Ферромарганец: марки и выплавка¶

Ферромарганец — это ферросплав, основной компонент которого составляют марганец и железо. Содержание марганца в промышленных марках колеблется от 65 до 95 %, остальное приходится на железо, углерод, кремний, фосфор и серу. Материал применяется главным образом в металлургии: как раскислитель и десульфуратор стали, а также как легирующая добавка, повышающая твёрдость, износостойкость и прокаливаемость металла. Мировое производство ферромарганца измеряется миллионами тонн в год, а его выпуск считается базовым переделом марганцевой отрасли.

¶Классификация и марки

По содержанию углерода ферромарганец делят на три основные группы.

Дополнительно различают марки по содержанию кремния и фосфора. Например, в стандартном высокоуглеродном сплаве допускается до 0,5 % фосфора, тогда как для ответственных марок этот показатель ограничивают сотыми долями процента. В России марки регламентируются ГОСТ 4755-91, где сплав обозначают буквами и цифрами: Mn — марганец, цифры указывают среднее содержание элемента, а индексы (например, «0», «1») отражают группу по углероду.

¶Технология выплавки

¶Высокоуглеродный ферромарганец

Основной способ — восстановительная плавка в рудно-термических (дуговых) печах. Шихта состоит из марганцевой руды, кокса и флюсов (известняка, доломита). Кокс служит восстановителем, флюсы регулируют основность шлака, что критично для извлечения марганца. Процесс идёт непрерывно при температуре около 1500–1600 °C. Расплавленный сплав и шлак выпускают через лётку, разделяют по плотности и разливают в изложницы или на разливочной машине.

Извлечение марганца в сплав составляет 75–80 %; значительная часть уходит в шлак, который затем используют как марганцевое удобрение или извлекают повторно.

¶Средне- и низкоуглеродный ферромарганец

Эти марки получают несколькими путями:

• Кислородная продувка высокоуглеродного расплава в конвертере — окисляет углерод, но требует последующего раскисления.
• Силикотермический метод — восстановление марганцевой руды кремнием из силикомарганца; экзотермичная реакция идёт в шлаковом расплаве.
• Электролитический способ — получение металлического марганца из растворов сульфата марганца, применяется для особо чистых марок.

Силикотермия наиболее распространена для рафинированных сортов, поскольку позволяет точно контролировать углерод и получать сплав с минимальными примесями.

¶Применение

Главный потребитель — чёрная металлургия. При выплавке почти любой стали марганец вводят для связывания серы и удаления кислорода; без него невозможно получить качественный прокат. Легированные стали с марганцем (например, 110Г13Л, известная как сталь Гадфильда) отличаются высокой ударной вязкостью и применяются в горном оборудовании, дробилках, железнодорожных стрелках.

Другие направления:

• производство сварочных материалов и электродов;
• алюминиевые и медные сплавы как модификатор;
• химическая промышленность (получение марганцевых соединений).

¶Сырьё и экономика

Сырьевую базу формируют месторождения марганцевых руд, крупнейшие из которых расположены в ЮАР, Австралии, Габоне, Бразилии, Казахстане и на Украине. Качество руды (соотношение марганца и железа, содержание фосфора) напрямую определяет сортность готового сплава. Крупные производители ферромарганца — Китай, Индия, ЮАР, Норвегия. Цены зависят от содержания марганца, стоимости электроэнергии и кокса, поскольку выплавка энергоёмка.

¶Контроль качества

Готовый сплав анализируют на содержание марганца, углерода, кремния, фосфора и серы. Отклонение от марочного состава ведёт к браку стали у потребителя, поэтому на заводах применяют спектральный и химический анализ каждой плавки. Кусок сплава должен иметь регламентированную крупность — от 5 до 100 мм в зависимости от условий загрузки в печь.