硅錳合金的冶煉要點(diǎn)

關(guān)于硅錳合金的冶煉方式和方法鄧紹鑫、鄧元華內(nèi)容摘要：硅錳合金是煉鋼中常用的復(fù)合脫氧劑，因此，世界上對于硅錳合金的冶煉都十分的重視。本文通過對硅錳合金的冶煉過程進(jìn)行剖析闡述，客觀上總結(jié)了國內(nèi)外硅錳合金冶煉的技術(shù)手段和方法。關(guān)鍵詞：硅錳合金復(fù)合脫氧劑冶煉硅錳合金是煉鋼常用的復(fù)合脫氧劑，又是生產(chǎn)中，低碳錳鐵和電硅熱法生產(chǎn)金屬錳的還原劑。硅錳合金可在大中小型礦熱爐內(nèi)采取連續(xù)式操作進(jìn)行冶煉。目前，世界上硅錳合金電爐正向大型化、全封閉的方向發(fā)展，南非1975年投產(chǎn)了一臺88000KVA的大型硅錳合金電爐。表1-1某廠冶煉中低碳錳鐵自用硅錳合金牌號及成分牌號Si%Mn%C%P%適用范圍漢字代號不小于不大于特一類SiMn-023,065.00.30.19FeMn83C0.4一類硅錳SiMn-120.066.00.50.19FeMn80C0.7二類硅錳SiMn-219.067.00.80.19FeMn78C1.0三類硅錳SiMn-317.068.01.30.19FeMn75C1.5生產(chǎn)硅錳合金的原料有錳礦、富錳渣、硅石、焦炭。生產(chǎn)硅錳合金可使用一種錳礦或幾種錳礦（包括富錳渣）的混合礦。為保證煉出合格產(chǎn)品，礦石中的錳鐵比和錳磷比應(yīng)滿足一定要求，見表1-2所示。所用的錳礦含錳越高，表1-2煉制合金要求Mn%≥Mn/Fe≥P/Mn≤SiMn-03770.0020SiMn-13560.0025SiMn-2335.50.0025SiMn-3315.00.0025Mn60Si20314.50.0025Mn60Si17304.50.0030Mn60Si14303.50.0035圖1-1各項(xiàng)指標(biāo)越好，圖1-1為錳礦品位對硅錳合金技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響。錳礦中二氧化硅含量通常不受限制。采用含二氧化硅較高的錳礦（30~40%SiO2）來冶煉硅錳合金在技術(shù)上是允許的，在資源利用上是合理的。錳礦中的雜質(zhì)P2O5要低，P2O5使合金中磷含量升高。錳礦粒度一般為10~80mm，小于10mm不超過總量的10%。對于硅石的要求，SiO2≥97%，P2O5＜0.02，粒度而合金中硅高。若還原劑過剩量太大，電極上抬很嚴(yán)重，爐底溫度低，合金中硅含量反而下降。當(dāng)爐料中還原劑不足時(shí)，電極下插深，爐口火焰低，發(fā)暗，由于還原劑不足，渣中二氧化硅高，渣發(fā)粘，出鐵時(shí)鐵渣不分，合金中硅低碳高。配碳量是根據(jù)公式計(jì)算出來的，但要把爐上的一些實(shí)際情況考慮進(jìn)去。例如爐渣堿度大渣稀，出鐵帶走的生料多，配料量可以大些，又如舊的出鐵口爐眼大，出鐵時(shí)帶走的焦炭多，配碳量也要大一些。爐渣的堿度對硅錳合金的冶煉也有很大的影響。堿度過高，成渣溫度大大下降，爐內(nèi)溫度提不高，加之CaO與SiO2結(jié)合成硅酸鹽，這些都使SiO2的還原困難，合金含硅量上不去。此外，堿度過高，爐渣過稀，出鐵時(shí)帶走的生料多，出鐵口也容易燒壞，爐眼也不好堵，因此堿度太高是不好的。堿度太低，渣發(fā)粘，排渣困難，排渣不徹底，容易引起翻渣，堿度太低，電阻大，爐渣的導(dǎo)電性大大下降，常常給不滿負(fù)荷，因而爐溫低，坩堝縮小，化料速度慢，生產(chǎn)率低。由于爐溫低和渣發(fā)粘，SiO2還原發(fā)生困難，合金中硅低碳高，渣中跑錳多。生產(chǎn)中可根據(jù)渣量和渣的流動(dòng)性來判斷爐渣堿度，正常冶煉時(shí)，每爐的渣量和鐵量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。若出渣過多，出鐵較少，說明堿度高；若渣量少，流不出來，出鐵口掛渣，說明堿度低。爐渣的流動(dòng)性和堿度直接相關(guān)，渣稀，堿度就高、渣粘、堿度就低。二氧化硅是較難還原的氧化物，它的還原程度與還原劑的用量特別是與爐溫有關(guān)。因此，冶煉硅含量較高的硅錳合金除適當(dāng)增加還原劑的用量外，關(guān)鍵是怎樣提高爐內(nèi)的溫度。我們知道，在連續(xù)冶煉法中，爐渣的熔點(diǎn)對爐溫有很大的影響。