纯净高硅硅锰合金的生产工艺分析_张宇

图4 样品腐蚀物去除处理 7.结论
通用汽车公司GMW 14872-2010标准的发布，将汽车产品的耐 腐蚀的要求提到一个更高的水平。该标准与其他一些循环腐蚀试验 标准相比有两个非常显著的特点。
第一，它对不同试验阶段的转换时间作出了规定。如潮湿阶段1 小时内完成转换，干燥阶段3小时内完成转换。而且将转换时间的长 短对试验结果的影响也作出了说明，以便标准的使用者对试验过程 中出现的腐蚀质量损失值偏移作出调整。这在其他一些标准中是没有 的，如VDA 621-415标准中，仅规定了三种试验状态，但是对三种试 验状态的转换没有提出要求，那么使用一台多功能的循环腐蚀试验 箱自动转换状态实施试验和采用三台单一功能的试验箱由人工转换 实施试验，其结果会有相当大的差异。
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《科技与企业》杂志 2013年1月（下） 257
科技专论
循环数和最终循环数（见表1）的线性关系，从最终目标值（见表1）中 计算出来，以克为单位。
对 于 各种不 同 试 验 条 件质 量 损 失 值与 损 失片 的厚度 成函数 关 系。试验必须实施质量损失值达到标准规定的数值。而达到规定质 量损失值的所需的循环数在表1给出了规定。
3.纯净高硅硅锰合金几种常见生产工艺 目前，我国用于纯净高硅硅锰合金的常见生产工艺主要有以下几 种: 3.1一步法 一步法是合冶炼中较常用的一种方法，由于此工艺渣层能达到 良好的脱碳效果，且设备投资较小，在我为应用较为普遍。利用一步
法进行纯净高硅硅锰合金冶炼时，由于所产生的渣量较大，因此除了 要注意锰矿的入炉口位和Mn/Fe配比外，还要注意CaO/SiO2配比。 在实际冶炼中，应用一步法冶炼纯净高硅硅锰合金，要控制渣量就要 从渣型选择、炉况、技术指标、经济指标等方面进行控制，而这些最 终都受到炉渣性能的影响。一般来说，采用一步法生产纯净高硅硅锰 合金时，炉渣碱度需要控制在0.8左右，此外还需要考虑炉渣粘度和 电导率等问题。
4.3熔炼操作优化 在硅锰合金的生产中，合金中的[Si]达到位25%左右时，要想再提 高[Si]含量较为困难，含量越高难度越大。在熔炼操作中，加入一定量 的硅铁可以有效的提升合金中的[Si]含量，并减少中间过渡产品的生 成，随着冶炼的不断进行，可以慢慢撤掉硅铁，能过调整焦碳与硅石 的配入量来满足合金成分的需要。由于纯净高硅硅锰合金的冶炼需 要配入大量硅石，因此炉渣粘度极高，极容易附着在炉内，在生产过 程中每炉渣铁必须排放干净，否则极容易引起起翻渣。此外，纯净高 硅硅锰合金出炉温度极高，对出铁口的侵蚀极为严重，在熔炼操作中 还需要精心维护出铁口，经常剔净出铁口炉渣，修补出铁口，否则极容 易烧坏炉眼或堵不上炉眼。 4.4降碳降磷优化 在纯净高硅硅锰合金生产中，金属熔体中存在硅和碳的平衡，不 同温度下硅和碳的活度积不同，在一定温度下熔体中硅含量越高则 碳含量越低，因此要采用相应的措施来提高硅含量。可以采用降低温 度使碳以SiC和其它复合碳化物形式析出的方法来降低碳含量，如出 炉后将熔体静一段时间再浇铸即可以效降低碳含量。还原脱磷是纯 净高硅硅锰合金生产中常用的降磷方法，利用还原脱磷过程将磷还 原为单质磷，在高温下挥发成气相。在生产中，提高铝含量能有效降 低磷含量，但将会增加成本，通常采用提高硅含量的方法来达到脱磷 要求。但在脱磷中要注意回磷现象，避免气相磷重新进入合金之中， 因此要控制好脱磷时间。
注意: 本节试验监控中所定义的流程中规定的质量损失片的质 量损失值可以用来检查试验的进程以及确保试验在正确的进行。腐 蚀质量损失值的增加应该与文件中规定的暴露值一致。当测得的质 量损失值没有落在表1中对应循环所规定的目标区间时，那么试验如 果需要继续进行，在继续进行试验之前，造成质量损失值不达标的原 因必须被调查出来并且加以纠正。
