我国锰系合金生产工艺介绍

我国锰系合金生产工艺介绍

锰铁：锰和铁组成的铁合金。主要分类：高碳锰铁（含碳7%）、中碳锰铁（含碳1.0～1.5%）、低碳锰铁（含碳0.5%）、金属锰、镜铁、硅锰合金。

高炉冶炼

一般采用1000米3以下的高炉，设备和生产工艺大体与炼铁高炉相同。锰矿石在由炉顶下降的过程中，高价的氧化锰（MnO2，Mn2O3，Mn3O4）随温度升高，被CO逐步还原到MnO。但MnO只能在高温下通过碳直接还原成金属，所以冶炼锰铁需要较高的炉缸温度，为此炼锰铁的高炉采用较高的焦比（1600公斤/吨左右）和风温（1000℃以上）。为降低锰损耗，炉渣应保持较高的碱度（CaO/SiO2大于1.3）。由于焦比高和间接还原率低，炼锰铁高炉的煤气产率和含CO量比炼铁高炉高，炉顶温度也较高（350℃以上）。富养鼓风可提高炉缸温度，降低焦比，增加产量，且因煤气量减少可降低炉顶温度，对锰铁的冶炼有显著的改进作用。

电炉冶炼

近年来，国内外众多铁合金厂家就如何在硅锰冶炼中提高锰元素回收率，进行了深入的研究和时间。虽然在工艺配比、渣型选择、配送点制度等方面存在不尽相同的观点，但这些厂家均通过时间提高了回收率。“精料入炉，优化配料”是合金生产的发展方向之一，不同理化性能原料的搭配在很大程度上影响着铁合金的各项经济技术指标。

提高入炉有效功率。电炉设备参数和电器操作制度对炉内冶炼熔池温度影响较大，温度差异直接影响化学反应速率。根据设备参数及实际原料条件合理地选择供电制度，确定合适的二次电压、二次电流、有功功率，使电炉熔池和极心圆功率密度达到最理想状态，电炉甚至可以通过超负荷运行来确保熔池达到足够高的冶炼温度。温度越高，MnO和SiO2还原进入合金的程度越大，其中MnO和SiO2对还原温度的要求更高。在铁合金电炉内，主要存在由电能向热能的转化，即提高有效入炉功率有利于提高炉膛温度，同时有利于促进Mn和Si的还原。

选择合理的工艺制度。锰硅合金炉料配比以精料入炉为原则，入炉原料的有效成分应包括Mn、Fe、SiO2的总和（下问题到的有效成分皆同上），有效成分越高，即主要元素的富集度越高，越有利于增大

锰矿石还原反应速率，MnO和SiO2还原形成合金的程度越深。

以某企业冶炼锰硅合金FeMn68Si18牌号为例，锰矿石700公斤/批，配比中富锰渣占主料的30%以上，白云石30公斤/批，综合有效成分占51.5%，生产过程中硅的回收率不到50%，锰回收率为85%，渣铁比大于1。选择低渣铁比生产工艺以后，该企业碱度控制由0.4提高到0.55以上，配料有效成分明显提高；富锰渣使用量一般控制在6%～11%，另外配入10%的高自然碱度矿石（平均含CaO15%），可以减少甚至不加白云石，综合有效成分占53.67%。

经过实践，采用该方法后硅的回收率明显提高，达到60%以上，锰回收率达到91%以上，渣铁比小于0.8。

在原料配比中，要满足锰硅合金生产FeMn68Si18牌号的要求，Mn/Fe比控制在5.3～5.8，锰铁比意味着相对氧化铁含量高，这就需要对熔池内的冶金化学反应提供良好的热力学及动力学条件。因为炉料的氧化铁比氧化锰易还原，预先出来的铁与锰形成共熔体，可极大地改善MnO的还原条件。

