中低碳锰铁技术方案

6300KVA中低碳锰铁精炼炉

技术方案

兰州西铁机械制造有限责任公司

2010年10月

总述

中低碳锰铁生产，国内成熟的工艺为电硅热法。电硅热法生产中低碳锰铁是在精炼电炉中用锰矿对锰硅合金精炼脱硅（即用锰硅合金还原锰矿）而得到中低碳锰铁，这是目前冶炼中低碳锰铁的主要方法。所炼中低碳锰铁的含碳量取决于锰硅合金的含碳量，电极和原料进入合金的碳极少。由于炉料的状态不同，分为热装、冷装两种形式。热装方式为：上一车间生产的硅锰铁水，不用浇铸，使用牵引车直接进入本项目精炼车间，然后用天车将铁水浇入精炼电炉即开始生产中低碳锰铁。冷装方式为：将已浇铸好的成品块状硅锰产品破碎后，加入本项目精炼电炉后先融化后冶炼。

若业主已经建设了锰硅电炉，建议按热装方式生产，中低碳锰铁产品冶炼电耗低于580KWH/T；若无锰硅电炉，只能采用冷装方式，中碳锰铁产品电耗在1800KWH/T左右。

两种生产方式均采用电硅热法精炼电炉。精炼电炉为间歇式生产，冶炼过程分补炉、引弧、加料、熔化、精炼和出铁几个时期。根据国内冶炼中低碳锰铁先进经验，本项目采用两台6300KVA 精炼炉，单台电炉日产55～60吨，两台电炉日产110～120吨；两台电炉年产量大于36000吨，与年产36000吨锰硅项目匹配。

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一工艺说明

（一）原料

电硅热法生产中低碳锰铁的原料有锰矿、锰硅合金和石灰。

锰矿：要求使用含Mn>40%，Mn/Fe>7,P<0.1,SiO2<15%的富锰氧化矿。如果使用含锰低、含SiO2高的贫矿，不但锰的回收率低、脱硅慢、渣量大，而且很难炼出低碳锰铁

冶炼中低碳锰铁不宜采用烧结矿和富锰渣。

锰矿的粒度应不大于50mm，水分应小于6%。锰矿水分对各项技术经济指标有一定的影响，例如用含水10.%～20%的锰矿与含水小于3%的同种锰矿相比，前者比后者锰的回收率低4～6%，产量低10%~20%，单位电耗高15%~20%。

锰硅合金：中低碳锰铁的含碳量基本上取决于锰硅合金的含碳量，根据冶炼不同牌号的中低碳锰铁来确定所用锰硅合金的含碳量和与其相应的含硅量，生产上可通过不同含碳量的硅锰合金搭配，使其含碳量满足要求。

要求锰硅合金含锰越高越好。在所炼产品含锰一定的条件下，所用锰硅合金含锰越高，锰矿的允许含铁量也越高，使用含铁高的锰矿，对加速脱硅、减少渣量和降低电耗是有

益的。实践证明锰硅合金含锰每提高1%，所用锰矿含铁量允许提高0.7%~1%。我国用于生产中低碳锰铁的锰硅合金含锰通常为

67~69%。

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采用冷装时，锰硅合金的粒度小于30mm，并去掉高碳层。采用液态锰硅合金兑入法，热兑时将渣扒干净。

石灰：生产中低碳锰铁所用的石灰，要求含

CaO>85%,P<0.02%,SiO2<3%，粒度8～40mm。不得带有碳质夹杂物，不应使用粉状、未烧透的石灰。

（二）冶炼原理

炉料中的锰矿石在受热过程中，锰的高价氧化物随着温度的升高逐步分解，变成低价氧化物。锰矿受热分解生成Mn3O4,以后，在继续升温的同时，部分高价氧化物直接与硅反应生成低价氧化物或锰金属，其反应如下：

