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1、关于硅锰合金的冶炼方式和方法邓绍鑫、邓元华内容摘要：硅锰合金是炼钢中常用的复合脱氧剂，因此，世 界上对于硅锰合金的冶炼都十分的重视。本文通过对硅锰合 金的冶炼过程进行剖析阐述，客观上总结了国内外硅锰合金 冶炼的技术手段和方法。关键词：硅锰合金复合脱氧剂冶炼硅锰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复原剂。硅锰合金可在大中小型矿热炉内采取连续式操作进行 冶炼。目前，世界上硅锰合金电炉正向大型化、全封闭的方 向发展，南非 1975 年投产了一台 88000KVA 的大型硅锰 合金电炉。表 1-1 某厂冶炼中低碳锰铁自用硅锰合金牌号及成分牌号Si% Mn% C% P
2、%适用范围汉字特一类一类硅锰二类硅锰三类硅锰代号SiMn-0SiMn-1SiMn-2SiMn-3不小于23,0不大于生产硅锰合金的原料有锰矿、富锰渣、硅石、焦炭。 生产硅锰合金可使用一种锰矿或几种锰矿包括富锰渣的混合矿。为保证炼出合格产品，矿石中的锰铁比和锰磷比应满足一定要求，见表 1-2 所示。所用的锰矿含锰越高，表 1-2要求炼制合金Mn%Mn/FeP/MnSiMn-0SiMn-1SiMn-2SiMn-3Mn60Si20Mn60Si17Mn60Si143735333131303076各项指标越好，图 1-1 为锰%位品矿锰3836343283%80%78%390041004350回收率%耗
3、电/度矿品位对硅锰合金技术经 济指标的影响。锰矿中二氧 化硅含量通常不受限制。采 用含二氧化硅较高的锰矿3076%47003040%SiO 来冶炼硅20 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000图 1-1锰合金在技术上是允许的， 在资源利用上是合理的。锰矿中的杂质 P O 要低，P O 使合金中磷含量升高。2 5 2 5锰矿粒度一般为 1080mm ，小于 10mm 不超过总量的 10%。对于硅石的要求，SiO 97%，P O ，粒度 1040mm ，2 2 5不带泥土及杂物。2 2 3 22 对于焦炭的要求，固定碳 84%，灰分 14%
4、 ，焦炭粒 度，一般中小电炉使用 313mm，大电炉使用 525mm。对于石灰的要求与碳素锰铁对石灰的要求相同。 为了改善硅的复原，炉料中必须有足够的 SiO 使在酸性2渣中进行冶炼，渣中 SiO 过高，会使排渣困难，通常冶炼硅2锰合金的炉渣成分：CaO+MgOSiO =3442%，SiO2=0.60.8 Mn8%锰的高价氧化物不稳定，受热后容易分解和被 CO 复原 成低价的氧化物 MnO，在 1373K1473K 的温度区间，锰 的高价氧化物已经分解或复原成 MnO。MnO 较稳定，只能 用碳直接复原，由于炉料中 SiO 较高，MnO 在没开始复原2时就与它反应成硅酸盐，富锰渣中的硅锰也是硅
5、酸盐的形式 存在，因此从 MnO 中复原锰的反应，实际上是液态炉渣的 硅酸盐中进行复原的。由于锰与碳组成稳定的化合物 Mn C，用碳复原 MnO3得到的不是纯锰，而是锰的化合物 Mn C。3MnOSiO +43C=13Mn C+SiO +CO炉料中的氧化铁比氧化锰容易复原，复原出来的铁与锰 组成共熔体，大大改善了 MnO 的复原条件。温度升高，硅也被复原出来，其反应式是：SiO +2C=Si+2CO由于硅与锰生成比 Mn C 更稳定地化合物 MnSi，当硅遇33 3 到了 Mn C 时，Mn C 中的碳被排挤出来，使合金含碳量下 3 3降，其反应式为：1/3Mn C+Si=MnSi+1/3C被
6、复原出来的硅越多，碳化物破坏得越彻底，合金的含 碳量就越低。用碳复原炉料中的硅和锰生产硅锰合金，其总反应式： MnOSiO2+3C=MnSi+3CO Fo=由于复原出来的硅与锰结合生成 MnSi，从而改善了复 原条件。合金中的含硅量越低，SiO 的开始复原温度越低，例如，2冶炼硅锰 20 时，SiO 开始复原温度为 1763K，冶炼硅锰214 时为 1748K。生产硅锰合金的工艺与生产碳素锰铁基本相同，但在炉 况的掌握上比生产碳素锰铁要难些。为此在操作上更要求做 到精心细致，正确的判断炉况和及时处理。正常炉况的标志是电极插入深度合适，炉料均匀下沉， 炉口冒火均匀，成分稳定和各项技术经济指标良好
7、。准确的 配料比是保证得到正常炉况的关键。配料比中的主要问题是配碳量问题。当炉料中复原剂过 多时，炉料导电性增强，电流上涨电极上抬，坩埚缩小，疵 火塌料现象增多，炉口的外观和炼硅铁时的复原剂过多时有 些相同，由于炉料中有过多的复原剂，二氧化硅复原较多因 而合金中硅高。假设复原剂过剩量太大，电极上抬很严重，炉底温度低，合金中硅含量反而下降。当炉料中复原剂不足时，电极下插深，炉口火焰低，发 暗，由于复原剂不足，渣中二氧化硅高，渣发粘，出铁时铁 渣不分，合金中硅低碳高。配碳量是根据公式计算出来的，但要把炉上的一些实际 情况考虑进去。例如炉渣碱度大渣稀，出铁带走的生料多， 配料量可以大些，又如旧的出铁
