硅锰合金的冶炼

关于硅锰合金的冶炼方式和方法

邓绍鑫、邓元华

内容摘要：硅锰合金是炼钢中常用的复合脱氧剂，因此，世界上对于硅锰合金的冶炼都十分的重视。本文通过对硅锰合金的冶炼过程进行剖析阐述，客观上总结了国内外硅锰合金冶炼的技术手段和方法。

关键词：硅锰合金复合脱氧剂冶炼

硅锰合金是炼钢常用的复合脱氧剂，又是生产中，低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。

硅锰合金可在大中小型矿热炉内采取连续式操作进行冶炼。目前，世界上硅锰合金电炉正向大型化、全封闭的方向发展，南非1975年投产了一台88000KVA的大型硅锰合金电炉。

表1-1某厂冶炼中低碳锰铁自用硅锰合金牌号及成分

生产硅锰合金的原料有锰矿、富锰渣、硅石、焦炭。

生产硅锰合金可使用一种锰矿或几种锰矿（包括富锰渣）的混合矿。为保证炼出合格产品，矿石中的锰铁比和锰

磷比应满足一定要求，见表1-2所示。所用的锰矿含锰越高，

表1-2

各项指标越好，图1-1为锰

矿品位对硅锰合金技术经

济指标的影响。锰矿中二氧

化硅含量通常不受限制。采用含二氧化硅较高的锰矿

（30~40%SiO 2）来冶炼硅锰合金在技术上是允许的，在资源利用上是合理的。

锰矿中的杂质P 2O 5要低，P 2O 5使合金中磷含量升高。锰矿粒度一般为10~80mm ，小于10mm 不超过总量的10%。

对于硅石的要求，SiO 2≥97%，P 2O 5＜0.02，粒度10~40mm ，不带泥土及杂物。

图

1-1

对于焦炭的要求，固定碳≥84%，灰分≤14%，焦炭粒度，一般中小电炉使用3~13mm，大电炉使用5~25mm。

对于石灰的要求与碳素锰铁对石灰的要求相同。

为了改善硅的还原，炉料中必须有足够的SiO2使在酸性渣中进行冶炼，渣中SiO2过高，会使排渣困难，通常冶炼硅锰合金的炉渣成分：

（SiO2）=34~42%，CaO+MgO

=0.6~0.8 Mn＜8% SiO2

锰的高价氧化物不稳定，受热后容易分解和被CO还原成低价的氧化物MnO，在1373K~1473K的温度区间，锰的高价氧化物已经分解或还原成MnO。MnO较稳定，只能用碳直接还原，由于炉料中SiO2较高，MnO在没开始还原时就与它反应成硅酸盐，富锰渣中的硅锰也是硅酸盐的形式存在，因此从MnO中还原锰的反应，实际上是液态炉渣的硅酸盐中进行还原的。

