硅锰合金生产中入炉锰矿的优化搭配

硅锰合金生产中入炉锰矿的优化搭配

通过对以往配矿思路的缺陷分析，引入炉料含锰的概念和配矿思路，相应补充和推导部分配矿参数，浅谈了这些参数的应用方法及步骤，以达到合理配矿和优化配比的目的及效果。长时间以来，对锰硅合金入炉锰矿石的优劣评价和搭配思路，与冶炼高碳锰铁的用、配矿相类似，即为满足所炼产品的质量要求而严格控制入炉矿石的锰铁比和磷锰比。在合理搭配矿石来改善生产的技术经济指标上，基本遵循矿石锰含量高则技术经济指标好的思路，对提高入炉锰矿石的品位非常注重，相反对矿石所含的炉渣成分(SiO2、Al2O3、CaO、MgO)考虑较少或只有定性而无定量的考虑。这势必会产生以下问题：1）入炉矿石锰含量高，而矿石所含SiO2低时，为满足产品硅含量的质量要求或工艺规律，必须配加的硅石也多。2）入炉矿石的锰含量高，而造渣物质的含量不理想，配人的熔剂（ CaO、MgO）以及上述的硅石等辅助原料多，不仅会改变炉内反应的热力学条件，而且会增大渣量或渣比，导致冶炼的单位电耗上升，不利于指标改善。3）追求矿石锰品位，忽视了矿石所含对于锰硅合金冶炼有用的成份，导致部分锰品位偏低而综合成分较适于该品种冶炼的锰矿石得不到利用，浪费了锰矿资源。1 入炉锰矿石的合理搭配从以上分析可知，以矿石锰含量高低作为锰硅合金入炉锰矿石优劣评价和在矿石搭配上追求入炉矿石锰含量是不全面的，也不尽合理和科学。要达到合理搭配锰硅合金入炉锰矿石的目的，除了注重锰矿这一重要品位指标外，更为重要的

是确立以炉料含锰量来评价和搭配锰矿石，且分析预测其经济效果，确定最佳矿石配比的配矿思路。

1、1炉料含锰的概念、含义及相关系数推导所谓炉料含锰量就是包括入炉料比中的还原剂、附加硅石、熔剂、添加剂等在内的锰含量，可用下式表达：

Mn料=100×Mn矿／(100＋A＋B＋C) （1）

式中，Mn料—入炉炉料含锰量，％；Mn矿—入炉锰矿石含锰量，％；A—以100kg入炉矿石所算料比需补充的硅石量，kg；B—以100kg入炉矿石所算料比需补充的熔剂量，kg；C—以100kg入炉矿石所算料比的焦炭量，kg。从（1）式可看出，即使入炉矿石锰含量高，如果补充配入的硅石、白云石等辅料多，说明该炉料入炉锰含量并不高，必将影响冶炼效果。相反矿石锰含量适当，矿石所含SiO2、Al2O3、CaO、MgO等合理，不需补充或少量补充硅石、白云石等辅料，表明入炉炉料含锰量高。炉料含锰量高，不仅说明矿石锰品位高，而且弥补了前述以矿石锰品位评价的不足，还表明入炉原料的有用成分多，成渣和无用成分少，渣比下降，电能利用率和合金有用元素的收得率相应提高，单位功率和时间内电炉熔化和还原的炉料多，生产效率和冶炼的技术经济指标也就相应改善。因此，在搭配锰硅合金入炉锰矿石上，不只是考虑产品质量要求和矿石锰含量高低的问题，更重要的是从利于工艺控制、炉况顺行和生产稳定，以及能改善综合技术经济指标的角度出发，以炉料含锰量的高低作为入炉锰矿石选择搭配的依据。依据以上分析和以炉料含锰配矿的思路要求，我们在锰硅合金入炉硅石的选择搭配上，除了根据