在冶煉硅錳合金時(shí)，因?yàn)闋t渣中的SiO2和MnO在12400C會(huì)組成低熔點(diǎn)的共晶體，而從MnSiO3中還原得到含硅20%的開始還原溫度為14900C，因此冶煉高硅硅錳合金的主要困難也是爐溫問題。錳礦的品位和塊度對爐溫是有影響的。錳礦含錳越高，渣量就少，爐溫容易上去。錳礦塊度大，透氣性好，整個(gè)爐口冒火，料層均勻下沉。原料預(yù)熱好，落入下部反應(yīng)區(qū)時(shí)帶入較多的熱量，同時(shí)塊度大，熔化很慢，成渣溫度也高，這都有助于爐溫的提高。提高合金的含硅量，還要有一個(gè)合適的爐渣成分。生產(chǎn)實(shí)踐指出，當(dāng)堿度（CaO/SiO2）在0.5~0.7之間，合金含硅量高。此外，爐渣中含有少量的（5~7%）MgO能大大改善爐渣的流動(dòng)性，又利于爐溫的提高，這都能促進(jìn)SiO2的還原。9000~12500KVA的電爐冶煉硅錳合金時(shí)電極的正常埋入深度為1.2~1.4米，工作電壓為130~145V；3000~6000KVA的電爐冶煉硅錳合金時(shí)電極的正常埋入深度為600~800mm。此外，如出鐵口處爐壁變薄，出鐵口爐眼太大造成出鐵時(shí)淌生料嚴(yán)重，也都影響爐溫的提高，從而影響合金中硅含量的提高。錳的回收率是生產(chǎn)硅錳合金的一項(xiàng)重要指標(biāo)。提高錳的回收率就是要減少進(jìn)入爐渣和隨同爐氣逸出的錳。爐渣中錳量與爐渣堿度有關(guān)。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)中有如下關(guān)系，見表1-3。表1-3堿度（CaO/SiO2）0.21~0.30.24~0.40.41~0.50.51~0.60.61~0.70.71~0.80.81~0.9渣中含Mn量10.39.68.358.417.255．764.88堿度越高，渣中含錳量越低，但不應(yīng)由此得出結(jié)論。堿度越高錳的回收率越高。因?yàn)閴A度越高，渣量就越大，雖然渣中的錳的百分比下降，爐渣中總的跑錳量不一定下降。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：堿度由0.2增大到0.7~0.8時(shí)，錳的回收率隨著堿度的增加而提高，堿度再高，錳的回收率反而下降。為了減少隨爐氣逸出的錳，就要避免高溫區(qū)過于集中，減少錳的揮發(fā)。因此，二次電壓不能過高，電極插得深，料柱厚，爐氣外逸時(shí)有比較長的行程，以便爐料吸收部分揮發(fā)的錳，可以減少錳的汽化損失。封閉電爐煉硅錳合金時(shí)，判斷爐況除根據(jù)原料情況（粒度、成分）電極位置、爐渣堿度、合金成分、渣量（同敞口爐）外，還要考慮爐氣成分，爐膛各部分溫度變化等情況對冶煉過程進(jìn)行全面分析，綜合判斷，如:爐膛出口壓力波動(dòng)，爐蓋溫度局部升高說明爐膛內(nèi)局部翻渣或刺火。爐氣出口壓力增大，爐蓋溫度未升高，二次電流下降，說明爐內(nèi)有塌料現(xiàn)象。爐氣出口壓力增大，爐蓋溫度升高，電極波動(dòng)，出爐壓力顯著下降，是爐膛內(nèi)翻渣的象征。爐氣分析中氫含量急劇上升，在原料濕度不變情況下，說明爐內(nèi)設(shè)備有嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，應(yīng)立即停電處理。如氧氣含量增加，說明密封不好，應(yīng)搞好密封。近年來，俄羅斯有的工廠利用堿性鋁代硅酸鹽冶煉硅錳合金，使合金產(chǎn)量提高，單位電耗降低，錳和硅收得率提高。如當(dāng)用偉晶花崗巖代替石灰石及一部分硅石時(shí)。按末渣中（Na2O+K2O）為5~7%計(jì)算，硅收得率從43.8%提高到48.4%，錳收得率則從73.1%提高到79.3%。爐渣中合金珠的數(shù)量將減少5/6~6/7。表1-4為利用偉晶花崗巖熔煉硅錳合金的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。偉晶花崗巖，堿性花崗巖這類材料均是電爐鐵合金工業(yè)的新型溶劑。普通工業(yè)爐渣的粘度在1773K時(shí)為0.5~1.0Pa·s，而在1723K時(shí)為0.8~2.0Pa·s。當(dāng)爐渣含7.4%（Na2O+K2O）時(shí)，其粘度應(yīng)降低25%，而當(dāng)爐渣含15.3%（Na2O+K2O）時(shí)，其粘度幾乎降低50%，達(dá)0.4Pa·s。