono classificati secondo lo standard ISO 5446 a livello internazionale e secondo lo standard GB/T 3795 in Cina, e i limiti esatti per ciascun grado vengono concordati tra acquirente e fornitore. Poiché manganese, carbonio, silicio, fosforo e zolfo si comportano diversamente nel forno, ogni elemento necessita di un proprio punto di controllo nella catena di produzione.
| Elemento | Gamma tipica di ferromanganese ad alto contenuto di carbonio | Logica di controllo |
|---|---|---|
| Mn | dal 65% al 78% | Impostato dal contenuto di manganese e dal rapporto Mn/Fe del minerale miscelato |
| C | dal 6,0% all'8,0% | Governato dalla quantità di riducente e dalla temperatura del forno |
| Sì | dallo 0,5% al 2,0% | Primo indicatore di un forno troppo-ridotto, troppo-caldo |
| P | dallo 0,15% allo 0,40% | Risolto dal minerale; non può essere rimosso in questo processo |
| S | dallo 0,02% allo 0,05% | Controllato dalla basicità della scoria e dalla temperatura di spillamento |
| Fe | Bilancia | Diluisce il manganese; un alto contenuto di ferro abbassa la qualità del prodotto |
Controllo delle materie prime
Ogni fornitore di minerale di manganese, coke, fondente e pasta per elettrodi deve essere approvato in base a specifiche scritte e rivalutato-secondo un ciclo fisso. Il minerale è la variabile dominante: il contenuto di manganese determina la resa del metallo, il rapporto Mn/Fe determina il grado ottenibile, il contenuto di silice e allumina determina il volume e la viscosità delle scorie, e il contenuto di fosforo passa quasi interamente nel metallo e quindi determina il limite di fosforo del prodotto. Un minerale con un rapporto P/Mn sfavorevole non può essere curato mediante alcuna regolazione al forno, quindi la miscelazione è l'unica vera leva di controllo e la miscela deve essere calcolata rispetto al grado target prima del caricamento.
Minerale: analizzato per Mn, Fe, SiO2, Al2O3, P, umidità e distribuzione dimensionale al ricevimento, con separazione delle scorte per lotto
Coke: carbonio fisso, ceneri, materia volatile, umidità e reattività, poiché il tasso di carbonio determina sia il grado di riduzione che il carbonio nel metallo
Fondente: calcare o dolomite controllati per il contenuto di CaO e MgO, con la frazione dimensionale che si dissolve in modo prevedibile nelle scorie
Pasta per elettrodi e parti fini restituite: controllo della presenza di ceneri e umidità per evitare la deriva dell'equilibrio del forno
L'umidità merita un'attenzione particolare perché modifica il peso effettivo della carica e il carico termico del forno. Le tariffe calcolate sul peso del minerale umido, senza correzione dell'umidità, sono una delle cause più comuni di una deriva inspiegabile del carbonio e del silicio prodotti.
Controllo dei parametri del forno e del processo
La riduzione dell'ossido di manganese necessita di scorie calde e fluide e il processo viene normalmente eseguito con la basicità della scoria mantenuta in una banda stretta, comunemente vicina a 1,2 e 1,4 come rapporto CaO/SiO2, che mantiene l'attività dell'ossido di manganese sufficientemente bassa da limitare la perdita di manganese nelle scorie mantenendo le scorie lavorabili. Il consumo di energia è tipicamente nell’ordine di 3.000-4.000 kWh per tonnellata di lega, quindi le inefficienze di piccoli forni si manifestano rapidamente nel costo delle unità di manganese.
Gli operatori dovrebbero registrare e individuare l'andamento della composizione e del peso della carica, del tasso di carbonio, della basicità delle scorie, della posizione e del consumo degli elettrodi, della potenza del forno, della temperatura e della frequenza di prelievo. Il silicio nel metallo è il singolo allarme precoce più utile: un aumento lento significa che il forno è troppo caldo o troppo ricco di carbonio e, se non viene corretto, il carbonio aumenta con esso, la fluidità delle scorie cambia e il recupero del manganese diminuisce. L'aumento del silicio aumenta anche il silicio che il produttore di acciaio deve tollerare, il che è più importante per le qualità di acciaio a basso-silicio.
Campionamento, analisi e ispezione
Il controllo qualità funziona solo se il campione rappresenta il lotto. I campioni da bagno o mestolo prelevati durante la spillatura, combinati in un campione composito per il calore, sono più affidabili di una singola presa dalla parte superiore di un lingotto solidificato e il prodotto frantumato dovrebbe essere campionato dopo la riduzione dimensionale con un'adeguata routine di suddivisione in modo che l'analisi non sia influenzata dalla segregazione delle fasi più dure.
