高硅锰硅密闭电炉运行及干法煤气净化回收工艺探讨

2017年第10期总第267期

铁合金

FERRO-ALLOYS

2017NO.10

Tot267

D01：10.16122/ki.issnl001-1943.2017.10.001

高硅锰硅密闭电炉运行及干法煤气净化回收工艺探讨

曾朝泽1谢志华2

(1中钢集团吉林机电设备有限公司吉林中国132021)

(2四川明达集团峨边合金有限责任公司乐山中国614300)

摘要针对当前国内铁合金行业高硅锰硅密闭电炉及干法煤气净化回收技术的难点，从生产原料及炉内反应机 理入手，分析生产操作对炉气净化装置的影响，以及为保证净化装置的正常运行，在电炉使用原材料及操作中的注 意事项，介绍了高硅锰硅电炉干法净化装置在设计中的注意事项，同时介绍了一种相对成熟的干法净化工艺技术。

关键词高硅锰硅电炉密闭操作分析干法煤气净化回收

中图分类号TF642.3.3 文献标识码B 文章编号1001-1943(2017)10-0001-05

TECHNICS STUDY FOR HIGH Si FERROMANGANESE-SILICON SEALED SAF OPERATION AND FURNACE GAS DRY

PROCESS PURIFICATION RECYCLING

ZENG Chaoze1,XIE Zhihua2

(1 Sinosteel Jilin Electro-Mechanical Equipment Co., Ltd., Jilin 132021, China)

(2Sichun Mingda Group Ebian Auoy Co., Ltd., Leshan 614300, China) Abstract Aimed at the difficulty of high Si ferromanganese-silicon sealed submerged arc furnace and furnace gas pur­ification in the current domestic ferroalloy industry, this paper analyzes the impact of production and operation on the furnace gas purification device on the basis of the raw materials and reaction mechanism in furnace. In order to ensure the normal operation of furnace gas purification, it introduces the matters needing attention in the use of raw materials and operations, and in the design of the furnace gas purification device as well. Meanwhile, this paper introduces a comparatively mature technology.

Keywords high Si ferromanganese-silicon furnace, sealed operation, analysis, gas dry process purification recovery

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高硅锰硅合金，也叫微、低碳锰硅合金，其元素 成分与普通锰硅合金的区别一般是含硅高（Si > 22%)，杂质 Fe、C、P 等含量低（C < 0.5%、P < 0.15%)。现国外在冶炼不锈钢和特殊低碳钢时大 量使用高硅锰硅合金。国内，随着一些钢厂使用高 硅锰硅合金代替硅铁和价格昂贵的低碳锰铁，钢铁 公司对高硅锰硅合金的需求也呈逐渐增加的趋势。

目前国内大多冶炼高硅锰硅电炉采用内燃式 生产。过去，吉林铁合金厂曾经采用封闭炉生产高 硅锰硅合金，采用湿法煤气净化技术回收煤气，总 结了一定的封闭炉生产经验。

2016年内蒙古乌兰察布市旭峰新创实业有限 公司将高碳铬铁封闭电炉改为生产高硅锰硅合金，密闭操作并采用干法煤气净化工艺回收煤气，为企 业降本增效及能源回收做出贡献。

随着铁合金行业的发展以及国家能源及环保 政策的重视，国内大多品种的铁合金电炉都密闭操

作者简介曾朝泽男，1968年2月出生，1990年毕业于甘肃工业大学（现兰州理工大学），高级工程师，拥有多项发明专利。

现从事高级技术管理工作。E-mail: dszcz@。

收稿日期2017-07-14

• 2•铁合金2017 年

作并回收煤气，在解决环境污染的同时能充分利用 能源。干法煤气净化工艺相比湿法净化工艺，在节 约用水的同时还可防止污水对环境造成二次污染。

对于高碳锰铁、镍铁、普通锰硅合金及高碳铬 铁电炉干法净化工艺目前国内已趋于成熟，中钢集 团吉林机电设备有限公司在不断总结以及实践的 基础上使干法净化工艺技术应用于高硅锰硅密闭 电炉取得突破。