8、口炉眼大，出铁时带走的焦 炭多，配碳量也要大一些。炉渣的碱度对硅锰合金的冶炼也有很大的影响。 碱度过高，成渣温度大大下降，炉内温度提不高，加之CaO 与 SiO 结合成硅酸盐，这些都使 SiO 的复原困难，合2 2金含硅量上不去。此外，碱度过高，炉渣过稀，出铁时带走 的生料多，出铁口也容易烧坏，炉眼也不好堵，因此碱度太 高是不好的。碱度太低，渣发粘，排渣困难，排渣不彻底，容易引起 翻渣，碱度太低，电阻大，炉渣的导电性大大下降，常常给 不满负荷，因而炉温低，坩埚缩小，化料速度慢，生产率低。 由于炉温低和渣发粘，SiO 复原发生困难，合金中硅低碳高，2渣中跑锰多。生产中可根据渣量和渣的流动性来判断
9、炉渣碱度，正常 冶炼时，每炉的渣量和铁量在一定范围内波动。假设出渣过 多，出铁较少，说明碱度高；假设渣量少，流不出来，出铁 口挂渣，说明碱度低。炉渣的流动性和碱度直接相关，渣稀，碱度就高、渣粘、碱度就低。二氧化硅是较难复原的氧化物，它的复原程度与复原剂 的用量特别是与炉温有关。因此，冶炼硅含量较高的硅锰合 金除适当增加复原剂的用量外，关键是怎样提高炉内的温 度。我们知道，在连续冶炼法中，炉渣的熔点对炉温有很大 的影响。在冶炼硅锰合金时，因为炉渣中的SiO 和 MnO 在212400C 会组成低熔点的共晶体，而从 MnSiO 中复原得到3含硅 20%的开始复原温度为 14900C，因此冶炼高硅硅
10、锰合 金的主要困难也是炉温问题。锰矿的品位和块度对炉温是有影响的。锰矿含锰越高， 渣量就少，炉温容易上去。锰矿块度大，透气性好，整个炉 口冒火，料层均匀下沉。原料预热好，落入下部反应区时带 入较多的热量，同时块度大，熔化很慢，成渣温度也高，这 都有助于炉温的提高。提高合金的含硅量，还要有一个合适的炉渣成分。生产 实践指出，当碱度 CaO/ SiO 在之间，合金含硅量高。2此外，炉渣中含有少量的57%MgO 能大大改善炉渣的 流动性，又利于炉温的提高，这都能促进 SiO 的复原。2电极工作端的长度对炉温是有直接影响的。900012500KVA 的电炉冶炼硅锰合金时电极的正常埋入深度为米，工作电压
11、 为 130145V；30006000KVA 的电炉冶炼硅锰合金时电 极的正常埋入深度为 600800mm。2 此外，如出铁口处炉壁变薄，出铁口炉眼太大造成出铁 时淌生料严重，也都影响炉温的提高，从而影响合金中硅含 量的提高。锰的回收率是生产硅锰合金的一项重要指标。提高锰的 回收率就是要减少进入炉渣和随同炉气逸出的锰。炉渣中锰量与炉渣碱度有关。生产统计中有如下关系， 见表 1-3。表 1-3碱度CaO/ SiO 渣中含 Mn 量576碱度越高，渣中含锰量越低，但不应由此得出结论。碱 度越高锰的回收率越高。因为碱度越高，渣量就越大，虽然 渣中的锰的百分比下降，炉渣中总的跑锰量不一定下降。生 产经
12、验认为：碱度由增大到时，锰的回收率随着碱度的增加 而提高，碱度再高，锰的回收率反而下降。为了减少随炉气逸出的锰，就要防止高温区过于集中， 减少锰的挥发。因此，二次电压不能过高，电极插得深，料 柱厚，炉气外逸时有比较长的行程，以便炉料吸收部分挥发 的锰，可以减少锰的汽化损失。封闭电炉炼硅锰合金时，判断炉况除根据原料情况粒 度、成分电极位置、炉渣碱度、合金成分、渣量同敞口 炉外，还要考虑炉气成分，炉膛各部分温度变化等情况对 冶炼过程进行全面分析，综合判断，如:(1)炉膛出口压力波动，炉盖温度局部升高说明炉膛内局部翻渣或刺火。(2)炉气出口压力增大，炉盖温度未升高，二次电流下降，说明炉内有塌料现象。
13、(3)炉气出口压力增大，炉盖温度升高，电极波动，出炉压力显著下降，是炉膛内翻渣的象征。(4)炉气分析中氢含量急剧上升，在原料湿度不变情况下，说明炉内设备有严重漏水现象，应立即停电处理。 如氧气含量增加，说明密封不好，应搞好密封。 近年来，俄罗斯有的工厂利用碱性铝代硅酸盐冶炼硅锰合金，使合金产量提高，单位电耗降低，锰和硅收得率提高。 如当用伟晶花岗岩代替石灰石及一部分硅石时。按末渣中 Na O+K O为 57%计算，硅收得率从 43.8% 提高到2 248.4%，锰收得率则从 73.1% 提高到 79.3% 。炉渣中合金珠 的数量将减少 5/66/7。表 1-4 为利用伟晶花岗岩熔炼硅锰 合金的技术经济指标。伟晶花岗岩，碱性花岗岩这类材料均是电炉铁合金工业 的新型溶剂。普通工业炉渣的粘度在 1773K 时为s，而在 1723K 时为s。当炉渣含 7.4%Na O+K O时，其粘度2 2应降低 25%，而当炉渣含 15.3% Na O+K O时，其粘2 2度几乎降低 50%，达s。表 1-4 利用伟晶花岗岩冶炼硅锰合金的主要指标指标炉采用伟晶花岗岩的炉料料普通炉料PM 型炉子工作的昼夜数2 2 32 3 22 22