3.2二步法 二步法也称重熔法，是一种利用普通锰硅和固态硅铁重熔或液 态热兑，用以生产纯净高硅硅锰合金的一种冶炼方法。通常二步法又 分为电炉法与中频炉法，电炉法涉及到造渣但产量较高，中频炉法的 原料范围比电炉法更广，但炉衬挂渣较为厉害。相对来说，二步法比 一步法的热利用率较高，但车间联动能力较弱，投资相对更高。但由 于采用二步法炉况较容易控制，且容易实现渣型的转换，因此在我国 合金冶炼中应用也较为广泛。 3.3摇包法 摇包法是将液态中锰渣与硅铁在炉外摇包中生产，以冶炼纯净 高硅硅锰合金的一种方法。采用摇包法冶炼纯净高硅硅锰合金，先将 预热的锰矿、白灰、液态锰硅合金加入到摇包中，然后摇动，借助炉 料的显热与潜热，使炉料熔化并产生精炼反应。这种方法最初主要用 于中低碳锰铁生产中，在纯净高硅硅锰合金的生产中，与中低碳锰铁 冶炼的操作方法一样，但需要注意控制炉渣碱度，保持炉渣中的锰含 量。在摇包法生产中，Si既是还原剂也是添加剂。 3.4几种冶炼方法的优缺点 一步法投资小，成本较低，具有较好的发展前景，但其原料组织 和还原剂控制较为复杂，同时挂硅附加硅铁的时间控制要求较高， 容易因此影响产品质量；二步法操作灵活、品种综合回收率高，但主 要适用于多品种、小批量的生产，用于大容量的生产控制极为严格 控制，炉龄也较短，生产成本较高；摇包法在生产纯净高硅硅锰合金 时，其自热利用能力较高，锰铁回收率较低，同时锰渣与硅铁的开始 反应温度和反应数量的控制较为复杂，产量起伏很大甚至会出现无 铁现象。
4.纯净高硅硅锰合金生产工艺优化分析 在纯净高硅硅锰合金生产中，极容易出现炉况波动大、生产指 标不稳定、锰矿利用率不高等问题，要优化纯净高硅硅锰合金生产工 艺，可以从以下几个方面进行： 4.1矿热炉的选择优化 在纯净高硅硅锰合金生产中，硅的还原实际上是一个吸热反应 的过程，温度越高越有利于硅的还原，越容易提高合金中硅的含量。 此外，纯净高硅硅锰合金冶炼时，初期焦炭的配入量通常都较为充 足，甚至会有过剩现象，这时极容易在电极周围产生刺火现象，如果 炉内布料状况较好，在产生刺火现象时炉料能够极好的堆积到电极 的根部压住电极产生的弧光，避免和减少电极刺火对矿热炉内部造 成的破坏。因此根据纯净高硅硅锰生产标准的需要，用于纯净高硅 硅锰生产的矿热炉应当具有较高的炉膛温度，同时还应具有较好的 炉内布料状况。例如，在吉林铁合金有限责任公司所采用的确401半 封闭矿热炉，即可以要用人工堆料的方法来压住电极刺火，同时还能 有效的增加化料速度，再加上较高的熔炼温度，可以获得较好的生产 指标。 4.2渣型选择优化 合 适 的 渣 型 对 于 纯 净 高 硅硅 锰合金 的 生 产 有着极 为重要 的 意 义。纯净高硅硅锰合金中Si的含量要求较高，需要达到61%以上，因 此在生产中必须配入大量的焦炭和硅石。在以往的生产中，为了避免
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纯净高硅硅锰合金的生产工艺分析
张宇 西安钢研功能材料责任有限公司
【摘 要】高硅硅锰合金是一种用途较广，产量较大的铁合金，主 要应用于低碳锰铁、金属锰、高强度焊条的生产中，对其产品中的各种元 素含量有着严格的限制。本文就纯净高硅硅锰合金的几种生产工艺进行 了分析，并提出了一些优化措施。
【关键词】纯净；高硅硅锰合金；生产工艺
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加入大量焦炭和硅石引起起翻渣，通常会采用增加大量锰渣配入量 的方法以提高炉渣碱度。但这种作法会使渣碱度极高，甚至达到中性 渣的水平，实际上这样所获得的炉况效果并不好，极容易因为Sio氧化 反应凝结堵塞烟囱，经常绕坏胶管甚至一个班次烟囱堵塞五六次以 上，严重影响生产效率和生产安全。同时，大量加入锰渣配入量，还 会引起起炉温过高、刺火严重等现象，给水套、侧板、圈梁等带来威 胁。因此，必须注意合适的渣型，根据实践验证，终渣大碱度控制在 0.6- 0.8之间最为合 适。炉渣内CaO或 M g O 含量增时，炉渣 粘度都能 够降低，但相对来说钙渣型比镁渣型更为稳定，因此从镁渣型中还原 Si比钙渣型中还原Si更为容易。
