高硅錳硅合金生產(chǎn)的渣型選擇

高硅錳硅合金生產(chǎn)的渣型選擇第1頁/共18頁1高硅錳硅合金成份控制不銹鋼的性能主要取決于其內(nèi)部組織的構(gòu)成，而構(gòu)成不銹鋼組織的是各種合金元素在鋼中的總和，因此不銹鋼的性能主要是由合金元素決定的，而高硅錳硅合金的應(yīng)用則是參考了金屬錳的應(yīng)用確定，因此，高硅錳硅合金的成份也基本以參考低碳、微碳及金屬錳的成份確定，某廠家對高硅錳硅合金成份控制要求見下表1。表1高硅錳硅合金成份控制表元素MnSiCPS控制范圍≥58%≥28%≤0.08%≤0.1%≤0.03%

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2高硅錳硅合金生產(chǎn)原理分析高硅錳硅合金的生產(chǎn)原理和普通錳硅合金的生產(chǎn)原理基本一致，都必須遵循“深電極、滿負荷、低渣比、足焦炭”的原則，但生產(chǎn)高硅錳硅合金為確保[Si]達到控制要求，焦炭和硅石（主要作用是補充入爐礦石綜合SiO2的不足）配入量均需大量提高，因此爐況的控制比普通錳硅合金要困難很多，由于焦炭配入量較大，爐溫較高，還原氣氛很好，[Mn]、[Fe]、[P]的還原很充分，而[Si]的還原難度較大，因此在配料及爐況控制上又和普通錳硅合金有一定的區(qū)別，其主要化學(xué)反應(yīng)如下：2/5P2O5+2C=4/5P+2CO△F0=396071.28-382.13T（1）T開

=1036.5kFeO+C=Fe+CO△F0=148003.38-150.31T（2）T開

=985k2MnO+2C=2Mn+2CO△F0=575266.32-339.78T（3）T開

=1693k2MnO+8/3C=2/3Mn3C+2CO△F0=510789.6-340.80T（4）T開

=1499kSiO2+2C=Si+2CO△F0=167400-86.40T（5）T開

=1938k第3頁/共18頁

在有Fe存在的條件下還發(fā)生如下反應(yīng)：

SiO2+2C+Fe=FeSi+2CO△F0=167400-86.40T（6）T開=1620k

生產(chǎn)高硅錳硅合金由于爐料中的SiO2較高，MnO還沒有來得及還原就與SiO2反應(yīng)生成低熔點的（1250～1345℃）的硅酸錳，因此從MnO還原Mn的反應(yīng)理論上是從液態(tài)熔渣的硅酸鹽中進行還原，具體反應(yīng)如下：

MnO+SiO2=MnSiO3

（7）

2MnO+SiO2=Mn2SiO4

（8）

MnO·SiO2+3C=MnSi+3COT開=1569k（9）從以上各反應(yīng)式可以看出，用C從SiO2當(dāng)中還原Si是相當(dāng)困難的，但要是從MnO的硅酸鹽中直接還原為MnSi相對來說比較容易，由于硅石的熔點約在1650℃左右，較難熔，同時存在Al2O3、CaO等高熔點物質(zhì)，造成爐渣熔點較高，控制不好則爐渣較粘稠，引起焦炭表面被渣包裹，還原能力下降，有的甚至失去還原能力，變成過剩碳隨渣排出或積存在爐膛內(nèi)，造成爐眼被堵，排渣不暢，電極上抬，負荷不足，爐面冒渣，嚴(yán)重者會造成設(shè)備燒壞，引發(fā)安全事故等現(xiàn)象。因此生產(chǎn)高硅錳硅合金的渣型選擇和控制十分重要。第4頁/共18頁