表1-4利用偉晶花崗巖冶煉硅錳合金的主要指標(biāo)指標(biāo)爐料采用偉晶花崗巖的爐料普通爐料PM3-16.5型爐子工作的晝夜數(shù)9.09.0爐子生產(chǎn)能力：t/d102.396.0原料中平均錳含量：%43.8743.91原料單位消耗量：Kg錳原料17301885硅石257382焦炭420454石灰石-43偉晶花崗巖161-單位電耗：kW·h38204060爐渣的平均化學(xué)成分：%MnO22.221.2SiO248.650.3CaO11.713.5MgO1.02.2Al2O310.28.5Na2O3+K2O6.23.9爐渣堿度：(CaO+MgO)/SiO20.260.33（Na2O+K2O）/SiO2比例0.1280.078渣鐵比0.931.03合金元素中各元素的回收率：%Mn79.373.1Si48.443.8P88.180.8俄羅斯有的鐵合金廠，使用次石墨作還原劑冶煉硅錳合金及硅鐵，電氣制度穩(wěn)定，鐵合金爐熔池的有效電阻增大。事實(shí)表明，在鐵合金中應(yīng)用次石墨作還原劑是很必要的。近來，對液體硅錳合金進(jìn)行爐外脫磷進(jìn)行了研究，實(shí)踐證明，爐外脫磷可得到含P＜0.1%的產(chǎn)品，適用于冶煉特殊用途的鋼和用作生產(chǎn)低碳的低碳錳鐵的原料，并且不需要特殊的低磷錳礦或者把礦石先冶煉成低磷高錳渣。將含硅20%以上的硅錳合金用堿性溶劑處理，即可達(dá)到上述效果。使用的堿性溶劑如CaO—CaF2系，CaO—冰晶石系，Na2O—CaO系，K2O—CaO系等，把它們混合而成多成分系。這種溶劑對含硅低得錳鐵則不起作用，但當(dāng)含硅量在20%以上時(shí)，將引起急劇的去磷作用，其脫磷率為90%左右，下面列出一些處理結(jié)果，見表1-5表1-5被處理的硅錳合金成分：%處理溫度oC溶劑成分%處理后金屬成分%脫磷率%MnSiPCaOCaF2水晶石其他MnSiP60.0727.860.34135060402059.5527.120.0294.154.0634.690.48135060MnO2054.733.360.02196.658.830.570.19813006020Na2O2058.430.250.0290處理溫度只要達(dá)到被處理合金的熔點(diǎn)以上時(shí)，便可以達(dá)到預(yù)期效果，故出爐的硅錳合金即可立即加入溶劑處理。硅錳合金的爐料計(jì)算：1.原料化學(xué)成分按品種要求混合錳礦Mn/Fe≥4.5，P/Mn＜0.0025原材料化學(xué)成分見表1-6。表1-6名稱Mn%P%FeO%SiO2%CaO%MgO%Al2O3%混合錳礦300.0613.023.991.14.3焦炭固定碳%灰分%揮發(fā)分%821520灰分組成64541.23硅石0.0080.597注：焦炭含水量約10%2.計(jì)算依據(jù)（1）元素分配見表1-7表1-7元素入合金%入渣%揮發(fā)%Mn781012Fe9550Si405010P85510（2）硅錳合金化學(xué)成分：Mn70%，Si20%，C1%，F(xiàn)e8%，P0.18%。（3）出鐵口排碳及爐口燃燒損失10%。（4）以100Kg混合錳礦為計(jì)算基礎(chǔ)，求需焦炭、硅石量，并計(jì)算出爐渣堿度。3.計(jì)算（1）合金重量100×30%×78%=33.4Kg70%合金量：100×30%×78%×20%=6.7Kg70%合金中硅量：100×0.061%×85%×100%=0.155%33.4合金中磷含量：（2）焦炭用量見表1-8表1-8化合物反應(yīng)用碳量（Kg）MnOMnO+C=Mn+CO100×0.3×(0.78+0.12)×12=5.955SiO2SiO2+2C=Si+2CO6.7×(0.4+0.1)×24=6.870.428FeOFeO+C=Fe+CO100×3%×95%×12=0.4872硅錳合金含碳100×30%×78%×1%=0.33470%合計(jì)13.584考慮出鐵口排碳，爐口燒損折合成含水10%焦炭：13.584÷0.82÷0.9÷0.9=20.4Kg（3）硅石用量（6.7/0.4×60/28－23.9）÷0.97=12.4Kg（4）爐渣堿度爐渣量：(12.4×0.97+23.9+20.4×0.15×0.45)×0.5/0.4=18.67/0.4=46.7KgMnSi合金爐渣中SiO238~42%，取40%計(jì)算爐渣量爐渣堿度（R=CaO+MgO/SiO2）=9+1.1+20.4×0.15