Forno ad arco immerso in silicomanganese da 6,3 MVA a 45 MVA per processi metallurgici

Forno ad arco sommerso al silicomanganese da 6,3 MVA a 45 MVA

Il silicomanganese è una ferrolega composta principalmente da manganese, silicio, ferro e tracce di carbonio insieme ad altri elementi. È una delle leghe più utilizzate e ad alto volume nell'industria delle ferroleghe. Nella produzione dell'acciaio, la lega manganese-silicio funge da disossidante composto e viene anche impiegata come agente riducente nella produzione di ferromanganese a medio e basso contenuto di carbonio, nonché nella produzione di manganese metallico tramite il processo silicotermico. In base al contenuto di manganese, silicio e impurità, il silicomanganese è classificato in otto gradi, con composizioni chimiche conformi alle specifiche riportate nella tabella.

I moderni forni ad arco sommerso sono progettati con strutture completamente chiuse. L'attrezzatura primaria comprende diversi sistemi integrati: il corpo del forno, cappa chimica a basso profilo, sistema di scarico, rete corta, gruppo elettrodo, meccanismo idraulico, unità di spillatura e rimozione delle scorie, sistema di raffreddamento del fondo, trasformatore, alimentatore ad alta tensione, sistema di controllo automatico a bassa tensione, strumentazione di monitoraggio, sistemi di miscelazione e alimentazione delle materie prime, meccanismi di distribuzione e dosaggio, raccolta delle polveri della bocca del forno e sistemi di recupero e depolverazione del gas del processo a secco.

1. Principio di funzionamento

Il forno al silico-manganese funziona secondo il principio del forno ad arco sommerso. Gli elettrodi generano calore dell'arco e calore di resistenza dalla carica per ridurre gli ossidi nel minerale di manganese e la silice in una lega di silico-manganese. La reazione all'interno del forno è basata principalmente sulla riduzione carbotermica. I principali prodotti di disossidazione sono MnSiO₃ e MnSiO₄, con punti di fusione rispettivamente di 1270°C e 1327°C. Questi prodotti formano particelle di grandi dimensioni che galleggiano facilmente, determinando un significativo effetto disossidante.

2. Flusso e funzionamento del processo

Preparazione delle materie prime: il minerale di manganese, le scorie ricche di manganese, la silice e il coke vengono dosati in base ai requisiti di formulazione. Il contenuto fisso di carbonio del coke deve essere ≥ 84%.

Caricamento e riscaldamento: Le materie prime entrano nel forno ad arco sommerso semichiuso attraverso una tramoggia. Un'alimentazione da 35 kV viene introdotta nel forno tramite elettrodi trifase, che vengono inseriti nella carica per creare il riscaldamento dell'arco.

Controllo della fusione: la carica viene miscelata uniformemente, il livello di carica viene mantenuto, gli elettrodi vengono inseriti in profondità e in modo uniforme. Il gas del forno viene mantenuto a una pressione leggermente negativa, con O₂ < 2%, H₂ < 8% e la temperatura del forno inferiore a 600°C.

Colatura di ferro e scorie: la lega fusa e le scorie si separano naturalmente. Il foro del rubinetto può essere aperto e chiuso senza problemi. Sia il metallo caldo che le scorie hanno una buona fluidità e sono facili da separare, per essere infine colate in lingotti.

3. Parametri tecnici e condizioni del forno

La basicità binaria della scoria (CaO/SiO₂) è controllata tra 0,5 e 0,7, con MnO nelle scorie <10%.

La lunghezza operativa degli elettrodi è 1700–2000 mm, la tensione è di circa 143 V, la corrente operativa è stabile e il consumo degli elettrodi è uniforme.

Una condizione normale del forno è caratterizzata da una buona permeabilità della superficie della carica, da un abbassamento uniforme della carica e da una fuoriuscita regolare di ferro e scorie.

4. Gradi e composizione chimica

Il silicomanganese è diviso in otto gradi in base al contenuto di manganese, silicio e impurità. La sua composizione chimica deve essere conforme alle disposizioni della tabella 1.

Tabella 1 – Composizione chimica

Nota: il contenuto di fosforo è specificato in tre gradi (I, II, III) in base a diversi limiti massimi.

5. Applicazioni e vantaggi

La lega prodotta dal forno di silico-manganese è ampiamente utilizzata nella produzione dell'acciaio, riducendo significativamente il tasso di perdita di combustione (il tasso di perdita di combustione della disossidazione della lega di silico-manganese è di circa il 29%, che è inferiore rispetto all'utilizzo del solo manganese o silicio). Inoltre, la lega di silico-manganese può migliorare la resistenza alla corrosione e alla ruggine dell'acciaio, rendendolo adatto per ambienti esterni o umidi. Il forno per silico-manganese è simile al forno per ferrosilicio, ma è dedicato alla produzione di leghe di silico-manganese e non può essere utilizzato per la produzione di ferromanganese ad alto contenuto di carbonio a meno che non venga utilizzato un piccolo forno (ad esempio, 6000 kVA) per evitare danni al refrattario.

In sintesi, il forno silico-manganese è un'attrezzatura indispensabile nella produzione dell'acciaio. Controllando con precisione parametri quali composizione della carica, temperatura, elettrodi e scorie, consente una produzione efficiente e stabile di leghe di silico-manganese, garantendo la qualità e le prestazioni dell'acciaio.