3高硅錳硅合金生產(chǎn)渣型的選擇高硅錳硅爐渣是火法冶金中形成的以氧化物為主的多組份熔體，基本由CaO、SiO2、AL2O3、FeO、Fe2O3組成，一般研究以CaO-SiO2-Al2O3三元渣系研究為主，充分考慮爐渣的熔點、粘度等性質(zhì)，實際生產(chǎn)中由于[MnSi]要比[Mn3C]更穩(wěn)定，而從MnO·SiO2中直接還原為[MnSi]要比從（MnO）、(SiO2)還原為[Mn]、[Si]要容易，因此如何得到低熔點、流動性好的爐渣是我們控制的主要目標(biāo)，即如何促使礦石和硅石中的SiO2盡快與MnO結(jié)合為硅酸鹽化合物是生產(chǎn)控制的主要目標(biāo)之一，為此，我們從理論上對渣型進行分析后結(jié)合冶煉實際進行修正，確定了根據(jù)礦石成份變化而調(diào)整熔劑配入量，得到了適宜的爐渣堿度，穩(wěn)定了爐況，改善了指標(biāo)。第5頁/共18頁3.1從CaO-SiO2-Al2O3三元渣系相圖對爐渣的控制分析及成份選擇圖1CaO-SiO2-Al2O3三元系相圖

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3.1.1高硅錳硅合金爐渣酸堿度控制一般堿度R≤0.8，是酸性渣型，屬穩(wěn)定的長渣型。

3.1.2一般高硅錳硅合金爐渣出爐溫度在1450℃左右，按此推算爐渣在爐內(nèi)的溫度控制約在1550℃左右，為得到良好流動性的爐渣，我們需選擇熔點在1400～1450℃之間的爐渣為宜，從CaO-SiO2-Al2O3三元渣系相圖分析，爐渣的組成產(chǎn)物應(yīng)為CaO·SiO2、2CaO·Al2O3·SiO2、CaO·Al2O3·2SiO2為主，該組份的爐渣構(gòu)成熔點約在1380～1550℃之間，符合所需要的渣型組份。根據(jù)以上分析和CaO-SiO2-Al2O3三元渣系相圖取值及配料分析，理論上對爐渣成份控制選取范圍如下：

﹙CaO+MgO﹚:23～46%；SiO2:25～52%；Al2O3:12～38%

同時根據(jù)硅酸鹽系的活度分析及低渣比考慮，在試產(chǎn)階段選取堿度R=（CaO+MgO）/SiO2=0.4～0.6，以減少或不配造渣劑，以提高SiO2活度，利于[Si]的還原。第7頁/共18頁

3.2實際控制渣型分析高硅錳硅合金的生產(chǎn)主要是考慮[Mn]—[Si]—[Fe]三者之間的平衡，若三者平衡適宜，則合金成份穩(wěn)定、爐況順行、出鐵排渣順暢、指標(biāo)良好，因此我們在以上分析的基礎(chǔ)上合理選擇礦石結(jié)構(gòu)和熔劑的配比，并對生產(chǎn)實際渣型抽取技術(shù)指標(biāo)較好的某一爐臺近6天的合金及爐渣成份進行統(tǒng)計分析，以進一步優(yōu)化配比。第8頁/共18頁表2爐渣成份及[Si]統(tǒng)計表序號123456789101112131415[Si]28.5328.3525.7927.7829.2929.6728.7028.7228.5429.2228.0525.6428.2828.8628.33(CaO)17.0724.2120.1721.9623.4520.4524.1723.3522.3820.2821.1421.9416.1124.3519.76(MgO)2.663.401.483.433.833.633.403.423.733.663.083.622.013.493.17(SiO2)46.1942.8845.0941.1840.6038.8242.6640.9439.4338.9239.2045.5341.3843.0642.41(AL2O3)13.5813.0313.3617.7316.5516.3711.6414.5817.2616.7916.4716.2619.2613.3015.31R0.430.640.50.620.670.620.650.650.660.610.620.620.440.650.54序號161718192021222324252627282930[Si]26.6828.0930.1525.9627.3828.1927.1728.4128.9625.1228.6828.3728.9127.2928.06(CaO)25.1626.1822.4620.8515.9524.3220.8520.4819.5222.3514.6416.7819.3316.1818.33(MgO)3.203.703.713.292.413.202.072.733.693.372.771.952.462.032.94(SiO2)41.8839.2841.5640.3242.2741.7440.9044.3642.8245.2241.5343.8941.7739.8941.35(AL2O3)13.9817.3814.3317.4616.0114.0418.419.8612.7012.8915.1914.0515.6116.9215.49R0.680.760.630.600.430.660.560.520.540.570.420.430.520.460.51第9頁/共18頁根據(jù)以上統(tǒng)計表，我們制作成折線圖進行對比分析如以下各圖所示：圖2合金[Si]成份折線圖圖3爐渣（SiO2）成份折線圖

