硅锰合金

硅锰合金及生产工艺

硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金，是一种用途较广、产量较大的铁合金。锰硅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。

1.概述

锰和硅是碳钢中所用的主要合金元素。锰是炼钢过程中最主要的脱氧剂之一，几乎所有的钢种都需要用锰来脱氧。因为用锰来脱氧时所生成的氧产物熔点较低，易于上浮；锰还能增大硅和铝等强脱氧剂的脱氧效果。所有的工业钢都需加入少量的锰作为脱硫剂，使钢能进行热轧、锻造及其它工艺而不致断裂，锰还是各钢种中最重要的合金元素，在合金钢中也会添加15%以上的锰以增加钢的结构强度。硅是生铁和碳钢中仅次于锰的最重要的合金元素。在钢生产中，硅主要用作熔融金属的脱氧剂，或作为合金添加剂使钢增加强度和改善其性能。硅还是一种有效的石磨化介质，它能使铸铁中的碳变成游离的石磨碳。加入标准灰口铸铁和球墨铸铁中的硅可达4%。而大量的锰和硅都是以铁合金的形式添加到钢液中的：锰铁、硅锰和硅铁。

生产锰硅合金的原料有锰矿、富锰渣、硅石、焦炭、白云石（或石灰石）、萤石。生产锰硅合金可使用一种锰矿或几种锰矿（包括富锰渣）的混合矿。由于锰硅合金要求铁、磷含量比高碳锰铁低，故要求冶炼锰硅合金的锰矿有更高的锰铁比和锰磷比。所用的锰矿含锰越高，各项指标越好。

2.工艺技术

硅锰合金是在矿热炉中用炭同时还原锰矿石（包括富锰渣）和硅石中的氧化锰和二氧化硅而炼制生产的。锰硅合金的生产在矿热炉内进行，使用碳质还原剂、锰矿石、富锰渣、烧结锰矿、焙烧锰矿和硅石作原料，石灰、白云石、萤石等作熔剂在电炉内连续生产。

3.硅锰合金矿热炉

矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，亦称还原电炉或矿热电炉，电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料。它主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料。其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培石墨电极。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料，因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属，陆续续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。

（1）结构特点：

矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉。主要由炉壳，炉盖、炉衬、短网，水冷系统，排烟系统，除尘系统，电极壳，电极压放及升降系统，上下料系统，把持器，烧穿器，液压系统，矿热炉变压器及各种电器设备等组成。

1—炉衬；2—炉壳；3—炉盖；4—旋转机构；5—把持器；6—电极；7—加料系统；8—电极升降压放系统

矿热炉设备共分三层布置

第一层：炉体（包括炉底支撑、炉壳、炉衬），出铁系统（包括包或锅及包车等），烧穿器等组成。

（1）电炉炉体：炉壳、炉衬和出铁口等组成。电极下部时主要反应区，电能通过电弧和电阻转化为热能。炉膛的几何尺寸对炉内电流分布和热分布影响很大。离电极较远的区域容易形成死料区，为改善炉膛温度分布，许多大型电炉装设炉体旋转机构，在水平方向上单向转动或往复120°转动。

矿热炉炉膛结构示意图

1—预热区；2—烧结区；3—还原区；4—电弧区；5—熔池区；

6—假炉底；7—死料区；8—电极；9—炉衬；10—出铁口

第二层：（1）烟罩。矿热炉目前大多数采用密闭式、或半密闭式矮烟罩结构，具有环保和便于维修，改善操作环境的特点。采用密闭式结构还可把生产中产生的废气（主要成分是一氧化碳）收集起来综合利用，并可减少电路的热损失，降低电极上部的温度，改善操作条件。

（2）电极把持器。大多数矿热炉都由三相供电，电极按正三角形或倒三角形，对称位置布置在炉膛中间。大型矿热炉一般采用无烟煤，焦碳和煤沥青拌合成的电极料，在电炉冶炼过程中自己培烧成的电极。

自焙电极烧结示意图

（3）短网

短网平面布置图

短网立面布置图

（4）铜瓦

（5）电极壳

自焙电极壳一般由1.25—3mm的薄钢板焊接而成，每节长约1m，在钢制圆筒内焊有6—8个筋片，其高度约为电极直径的0.2—0.35倍，筋片上开有三角榫或圆孔。

（6）下料系统

（7）倒炉机

（8）排烟系统

（9）水冷系统

（10）矿热炉变压器

（11）操作系统

第三层：（1）液压系统

（2）电极压放装置

（3）电极升降系统

液压传动电极升降机构

1—电极；2—导电颚板；3—锥形环把持器；4—软铜带；5—集电环；

6—电极护筒；7—电极升降油缸；8—下闸环；9—上闸环

（4）钢平台

（5）料斗及环行布料车

其他附属；斜桥上料系统，电子配料系统等

4.硅锰合金冶炼原理

用炭还原MnO和SiO2,锰首先被还原出来生成锰的碳化物，随着温度的升高硅也被还原出来。硅与锰生成比Mn3C稳定的硅化锰MnSi，可将已生成的Mn3C 中的炭排挤出来，使合金含碳量下降，其反应为：

Mn7C3+7Si=7MnSi +C

被还原出来的硅越多，碳化物被破坏的越彻底，合金含碳量也就越低，这些就是冶炼低碳硅锰合金理论依据。

实际生产中，氧化锰和二氧化硅在未被还原前就组成低熔点硅酸锰，因而用炭同时还原MnO和SiO2会发生如下反应：

2/3MnSiO3+2C=2/3MnSi+2CO