锰系铁合金冶炼工艺

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碱度提高 1 渣量增大 2 炉渣熔点提高 3 粘度提高,不利于相分离 4 电阻降低,不利于热分配
22
无熔剂法生产高碳锰铁
采用酸性渣操作,不加石灰,可以得到高碳锰铁和富锰渣 条件:① 矿石中Mn/Fe比远高于碳锰产品中的Mn/Fe比 ② 获得低P的富Mn渣用于生产锰硅合金或金属硅 工艺水平:无熔剂法Mn的回收率低一点,但结合后续MnSi铁 合金生产,使锰的综合回收率很高。
MnO· SiO2 + CaO = CaO· SiO2 + MnO
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高碳锰铁冶炼工艺(熔剂法)
冶炼原理: 间接还原 FeO + CO = Fe + CO2 △G°=-49324+40.13T MnO + CO = Mn + CO2 △G°=-412664+172.16T T始=1229 K (956℃) T始=2396 K (2123℃)
锰系铁合金原料预处理

矿产资源状况:贫矿、粉矿 炉子大型化对炉 料理化性能要求 粒 度——透气性 还原度——焦耗、电耗


降低电耗和焦比的需求 锰矿结晶水高温脱除引起电能额外消耗
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用热料生产锰铁的工艺流程
1—冷料仓;2—回转窑;3—热料仓;4—吊罐; 5—炉子料仓;6—电炉;7—气体净化器
锰矿石在升温过程中的物理化学变化
直接还原
MnO + C = Mn + CO △G°=575266-339.78T T始=1693 K 2MnO + 8/3C = 2/3Mn3C + 2CO △G°=510789.6-340.8T T始=1499 K (软熔带)
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高碳锰铁矿热炉炉膛结构示意图
1. 松散的烧结料;2. 软熔带;3. 渣焦混合物;4. 焦炭层;5. 渣层(有焦炭);6. 渣层; 7. 金属;8. 死料区;9. 电极碎块;10. 电极;11. 碳砖;12. 出渣口;13. 出铁口
主要的含锰矿物
矿物 软锰矿 硬锰矿 褐锰矿 黑锰矿 水锰矿 菱锰矿 锰方解石 蔷薇辉石 锰橄榄石 硫锰矿 方锰矿 化学式 MnO2 4MnO2· 2H2O Mn2O3 Mn3O4 Mn2O3· 3H2O MnCO3 (Ca,Mn)CO3 MnO· SiO2 MnSiO4 MnS MnO 颜色 黑色 钢灰色 黑棕色 黑色 钢灰色 玫瑰红-暗红色 白、灰白带微红 淡红色 淡红色 绿棕色 翠绿色 密度/g· cm-3 4.8~5.6 3.9 4.7~4.9 4.7~4.8 4.2~4.4 3.3 2.7~3.1 3.5~3.7 4.04 3.9~4.1 5.4 晶体结构 硬度(莫氏) 立方 单斜 四方 四方 斜方 三斜 三方 三斜 斜方 立方 八面体 2~5 4~6 6~6.5 5 4.2~4.3 3.5~4.6 3.5~4.5 6 5.5~6 3.5~4 5.6
高碳锰铁
硅锰合金
中低碳锰铁
锰铁牌号
高碳锰铁 FeMn78
C
7.0-7.5
Si
2.5-4.5
P
0.33-0.4
S
0.03
FeMn74
⑴ 碳 锰 铁 合 金
FeMn68 中碳锰铁 FeMn80 FeMn78
1.0-2.0 0.7-2.5 0.2-0.4 0.02
FeMn75 低碳锰铁 FeMn85
FeMn80
第五章 锰系铁合金
1 锰系铁合金简介 2 高碳锰铁冶炼原理与工艺 3 硅锰合金冶炼原理与工艺 4 中低碳锰铁冶炼原理与工艺
1 锰系铁合金简介
三大类锰系产品
(1)锰系铁合金 高碳锰铁、中低碳锰铁、锰硅合金、氮化锰铁、金属锰、 电解金属锰和氮化锰; (2)锰的氧化物 二氧化锰、四氧化三锰; (3)锰盐 钢铁工业是最重要的应用领域,用锰量占90~95%
Mn 硬锰矿
4MnO2·2H2O
结晶 水%
Al2O3 P S 4.44
吸附 水%
SiO CaO MgO FeO
48.65 5.32 2.54 0.66 3.29 3.50 0.056 0.053
0.89
软锰矿 MnO2
50.03 9.43 1.02 0.65 5.52
0.86 0.035 0.038
③继续提高温度,增加还原剂,并配入一定量的硅石时; Mn、Fe、Si、P都还原生成MnSi铁合金
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4 中低碳锰铁合金冶炼原理与工艺
(1)中低碳锰铁生产两种方法 脱碳法:高碳锰铁 脱硅法:硅锰合金 (2)硅锰合金和中碳锰铁成分表 成分 原料 硅锰合金 中碳锰铁 Mn 66.74 85.88 Si 17.32 0.18 P 0.116 0.143 C 1.78 1.42 S 0.038 0.03 Fe 14.006 11.15 中低碳锰铁 中低碳锰铁
湖南某钢厂吨钢合金消耗统计
30 低铬 高铬 高锰 硅钙 硅钙线 铝锭 铝粒 铝线 硅锰 硅铁 中锰 碳化硅 脱氧剂 硅铁粉
25
20
消耗量(kg)
15
10
5
0 20 GCr15 钢种 42CrMo 13Cr
锰系合金用量平均8kg/吨
HC FeMn
Ref FeMn
SiMn
3.34 kg
0.93 kg