第10頁/共18頁圖4爐渣堿度R數(shù)值折線圖

因為（SiO2）直接決定[Si]的還原率，堿度R直接影響（SiO2）活度而間接影響[Si]的還原，因此我們只要對（SiO2）、[Si]、R三者進行分析即可，統(tǒng)計分析比較如下：

3.2.1合金[Si]共有9爐未達到28%以上，占總爐數(shù)的30%，最低為25.12%，最高為30.15%。

3.2.2爐渣（SiO2）的成份控制基本在38%～44%的范圍內(nèi)居多，從圖上對比看合金[Si]低則渣中（SiO2）較高，爐渣堿度也在0.4以下；把爐渣堿度控制在0.4～0.6之間，渣中（SiO2）控制在38%～44%范圍內(nèi)，[Si]的還原比較穩(wěn)定和充分，合金[Si]的質(zhì)量較為穩(wěn)定。第11頁/共18頁

3.2.3若爐渣堿度控制在0.4～0.6之間，渣較青，還原較好（見圖5），渣在渣池中沉降較好，沉于渣池底部；如果渣型控制不好，堿度低于0.4，則造成渣量大，渣多鐵少，三角區(qū)及電極腳周圍易冒渣，渣中（SiO2）較高，[Si]低于控制范圍，渣發(fā)灰或發(fā)白（見圖6），渣漂浮在渣池面上；若堿度高于0.7，則鐵多渣少，渣較稠，需不斷拉出鐵口才能排渣，渣中（SiO2）較低[Si]較高，甚至[Si]在30%以上，造成工人勞動強度增大，爐眼易損，熱停爐增加。

3.2.4渣鐵比測算：采用三天出干渣方式進行稱量，其中渣鐵比最大為1.46，最低為1.17，平均為1.28，基本達到料批預(yù)算渣鐵比在1.2～1.3之間的要求。根據(jù)統(tǒng)計分析，按此成份控制的高硅錳硅合金生產(chǎn)爐渣成份控制選取范圍如下：

SiO2:38～44%；堿度R=（CaO+MgO）/SiO2=0.4～0.6第12頁/共18頁青渣渣沉于渣池底部圖5堿度在控制范圍渣的表現(xiàn)圖

白渣渣漂浮在渣池面上圖6堿度低于0.4時渣的表現(xiàn)圖第13頁/共18頁

4高硅錳硅合金渣型受礦石成份的影響4.1某公司使用礦石成份表3礦石成分分析表序號

成分礦石Mn%Fe%SiO2%P%CaO%MgO%AL2O3%S%H2O%1礦石126.338.7928.560.2110.730.457.060.0238.82礦石233.213.26330.0590.790.172.370.00533礦石345.824.129.510.0710.490.214.260.0042.84礦石429.70.7930.170.02213.551.2711.340.4705礦石521.137.6836.190.12513.042.378.190.443.26礦石631.7810.9819.760.2050.570.296.460.02111.27礦石721.341.4329.730.02634.2110.292.950.0310第14頁/共18頁

4.2礦石成份對合金質(zhì)量及爐渣堿度的影響冶煉初期，為了提高料批中的自然堿度，減少白云石、螢石配入量，料批以高錳鐵比，高SiO2含量，高堿度的礦石4和礦石7為主，其它礦石為輔，結(jié)果在冶煉過程中出現(xiàn)了部分礦石融料太快，成渣過多而影響其它高熔點礦石的熔煉，爐渣堿度雖然達到所要控制范圍，但合金錳過剩嚴(yán)重，質(zhì)量不穩(wěn)定，爐況反復(fù)，產(chǎn)量偏低。冶煉中期，采用了高錳礦石搭配低錳鐵比礦石，期間為調(diào)整堿度及提高綜合SiO2，加入大量的白云石、硅石、螢石，但是同樣的問題還是出現(xiàn)，而且由于白云石、硅石過