La pratica standard combina analisi rapide in-impianto con verifiche di laboratorio certificate: manganese mediante metodi titrimetrici o potenziometrici, carbonio e zolfo mediante combustione con rilevamento a infrarossi, silicio mediante metodi di emissione ottica gravimetrica o al plasma accoppiato induttivamente e fosforo mediante spettrofotometria. I risultati vengono registrati per ogni calore, confrontati con la carta di controllo e conservati insieme al campione in modo che un reclamo del cliente possa essere ricondotto all'addebito. Una fase di ispezione finale riguarda la composizione chimica, la distribuzione delle dimensioni dei pezzi, il contenuto dei fini, le condizioni della superficie, l'umidità e l'imballaggio; è possibile aggiungere un'ispezione indipendente di terze parti-per i lotti di esportazione laddove il contratto lo richieda.
Controllo della consegna e miglioramento continuo
Il prodotto deve essere spedito nella dimensione concordata, in genere da 10 mm a 50 mm o da 10 mm a 100 mm con una frazione limitata di fini, pesato ed etichettato a caldo in modo che la tracciabilità sopravviva allo stoccaggio e al trasporto. I sacchi o i fusti devono essere asciutti e sigillati, poiché l'accumulo di umidità causa sia controversie sul peso che problemi al forno nello stabilimento del cliente.
Il miglioramento dovrebbe essere organizzato come un ciclo chiuso: registrare ogni risultato fuori specifica-, analizzare la causa con i dati di carica e forno di quel calore, concordare un'azione correttiva e verificarla sui lotti successivi. Un sistema semplice con registrazioni disciplinate e responsabilità chiare di solito ha prestazioni migliori di un sistema elaborato che non viene seguito. Le cause più frequenti riscontrate nella pratica sono l'umidità nella carica, la qualità del minerale alla deriva, la scarsa preparazione dei campioni e la scarsa produzione dovuta a una guida eccessiva- del forno, e ciascuna di queste viene affrontata mediante il controllo dei materiali e la disciplina del processo piuttosto che mediante la cernita del prodotto finito.
Domande frequenti
D: Quali sono i principali punti di controllo della qualità nella produzione di ferromanganese ad alto contenuto di carbonio?
Classificazione delle materie prime, controllo della carica e dell'umidità, basicità delle scorie e temperatura del forno, campionamento e analisi controllati e ispezione della consegna, il tutto legato ai registri per-calore.
D: Perché il fosforo è così importante nel ferromanganese?
Il fosforo non può essere rimosso durante la riduzione carbotermica, quindi il livello di fosforo nel minerale passa nella lega e determina il contenuto finale di fosforo dell'acciaio. La selezione e la miscelazione del minerale sono gli unici controlli efficaci.
D: Perché il contenuto di silicio aumenta inaspettatamente?
L'aumento del silicio di solito significa che il forno è troppo caldo o ha troppo riducente, il che spinge anche il carbonio verso l'alto e aumenta la perdita di manganese nelle scorie. Le impostazioni di carica e alimentazione dovrebbero essere corrette prima del tocco successivo.
D: Come dovrebbero essere prelevati i campioni per l'analisi chimica?
Prelevare campioni compositi dal flusso di spillatura o dal mestolo per ogni colata anziché da un singolo campione di superficie, quindi frantumare e dividere il campione di prodotto dopo la riduzione dimensionale in modo che la segregazione non alteri il risultato.
D: Qual è la differenza tra ferromanganese ad alto tenore di carbonio e ferromanganese a medio o basso tenore di carbonio?
I gradi ad alto contenuto di carbonio provengono direttamente dalla fusione carbotermica e contengono circa dal 6% all'8% di carbonio. I gradi a medio e basso contenuto di carbonio vengono prodotti raffinando la lega ad alto contenuto di carbonio con ossigeno o mediante un percorso silicotermico, che riduce il carbonio ma aumenta i costi.
D: Quali standard si applicano alla fornitura di ferromanganese?
La norma ISO 5446 specifica il ferromanganese a livello internazionale e la norma GB/T 3795 copre i gradi cinesi. Il contratto dovrebbe indicare la qualità, i limiti di analisi, la dimensione dei pezzi e il metodo di campionamento e analisi da utilizzare per l'accettazione.