硅锰铁合金的用途
1) 复合脱氧剂(炼钢预脱氧) 2) 中间合金(中低碳锰铁还原剂)
锰硅铁合金冶炼

锰硅铁合金常用牌号:FeMn68Si18, FeMn64Si14, FeMn60Si28 硅锰冶炼的原料:锰矿(富锰渣),硅石,焦炭,石灰等
锰硅铁合金冶金原理:
总反应:MnO· SiO2 + 3C = MnSi(Fe) + 3CO
5.44 kg
9.71 kg of Manganese alloys per tonne of steel
Iron ore Lime stone Coke Hot metal Scrap Molten steel
2010年我国铁合金总产 量2436万吨,其中锰系 铁合金800多万吨。
Billets
Products
低碳锰铁
Ss146046
0.2
0.2
0.2
0.02
0.05
0.01
美国锰硅铁合金标准中对某些杂质元素的要求
补充化学成分/% 产品标准 As
0.30
ANSI/ASTM A99-82 0.15 0.10 ANSI/ASTM A483-(64)80 0.10
Sn
0.020
0.010 0.010 0.010
Pb
0.050
0.050 0.020 0.030
Cr

Ni
Mo
0.50
0.50 0.50 0.50 0.20 0.10
锰矿资源简介
锰矿资源简介
世界锰矿主要出口国家
国别 南非 澳大利亚 加蓬 巴西 加纳
年份
世界出口 量总计
5国锰矿 5国出口占 出口合计 世界总量/% 89.14 84.82
2007 1533.18 357.20 487.10
JMn93
>93
<0.20
7
瑞典锰合金中其他化学元素的最大含量 (%)
其 他 化 学 元 素 的 最 大 含 量 产品名称 高碳锰铁 中碳锰铁 标 准 Ss146042 Ss146044 Cr / 0.2 Ni 0.2 0.2 Cu 0.2 0.2 Pb 0.05 0.050 As / 0.050 Sn 0.02 0.01
285.4 130.60 106.30 1366.60
2008 1786.4 552.53 400.20 275.68 180.8 105.93 1515.14
世界锰矿主要进口国家
国别 年份 中国 乌克兰 挪威 日本 法国 印度 韩国 俄罗 西班 美国 斯 牙
2007 663.45 150.24 108.85 109.05 67.85 42.69 66.01 69.73 34.31 60.20
1.60
31
Mn
主要成分:MnO、FeO
锰矿成分 副成分 :SiO2、CaO、MgO、Al2O3 杂质成分:P2O5 还原过程的几种情况: ①若矿热炉内温度不高还原剂加入量不足时 Fe、P优先还原, 生成含P生铁(Fe-C)和高Mn渣 ②温度提高,达到MnO还原条件时Mn、Fe、P还原,生成高碳 MnFe产品(P含量较高)
BF Pig iron produced in Blast Furnace (BF)
BOF
EAF Billets produced by continuous casting
Plate mill Hot strip mill Seamless pipe mill
Crude steel produced in basic oxygen (BOF) or electric arc (EAF) furnaces
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无熔剂法生产高碳锰铁的工艺案例
碳锰产品
牌号 FeMn78C8.0 FeMn74C7.5 FeMn68C7.0 Si <4 <4 <4 Mn/Fe 7.8 5.1 3.4 元素含量(%) Mn 50
锰矿成份
Mn/Fe >10 P/Mn <0.0011
Fe 5
P 0.05
100 kg上述锰矿,若生产出高碳锰铁后,还可以同时产出 Mn%>28的富锰渣,试问应如何设计高碳锰铁的产品牌号?
