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1、转炉吹炼中锰提高锰回收率途径的探讨李泱 候兴 裘景民摘要 为节省投资，降低成本，生产出合格的中低碳锰铁，进行了纯氧 顶吹转炉用高碳锰铁吹炼中碳锰铁的试验。结果表明，通过采取“降碳 保锰”等相应措施，不仅可生产出合格产品，而且提高了锰的回收率。 关键词 中碳锰铁 转炉 回收率 锰PROBE INTO WAYS TO INCREASE Mn RECOVERY IN MEDIUM CARBONFERROMANGANESE SMELTING IN CONVERTER BY TOP BLOWING OXYGENLi Yang Hou Xing Qiu Jingmin(Xinyu I S Co.,Ltd.
2、,Xinyu 338001)Abstract To save investment,reduce cost and produce standard medium and low carbon ferromanganese,the test is conducted for smelting medium and low carbon ferromanganese with high carbon ferromanganese in converter by top blowing oxygen.The result shows that taking appropriate measures
3、 such as “ reducing C and keeping Mn” not only can smelt standard product,but also can increase Mn recovery.Keywords Medium carbon ferromanganese,converter,recovery,manganese中低碳锰铁是炼钢所不可缺少的脱氧剂，其制取方法以往国内外均 采用电硅热法， 这种工艺设备投资大，成本高。另外从我国煤碳为主的 能源结构考虑，多年来全国相当 部分地区供电受到资源的限制。况且由 于锰矿品位的不断贫化，采用新的工艺方法冶炼 中低碳锰铁以取代
4、电硅 热法这一课题，就自然摆到了冶金科技工作者的面前。纯氧顶软 转炉用 高碳锰铁吹炼中碳锰铁的新工艺，就是在已经获得了化学热力学理论证 明的基础 上，在生产实践中证明为行之有效的新方法。新钢公司于 1982 年12 月在 6 吨转炉进行了用高碳锰铁水吹炼中锰 的模拟试验。1983 年 8 月又在同样设备条件下进行了用高碳锰铁吹炼中 锰的模拟试验。本文主要根据这二次 试验的情况简要分析吹炼过程中各 有关元素的行为，并对提高锰回收率的途径进行初步 探讨。1 碳、硅、锰在吹炼过程中的行为1.1 碳、硅、锰的氧化在高炉锰铁水所含元素中，Si和Mn与氧的亲和力较强，加之吹炼初期熔池温度较低 ，形成了 C
5、、Si、Mn 三者选择氧化的趋势。吹炼一开 始，Si、Mn即迅速氧化并放出大量的热：川 + 0 = (SiO.)A.G* = - 】旳 3O() + 53.5TMn) +(0)= (MnO)AG*= -58 40D + 25. 98T而碳的氧化反应则需要在较高的温度（1480C ）下才能够激烈进行。从第一次试验的4炉数据来看，在开吹后的1015分钟，铁水中Si 的含量就降低到吹前的 10左右。继续吹炼， Si 的氧化逐渐减慢， 由 化学平衡理论可知，随着Si含量的减少，反应速度的减慢是必然的。硅的氧化虽然使熔池温度升高，但还不可能立即达到碳氧反应激烈 进行所需要的温 度，因而硅氧化与碳氧化两过
6、程不能衔接起来。此时， 锰的氧化却优先于硅和碳，从而 造成了锰的氧化损失。待温度继续升高， 碳氧反应才逐渐趋于激烈阶段2：C 丨 + 0 丨=8AG*= - 4 100 - 10. 1611.2 锰的损失1.2.1 在吹炼中碳锰铁的过程中，炉内锰铁水呈熔融状态，其中各元素的蒸汽压与温 度之间呈指数规律增大3：其中：P元素蒸汽压；Hb每摩尔蒸汽的蒸发热；T绝对温度B常数相对其他元素来说，锰的沸点较低（2151C）,蒸气压较高，在1600C 时，锰的蒸 气压约为铁的 680 倍，因而在转炉的高温吹炼过程中，锰的 蒸发损失不可避免。另外， 熔池里各元素氧化产生大量的炉气，它们从 炉内熔池的逸出就给锰
7、的挥发创造了更为有 利的条件。1.2.2入炉锰铁水含硅量较低（平均 0.68），硅的氧化放热不足以使 熔池温度 提高到脱碳温度以上，而只有靠锰的氧化升温来弥补热量的不 足，因而造成了锰的氧化 损失。1.2.3 在吹炼过程中，从炉口喷溅的金属损失，也是锰损失的一个方面。由表1 可见，第 4炉锰的损失最少。因这一炉氧气单耗最低，熔池温度也较低，加之 吹氧所造成的炉气量少，这都有利于减少锰的挥发和 氧化，所以锰的损失少。表 1 列出了转炉吹炼中锰试验所得数据。表 1 转炉吹炼中锰试验数据序号供氧 强度 ms/min氧气 单耗 m3/1成品成分/%渣成分/%MnCSiPSMnOSiO2CaO第1炉3.