这两点充分体现了该标准的严密性。 最后，从该覆盖范围和质量损失值可以看出，国外的汽车企业对 试验积累了大量的试验数据，开发出了各种各样的试验方法。在我国 目前大力发展汽车产业的今天，我们也要积累我们自己的知识、信息 和经验，不但扩大我们的产能和产品设计研发能力，也要加强我们试 验的设计能力，从而全方面的提高我们的核心竞争力。
1.引言 硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的铁合金，用 途较广产量较大，主要作为锰的替代品应用于低碳锰铁、金属锰和高 强度焊条的生产中，是钢铁生产的脱氧剂和合金剂的中间料，更是低 碳锰铁生产的主要原料。作为金属锰的替代品，高硅硅锰合金中C、P 等杂质的含量已经达到了较低的水平，但随着钢铁工业结构的调整， 对铁合金产品的生产质量提出了更高的要求，这就需要对硅锰合金中 P、C等杂质含量进一步进行控制。本文就纯净高硅硅锰合金的几种 生产工艺进行了分析，并从温度控制、原材料等方面提出了一些有效 的优化措施。
参考文献 [1]GMW 14872-2010 Cyclic Corrosion Laboratory Test [S]. [2]VDA 621-415-1982 Paint testing, testing or road vehicle finishes
underexposure to cyclically alternating climates [S]. [3]DIN 50021-1988 Salt Spray Testing [S].
2.纯净高硅硅锰合金生产原理与操作要点 2.1纯净高硅硅锰合金产品生产执行标准 表1 纯净高硅硅锰合金产品执行标准
项目 Mn Si C
P
S Fe Cr V
B
Ti
Hg
执行 >61 >28 <0.01 <0.05 <0.03 余量 >0.5 <0.15 <0.02 <0.5 <10ppm
标准
2.2纯净高硅硅锰合金生产原理 纯净高硅硅锰合金的生产原理同硅锰合金的生产原理基本相 同，都是在矿热炉中用炭同时还原锰矿石和硅石中的氧化锰和二氧 化硅而炼制生产的论，可以在大、中、小型矿热炉内采取连续续式操 作进行冶炼。在纯净高硅硅锰合金冶炼过程中的主要化学反应有以 下三种： (MnO)+(1+x)C=[MnCx]+CO (SiO2)+2C=[Si]+2CO (SiO2)+2C+(MnCx)=MnSiCx+2CO 同普通硅锰合相比，其区别在于产品的合金[Si]含量上的不同， 以及已生成碳化物的破坏形式上的不同。当[Si]<23.5%时，对已生成 碳化物的破坏形式为: (Mn,Fe)7C3+7Si=7(Mn,Fe)Si+3C 当[Si]>23.5%时，对已生成碳化物的破坏形式为： (Mn,Fe)7C3+10Si=7(Mn,Fe)Si+3SiC 2.3纯净高硅硅锰合金冶炼操作要点 从硅锰合金生成的热力学条件可以看出，要达到越高的硅含量 所需要的还原反应温度就越高，因此纯净高硅硅锰合金的生产需要 比普通硅锰合金的生产更高的炉温，同时还需要从原材料、炉渣、反 应区域等方面为纯净高硅硅锰合金的冶炼提供必要条件。在原料、设 备条件都处于最适宜的情况下，配料比对炉况的保持非常关键，其中 需要考虑原料成分、水分含量、粒度变化等，最为关键的是要掌握好 焦炭的用量、原料粒度、精料入炉。纯净高硅硅锰合金能否冶炼成功， 炉渣能否顺利排出极为关键。虽然出铁口较容易用铁杆捅穿，但为了 防止出炉时铁杆熔化增铁，通常都不用铁杆烧出铁口。