MnO· SiO2 + 4/3C = 1/3Mn3C + SiO2 + CO (低温)
SiO2 + 2C = Si + 2CO 1/3Mn3C + Si = MnSi + 1/3C (高温) (Mn3C是中间产物)
硅锰合金中硅含量与碳含量之间的关系
锰矿的还原冶金(澳洲锰矿)
化学成分/ % 主要矿物
0.2-0.7
1.0-2.0
0.1-0.3
0.02
6
锰铁牌号
Mn+Si C P S <0.02 <0.02
(2) 锰硅铁合金
FeMn68Si18 FeMn64Si27 Mn JMn97 >97 >95
>83 >87 C
<1.5 <0.21 <0.4 <0.21
<0.08 <0.15
(3) 金属锰
JMn95
2008 757.12 300.34 123.28 110.61 87.69 82.58 80.80 73.88 68.34 50.40
锰矿石分类
锰矿按其工业上的用途可分为化工用锰矿和 冶金用锰矿两大类。
化工用锰矿——电池氧化锰,高锰酸钾 锰矿石 冶金用锰矿 碳酸锰矿(电解锰)
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氧化锰矿(铁合金)
1.硬锰矿
100 ~150 ℃ H2O
4MnO2 · 2H2O+附着水
4MnO2· 2H2O
2.菱锰矿
400 ~ 500 ℃ H2O
4MnO2· 2H2O
≥900 ℃
MnO2
≥527 ℃
Mn2O3
Mn3O4
MnCO3+附着水
100 ~150 ℃ H2O
MnCO3
≥525 ℃ CO2
MnO
27
3 硅锰合金生产原理与工艺
我国冶金用锰矿石分类标准
类 亚类 1.低磷低铁锰矿石 冶 金 用 锰 矿 石 2.中磷中铁锰矿石
要求
锰铁比 >5 3-5 磷铁比 <0.0Байду номын сангаас3
矿石的用途 可直接用于冶炼电炉或高炉锰铁合金 可用于冶炼高碳锰铁或配矿冶炼锰合金
0.0030.005
3.高磷高铁锰矿石
<3
>0.005
不能直接用于冶炼锰铁合金,往往采用 二步冶炼。(1)炼制成低磷低铁富锰渣 (2)再冶炼锰质合金。
Ironmaking
Steelmaking
Continuous casting
Rolling
Section mill Wire-rod mill
Main products

Rail Sheet pile Shape Bar Wire rod Plate HR coil and sheet CR coil and sheet Welded pipe Seamless pipe etc.
熔剂法生产高碳锰铁工艺制订原则
1) 混合配矿中的Mn/Fe比:FeMn78C8.0 产品 FeMn74C7.5 产品 FeMn68C7.0 产品 2) 混合矿中的碱度控制: Mn/Fe=7.89 Mn/Fe=5.1 Mn/Fe=3.4
配加石灰或白云石
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炉渣碱度与渣中含锰量的关系
为什么碱度并非愈高愈好?
我国锰矿资源量大,但锰品位较低。
锰矿的评价
1 含锰量>30% 2 一定的锰铁比 取决于锰铁牌号和锰回收率 3 磷含量要低 4 脉石含量越低越好 5 钾、钠等碱性物质越低越好 6 熔化性能、化学反应性能等
2 高碳锰铁生产原理与工艺
高碳锰铁生产方法 矿热炉法
(1)高炉法 (2)矿热炉法
(1)熔剂法 (2)无熔剂法
高碳锰铁冶炼工艺(熔剂法)
冶炼原理: 主反应
(MnO)渣 + C = [Mn] + CO (FeO)渣 + C = [Fe] + CO Mn4+ Mn3+ Mn2+
Mn3C
副反应 ※
直接还原 C的直接还原 CO间接还原 (P2O5)渣 + 5C = 2[P] + 5CO
(SiO2)渣 + CaO或MgO = (CaO或MgO)n· (SiO2)m
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