本文着重论述干法煤气净化工艺应用于高硅 锰硅合金电炉的难点分析及应用。

1冶炼高硅锰硅合金的反应机理以及对干 法煤气净化的影响

高硅锰硅合金电炉在生产时采用的原材料和 普通锰硅合金一样，主要有锰矿、富锰渣、硅石、焦 炭，另外为了提高渣的流动性必须形成一定碱度的 渣，所以还要加入石灰石或白云石以及萤石等。

高硅锰硅电炉冶炼炉温较普通锰硅合金高，在电 炉运行不正常的情况下，封闭电炉煤气回收时在电炉 烟道等部位极易发生堵塞等现象。为究其原因，先从 电炉内的炉料反应机理进行分析。高硅锰硅合金在 冶炼过程中总的化学反应和普通锰硅电炉一样，在不 同的反应区按照顺序进行化学反应。

在炉料的冶炼受热过程中，炉料中的锰和铁的 高价氧化物在炉料区被高温分解或被CO还原成低 价氧化物同时释放部分氧气。

527 900 1172

Mn02-----^Mn203-----^Mn304-------^MnO

到1 373〜1473 K时，高价氧化锰逐渐被充分还 原成MnO，全部的FeO进一步还原成Fe;M nO比较 稳定，只能用碳进行直接还原，由于炉料中$02较 高，MnO还没来得及还原就与之反应结合成了低熔 点的硅酸锰。因此，M nO的还原实际上是在液态炉 渣的硅酸锰中进行的。硅酸锰的状态和熔点为：MnO+ Si02= MnSi03T m=1 250 X：

2MnO+ Si02= Mn2Si04T m=1 345 X：

由于猛与碳能生成稳定的化合物Mn3C，用碳直 接还原得到的是锰的碳化物Mn3C。其反应式为：MnO-Si02+4/3 C = 1/3 Mn3C+ Si02+ CO t

随着温度的升高，硅也被还原出来，其反应 式为：

Si02+2C=Si+ 2C〇t MnSi，当还原出来的S i遇到M nC时，Mn3C中的碳 就被置换出来，造成合金中碳量下降，其反应式为：1/3 Mn3C+ Si= MnSi+ l/3 C

随着还原出来的硅含量的提高，碳化锰受到破 坏，合金中的碳含量进一步降低。

用碳从液态炉渣中还原生产锰硅合金的总反 应式为：

MnSi02+3C= MnSi+ 3C0 t

△Ge =3 821 656.6 -2 435.67 r(1)

高硅锰硅合金和普通锰硅合金的反应看似一 样，但由于锰硅合金中含硅量增加，要求原料中的 $02量也相应的增加，在炉内高温区进行化学反应 时对应生成的碳化物的破坏形式也不同。当Si < 23.5%时，破坏碳化物的形式为：

(MnFe)7C3+ 7 Si= (MnFe)Si+ 3 C

当Si>23.5%时，破坏碳化物的形式为：

(MnFe)7C3+ 10Si= 7 (MnFe)Si+ 3 SiC

虽然碳还原出来的硅和锰结合生成的MnSi，改 善了还原条件，但合金中含硅越高，Si02开始还原温 度越高。理论上生产硅14%的锰硅合金时，&02开 始还原温度为1475 T;生产硅20%的锰硅合金时，Si02开始还原温度为1 490 T ;生产硅28%的锰硅 合金时，&02开始还原温度为1510 1。由于生产高 桂猛桂合金时随着合金中S i含量的增加相应的在 反应区碳材和原料中Si02的反应量以及SiC的破坏 分解量也相应增大。

碳还原二氧化硅的反应，通常以如下化学反应 方程式表:

Si02+2C= Si+ 2C0

AG e=711 698-367.6077(2)

就碳还原二氧化硅的整个过程来说，却有着复 杂的反应机理。在整个还原过程中首先是中间产 物碳化硅和一氧化硅产生，而且碳化硅和一氧化硅 的生成与分解在二氧化硅的整个还原过程中起着 重要作用。

从1 500〜1600 T起，产生以下反应：

Si02+3C= SiC+ 2C0

AG0 =658 143-360.407 r(3)

在炉膛高温区域，存在着以下反应，从1 700〜1 800 T起，反应进行：

Si02+ C= SiO+ CO

AG0=465 260-330.36r(4)

在1 827 T以上，下列反应进行：

由于硅与锰能够生成比Mn3C更稳定的化合物 Si02+2SiC= 3Si+ 2C 0