8、575119.853.500.920.290.6200.00537.5420.6031.56第2 炉3.17991.4563.141.242.140.4580.00416.6225.4046.79第3 炉4.222106.061.961.141.460.4640.00416.5329.0043.34第4 炉3.28890.164.171.281.300.5430.00330.2026.2044.27第 1 炉和第 3 炉氧气单耗较高，熔池温度也高，炉气量大，故锰的 损失较大。2 锰回收率与各工艺因素之间的关系2.1 锰回收率与产品含碳量的关系图 1 是根据第一次试验绘出的锰回收率与产品含碳量的
9、关系曲线。 由图1可见，锰回 收率随产品含碳量的降低而降低，但产品含碳量在 1 以下时，锰回收率降低较多，含 碳量超过 1则降低较少。阳IthTML:!.:.空.I-土图 1 锰回收率与产品含碳量的关系2.2 锰回收率与锰硅合金加入量的关系 锰硅合金作为还原剂加入的目的是利用硅和锰与氧亲和力的强弱差 异，将炉渣中的 锰还原出来进入铁液，贫化炉渣，提高锰的回收率。其反应式如下：2MnOSi=2MnSiO2如果锰硅合金加入量过多，可能导致产品Si出格，加入量过少，贝U 不能将渣中的 Mn 充分还原出来。2.3 锰回收率与硅锰合金加入方法的关系 锰硅合金的加入方法应有利于合金和渣相之间的传热和传质，
10、形成还原反应的动力 学条件，使得所加入的锰硅与炉渣充分反应，把渣中的 锰尽可能多地还原出来进入铁液 ，提高锰的回收率。2.4 锰回收率与终渣碱度的关系 加入锰硅合金还原炉渣的反应可以写成：S i 2O=(S i O )2在这种情况下，使炉渣保持一定碱度，根据化学平衡理论，有利于 上述反应向右进行，即有利于Mn的回收。由图2可见，R终=1.41.6 时锰回收率最高。图 2 终渣碱度与锰回收率关系3 提高锰回收率的途径3.1 提高氧气的利用率2C+0 =2CO每氧化 1kgC 需氧 0.94m3；22Mn + O =2MnO每氧化 1kgMn 需氧 0.20m3；2Si + O =SiO每氧化 1
11、kgSi 需氧 0.80m3；22 根据以上数量关系，利用第二次试验的数据，得出每炉平均用氧情 况如表2所示。表 2 每炉平均用氧量消耗方式脱C烧Mn脱Si共计用氧量/m345.12.49.056.5由第二次试验的17炉统计结果可知，氧利用率为73.5。如吹炼宝钢中锰，将含C平均660%, Si平均1.24%的铁水吹 到C=1.77%，若氧利用率为73%，则氧气单耗为75m3/t铁水。若减少 不必要的倒炉次数，提高氧气利用率至75%，氧气单耗不变，则Mn的 回收率可提高到 86%以上。3.2 合适的锰硅合金加入量 因操作等原因，不可能将加入炉内的所有锰硅合金全部与渣中 MnO反应，即是说Si的
12、利用率不能达到100%。查阅有关资料，结合试验 情况，硅利用率取75%，据第二次试验 17炉数据，计算各炉平均渣铁 比为0.21，若入炉铁水含Mn为80%，含Si为1.20%，加入锰硅合金 以前渣中MnO为44%49%,硅利用率为75%，推导出锰硅合金加入量 计算式如下：0一21 5.42x75%其中：K1=2.52.7, W铁为锰铁水重量，SMs %为锰硅合金中Si含 量。若采用 MnSi19,Si% 为19.07。则 Ws=K.W 铁其中 K=0.1300. 142按此式计算加入锰硅合金,成品含Si量约为0.92%，含Mn量为82% 以上。3.3 改善锰硅合金还原期的工艺操作3.3.1 为
13、使锰硅合金入炉后还原能更彻底，需要保证反应的热力学和动 力学条件。既 要保证吹炼的终点温度，以便有足够的热量供锰硅合金熔 化，不至于使出炉后浇铸温度 过低；又要控制终点温度不过高，避免造 成锰的损失。然而，吹炼终点温度高，锰的蒸发损失不可避免，这需要靠回收Mn 尘解决。问题是 应使Mn的蒸发损失尽可能减少。3.3.2冶炼末期提高碱度，使得MnSiO分解：3MnSiO CaO=MnOCaSiO33这样可增大渣中MnO活度，有效防止Mn的过氧化，提高还原期加锰 硅合金还原的效 果。据图2终渣碱度应控制在1.41.6为宜。3.3.3 保证还原期反应的动力学条件，使反应更为彻底，根据第一次试 验的第三
14、、四炉的情况，锰硅合金可分两批加入，第一批加大部分，第 二批加小部分，出铁方式采用渣铁混冲， 这样可改善还原反应的动力学 条件，有效地提高锰的回收率。4 结论在氧气顶吹转炉吹炼中低碳锰铁过程中，碳、硅、锰各元素的行为 各有特点。为降 碳保锰，即提高锰金属的回收率，应减少倒炉次数，降 低氧气消耗；还原剂锰硅合金的 加入量要合适，并应分批加入，出铁方 式宜采取渣铁混冲；应控制一定的终点温度；终 渣碱度保持在1.41.6 之间为宜。李泱（新余钢铁有限责任公司 新余 338001） 候兴（新余钢铁有限责任公司 新余 338001） 裘景民（新余钢铁有限责任公司 新余 338001）参考文献1，曲英，炼钢学原理，北京：冶金工业出版社，1980：159 2，曲英， 炼钢学原理，北京：冶金工业出版社，1980：156 3，曲英，炼钢学原理 北京：冶金工业出版社，1980：73（收稿日期：1999-07-12）