所炼产品的质量要求，充分利用锰铁比、磷锰比和硫含量控制值等常规参数外，还根据锰硅合金冶炼的特点，补充了SiO2/Mn、(CaO＋Mg O)/Mn、Al2O3/Mn等计算参数。1.1.1锰铁比、磷锰比及硫含量锰铁比、磷锰比分别是指锰矿石的锰、铁、磷三种元素含量的比值。根据资料〔1〕，锰铁比、磷锰比的控制可用以下公式计算：

Mn矿／Fe矿≥[Mn]×ηFe／[Fe]×ηMn （2）

P矿／Mn矿≤[P]×ηMn／[Mn]×η P （3）

式中，Mn矿、Fe矿、P矿—分别表示入炉锰矿石中的锰、铁、磷含量，％；[M n]、[Fe]、[P]—分别表示所炼产品牌号的锰、铁、磷含量要求，％；ηMn、ηFe、ηP—分别表示锰、铁、磷入合金率，％。在锰铁合金的冶炼中，硫元素入合金的比率不到1％，且还原剂带入的硫量占炉料总硫量的比例较大，故对矿石的含硫量一般不作具体要求。1.1.2 SiO2矿／Mn矿(CaO＋MgO)矿／Mn矿依据（1）式可知，当补充配入硅石和熔剂最少（即A、B都等于零），而含锰量最高的矿石，才是最理想的入炉锰矿石，即炉料含锰最高。根据锰硅合金冶炼中锰、硅、铁等元素的主要还原反应可推导出如下参数式（均以100kg入炉锰矿石为基准）：

合金产量G=Mn矿×ηMn／[Mn] （4）

硅石配比A={（G×[Si]×60／28）/ηSi－SiO2矿－C×SiO2焦}／Si O2石（5）

熔剂配比B={（G×[Si]×60／28）×（ηSi渣／ηSi）×R－（CaO ＋MgO）矿－C×（CaO＋MgO）焦}／（CaO＋MgO）熔剂（6）

式中，[Si]—表示所炼产品牌号的硅含量要求，％；ηSi、ηSi渣—分别表示

硅入合金和入渣的比率，％；SiO

2矿、SiO

2

焦、SiO

2

石—分别表示矿石、焦炭和

硅石的二氧化硅含量，％；（CaO＋MgO）矿、（CaO＋MgO)焦、（CaO＋MgO）熔—

分别表示矿石、焦炭、熔剂的氧化钙和氧化镁含量，％；R—表示炉渣碱度，一般控制在0.6～0.8之间。其余与（1）、（2）、（3）式相同。根据国内铁合金生产所用还原剂焦炭化学成分的普遍情况，焦炭带入的SiO

Al2O3、CaO、MgO主要来源于灰分，其数量相对较少，含量比例类2、

似或接近该品种冶炼的炉渣成分。因而可将（5）、（6）两式中焦炭带入部分忽略不计。通过前述的假设（A=0和B=0），将（4）式分别代入（5）、（6）两式整理得：

SiO2矿／Mn矿=2 14×（[Si]×ηMn）／（[Mn]×ηSi）（7）（CaO＋MgO)矿／Mn矿=2 14×（[Si]×ηMn×ηSi渣×R）／（[M n]×ηSi）（8）

1.1.3 Al2O3矿／Mn矿在锰硅合金冶炼中，进入炉内的Al2O3一般不被还原，也不会挥发，几乎全部入渣。且因Al2O3属中性氧化物，对炉渣的熔点、流动性，以及锰、硅二元素在炉渣 金属液相间的分配和回收率，都有较大的影响和作用，是决定炉渣性质，影响渣比及锰硅合金技术经济指标的主要因素。为此用低 Al2O3矿石，造高 Al2O3炉渣，一直是科技人员长期研究的课题和目标。然而实践证明，由于工艺、设备参数和所炼牌号的炉温区别，渣中 Al2O3含量也不尽一致。因而在实际生产当中，要结合实际情况来确定炉渣的渣型和渣中 Al2O3的含量。通过锰硅合金炉渣的普遍物质组元和上述定义可得出：

Al2O3入渣／（SiO2入渣＋CaO入渣＋MgO入渣）≤（ Al2O3）／[（SiO

CaO）＋（MgO）] （9）

2）＋（