2 Mn3O4 + Si = 6MnO + SiO2

Mn3O4 +2 Si = 3Mn + 2SiO2

未被还原的Mn3O4受热分解成MnO，熔化进入炉渣中，继续被合金溶液中的硅还原，其反应式为：

2MnO + Si = 2Mn + SiO2CaO

由于反应生成物MnO与SiO2结合成硅酸盐（MnO·SiO2），造成反应物MnO的活度降低，正向反应变得困难。为了提高MnO 的还原效果，提高锰的回收率，需要在炉料中配入一定量的石灰，将MnO从硅酸锰盐中置换出来。其反应式为：

MnO·SiO2 +CaO = MnO + CaO SiO2

富锰渣或锰矿是锰的氧化物的来源。使用富锰渣时能得到较

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低磷含量的中低碳锰铁，但是富锰渣中的SiO2较高,MnO 以

2MnO·SiO2状态存在，MnO的还原较困难，而锰矿中的锰多以MnO2的形式存在，MnO2在炉内受热分解成Mn3O4

根据熔炼进行的反应来看，加入石灰对提高炉渣碱度是有利的。但是碱度不宜过高，因为碱度过高，会增加渣量使炉渣变稠，反应不活跃，同时还会使炉温升高，电耗增加，锰的挥发损失也增加。因此实际生产中通常把炉渣碱度

( CaO + MgO ) / SiO2控制在1.3～1.7 的范围内。

（三）冶炼工艺

生产中低碳锰铁的传统方法，采用的精炼炉多为倾动式的石墨电极精炼炉。中低碳锰铁的冶炼过程分补炉、引弧、加料、熔化、精炼和出铁几个时期。

补炉：炉衬用镁质材料筑成（镁砖或镁质捣打料）。由于炉衬经常处于高温下工作，即要承受炉渣和金属的侵蚀，又受到电弧高温的作用，因而炉底和炉膛随着冶炼时间的延长而逐渐变薄，尤其是出铁口更易损坏。为了保护炉衬，在上一炉出完铁后，要立即进行堵出铁口和补炉。

引弧、加料和熔化：补炉结束后加入石灰，随之加部分锰硅合金引弧，再将其余混合料一次加入炉内。炉料加完后，电力可给至满负荷。为减少热损并缩短熔化期，要及时将炉

膛边缘的炉料推向电极附近和炉心，但要防止翻渣和喷溅。待炉

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料基本熔清后（此时合金含硅已降至3~6%，炉渣碱度和含锰量也接近终渣），便进入精炼期。

精炼：由于在熔化末期炉渣温度已达到1500~1600℃，脱硅反应已基本结束，故精炼期脱硅速度减慢。为加速脱硅，缩短精炼时间，应对熔池进行多次搅拌，并定时取样判断合金含硅量，确定出铁时间。合金含硅量一般控制在1.5～2.0%的范围内。合金含硅量可通过肉眼观察合金试样在冷凝过程中的表面和断面特征来判断：当合金含硅量小于0.8%，液体试样黏稠，流动性不好，试样表面皱纹多，断面暗，结晶细，易打碎；当合金含硅在1.5～2.0%时，试样表面黑皮部分剥落，结晶细密，断口呈灰白色，有光泽，不易碎；当合金含硅量大于2.0%时，液体试样流动性好，试样表面光滑，没有皱纹，试样表面黑皮几乎全部剥落，断口呈玻璃状，无结晶，不易打碎，此时应继续精炼。当精炼一段时间后，合金含硅量还高，可往炉内加入一些锰矿和石灰，继续精炼至含硅量合格后方可出炉。延长精炼时间，能使渣中含锰量降低，但会导致锰的挥发损失和电能消耗的增加。因此不宜过分强调渣中含锰量。

出铁：当合金含硅量基本达到要求时，即可停电进行镇静，使渣中金属粒充分沉降，然后出铁。出铁时，合金和炉渣一起流入铁水包，由于出铁时炉渣和合金间产生混冲作用，

所以在炉外还可脱去0.2~1 %的硅。与高碳锰铁相同，使用的铁水

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