由于锰与碳组成稳定的化合物Mn3C，用碳还原MnO 得到的不是纯锰，而是锰的化合物Mn3C。

MnO·SiO2+ 4

C=

1

Mn3C+SiO2+CO 3 3

炉料中的氧化铁比氧化锰容易还原，还原出来的铁与锰组成共熔体，大大改善了MnO的还原条件。

温度升高，硅也被还原出来，其反应式是：

SiO2+2C=Si+2CO

由于硅与锰生成比Mn3C更稳定地化合物MnSi，当硅遇

到了Mn3C时，Mn3C中的碳被排挤出来，使合金含碳量下降，其反应式为：

1/3Mn3C+Si=MnSi+1/3C

被还原出来的硅越多，碳化物破坏得越彻底，合金的含碳量就越低。

用碳还原炉料中的硅和锰生产硅锰合金，其总反应式：

MnO·SiO2+3C=MnSi+3CO △F o=3821656.6-2435.67T

由于还原出来的硅与锰结合生成MnSi，从而改善了还原条件。

合金中的含硅量越低，SiO2的开始还原温度越低，例如，冶炼硅锰20时，SiO2开始还原温度为1763K，冶炼硅锰14时为1748K。

生产硅锰合金的工艺与生产碳素锰铁基本相同，但在炉况的掌握上比生产碳素锰铁要难些。为此在操作上更要求做到精心细致，正确的判断炉况和及时处理。

正常炉况的标志是电极插入深度合适，炉料均匀下沉，炉口冒火均匀，成分稳定和各项技术经济指标良好。准确的配料比是保证得到正常炉况的关键。

配料比中的主要问题是配碳量问题。当炉料中还原剂过多时，炉料导电性增强，电流上涨电极上抬，坩埚缩小，疵火塌料现象增多，炉口的外观和炼硅铁时的还原剂过多时有些相同，由于炉料中有过多的还原剂，二氧化硅还原较多因而合金中硅高。若还原剂过剩量太大，电极上抬很严重，炉

底温度低，合金中硅含量反而下降。

当炉料中还原剂不足时，电极下插深，炉口火焰低，发暗，由于还原剂不足，渣中二氧化硅高，渣发粘，出铁时铁渣不分，合金中硅低碳高。

配碳量是根据公式计算出来的，但要把炉上的一些实际情况考虑进去。例如炉渣碱度大渣稀，出铁带走的生料多，配料量可以大些，又如旧的出铁口炉眼大，出铁时带走的焦炭多，配碳量也要大一些。

炉渣的碱度对硅锰合金的冶炼也有很大的影响。

碱度过高，成渣温度大大下降，炉内温度提不高，加之CaO与SiO2结合成硅酸盐，这些都使SiO2的还原困难，合金含硅量上不去。此外，碱度过高，炉渣过稀，出铁时带走的生料多，出铁口也容易烧坏，炉眼也不好堵，因此碱度太高是不好的。

碱度太低，渣发粘，排渣困难，排渣不彻底，容易引起翻渣，碱度太低，电阻大，炉渣的导电性大大下降，常常给不满负荷，因而炉温低，坩埚缩小，化料速度慢，生产率低。由于炉温低和渣发粘，SiO2还原发生困难，合金中硅低碳高，渣中跑锰多。

生产中可根据渣量和渣的流动性来判断炉渣碱度，正常冶炼时，每炉的渣量和铁量在一定范围内波动。若出渣过多，出铁较少，说明碱度高；若渣量少，流不出来，出铁口挂渣，说明碱度低。炉渣的流动性和碱度直接相关，渣稀，碱度就

高、渣粘、碱度就低。

二氧化硅是较难还原的氧化物，它的还原程度与还原剂的用量特别是与炉温有关。因此，冶炼硅含量较高的硅锰合金除适当增加还原剂的用量外，关键是怎样提高炉内的温度。

我们知道，在连续冶炼法中，炉渣的熔点对炉温有很大的影响。在冶炼硅锰合金时，因为炉渣中的SiO2和MnO在12400C会组成低熔点的共晶体，而从MnSiO3中还原得到含硅20%的开始还原温度为14900C，因此冶炼高硅硅锰合金的主要困难也是炉温问题。

锰矿的品位和块度对炉温是有影响的。锰矿含锰越高，渣量就少，炉温容易上去。锰矿块度大，透气性好，整个炉口冒火，料层均匀下沉。原料预热好，落入下部反应区时带入较多的热量，同时块度大，熔化很慢，成渣温度也高，这都有助于炉温的提高。

提高合金的含硅量，还要有一个合适的炉渣成分。生产实践指出，当碱度（CaO/ SiO2）在0.5~0.7之间，合金含硅量高。此外，炉渣中含有少量的（5~7%）MgO能大大改善炉渣的流动性，又利于炉温的提高，这都能促进SiO2的还原。

电极工作端的长度对炉温是有直接影响的。9000~12500KVA 的电炉冶炼硅锰合金时电极的正常埋入深度为1.2~1.4米，工作电压为130~145V；3000~6000KVA的电炉冶炼硅锰