焦炭对冶炼的影响。焦炭入炉粒度和配入量必须根据矿石粒度结构、有效成分、导电性及电极长短进行调整，其对锰硅合金的冶炼生产起着关键作用。焦炭曾处于固态的炉料层与液态的冶炼层之间，其厚度和部位决定电极工作端的位置和电炉操作的稳定性，不同容量的电炉和不同的工艺参数的锰硅电炉有各自的标准，最佳的焦炭层部位能保证电极插入足够的深度和合适的冶炼熔池坩埚。焦炭的粒度大小和配入量还直接影响炉料的比电阻，应通过焦炭来调整炉料比电阻，使电炉炉况稳定。粒度过大或量过多，会导致炉料比电阻减小，导电性增强，电极上抬，焦炭层增厚，焦炭层的部位上升，炉膛熔池坩埚缩小。同时，刺火塌料现象增多，炉温降低，影响MnO和SiO2的还原，造成除铁排渣不畅，锰挥发损失加大。

容积对冶炼的影响。溶剂配入的主要目的是确保顺利排渣，一些研究认为，通过加入碱性溶剂提高炉渣碱度可保证排渣顺利，此法虽利于排渣，但同时制约了SiO2的还原，增大渣量，降低了锰回收率。这主要是因为SiO2活度随着碱度的增大而越来越小，SiO2还原的热力学条件严重恶化，会导致硅回收率迅速减小。在生产锰硅合金时较高或合适的炉渣碱度是依靠提高SiO2的还原率来达到的，只有SiO2的还原率得到提高，锰回收率才能有效提高。

优化冶炼操作工艺。在锰硅合金冶炼过程中，物理变化和化学变

化反应是同时进行的，为确保入炉原料熔化速度和主要组分MnO和SiO2的还原冶金反应速率相匹配，加强工艺操作管理是必不可少的。

第一，应采用恒定功率配送电操作制度。由于锰硅合金冶炼是有渣法冶炼，在炉内存在焦炭层。焦炭层不仅可吸收大部分电能产生热量，吸收电极端部部分过热的热量防止电弧的产生，同时也是化学反应最激烈的临界层。因此，配送点应注意确保三项电极插入深度一致，保持固定的熔池反应区域，并保持恒定功率输入。操作过程不要频繁移动电极；加大负荷时，应增加电流最小的电极，并按由小至大的次序增加；减小负荷时，应先减少电流量最大的电极，并由大至小减少。

第二，要加强炉面操作管理。炉台应严抓炉眼维护工作，基本保持炉眼深堵30mm以上，这是有效减少炉眼事故的主要途径；及时封补炉眼，可减少出现塌料现象。另外，要加强出铁准备工作，缩短出铁时间，以减少热量损失。

锰铁的还原冶炼有熔剂法（又称低锰渣法）和无熔剂法（高锰渣法）两种。熔剂法原理与高炉冶炼相同，只是以电能代替加热用的焦炭。通过配加石灰形成高碱度炉渣（CaO/SiO2为1.3～1.6）以减少锰的损失。无熔剂法冶炼不加石灰，形成碱度较低（CaO/SiO2小于1.0）、含锰较高的低铁低磷富锰渣。此法渣量少，可降低电耗，且因渣温较低可减轻锰的蒸发损失，同时副产品富锰渣（含锰25～40%）可作冶炼锰硅合金的原料，取得较高的锰的综合回收率（90%以上）。现代工业生产大多采用无熔剂法冶炼碳素锰铁，并与锰硅合金和中、低碳锰铁的冶炼组成产流程。

现代大型锰铁还原电路容量达40000～75000千伏安，一般为固定封闭式。熔剂法的冶炼电耗一般为2500～3500千瓦·时/吨，无熔剂法的电耗为2000～3000千瓦·时/吨。

锰硅合金用封闭或半封闭还原电炉冶炼。一般采用含二氧化硅高、含磷低的锰矿或另外配加硅石为原料。富锰渣含磷低、含二氧化硅高是冶炼锰硅合金的好原料。冶炼电耗一般约3500～5000千瓦·时/吨。入炉原料先作预处理，包括整粒、预热、与还原和粉料烧结等，对电炉操作和技术经济指标起显著改善作用。

电炉精炼

中、低碳锰铁一般用1500～6000千伏安电炉进行脱硅精炼，以锰硅、富锰矿和石灰石为原料，其反应为：

MnSi+2MnO+CaO→3Mn+2CaO·SiO2