锰系合金的冶炼.docx

1、5 锰系合金的冶炼5.1 锰铁的牌号及用途锰铁是锰与铁的合金，其中还含有碳、硅、磷及少量其他元素。电炉冶炼的锰铁，根据其含碳量的不同，又分为高碳锰铁（碳素锰铁）、中碳锰铁和低碳锰铁三种，其牌号及化学成分见表5-1表5-1 电炉锰铁牌号其化学成分（GB/T3795-96）在锰系合金中含有足够硅量的锰铁合金称为锰硅合金，其牌号及化学成分见表5-2。表5-2 锰硅合金牌号及其化学成分（GB/T4008-96）注：硫为保证元素，其余均为必测元素含有极少量的其他元素，而其余均为锰的合金称为金属锰，其牌号及化学成分见表5-3表5-3金属锰牌号及其化学成分（GB2774-91）牌 号化学成分/%MnCSiF

2、ePSNiCuAI+Ca+Mg不小于不 大 于JMn97JMn95JMn95-AJMn95-BJMn93-AJMn93-B97.096.595.095.093.593.50.080.100.150.150.200.200.400.50.80.81.81.82.02.32.83.02.84.00.040.050.060.060.060.060.040.050.050.050.050.050.020.020.020.020.020.020.030.030.030.030.030.030.70.70.70.70.70.7在锰系合金中还有一种含硅、碳、磷量与高碳锰铁相近，而含锰量仅为20%30%，并且

3、因其断面光亮如镜而得名的镜铁。锰是钢铁生产中不可缺少的元素之一。由于锰与氧、硫有较大的亲和力，常用锰铁作为炼钢的脱氧剂和脱硫剂。另外，锰铁还作为炼钢的合金剂加入钢中，改善钢的机械性能，增加钢的强度、硬度、延展性和耐磨性等。此外，锰铁还大量用于电焊条的生产，金属锰广泛用于生产锰青铜和铝合金。在化学工业中也得到利用。5.2 锰及其化合物的物理化学性质5.2.1 锰的主要物理化学性质相对原子量 54.938 密度 7300kg/m3 熔点 l517K 沸点 2368K 熔点热 7.37kJ/mol 蒸发热 225.0 kJ/mol锰有四种变化形态,各种变态的晶格也不同：小于1000K稳定，立方体；由

4、l000K到1374K稳定，立方体；由1374K到1410K稳定，面心四面体；由1410K到1517K稳定，体心立方体。转变热为： 。锰的蒸气压力很大，易挥发，生产锰系合金时要防止锰的挥发损失，特别是冶炼金属锰，锰硅合金。冶炼温度越高、金属中的锰含量越高，合金中锰的损失就越大。5.2.2 锰化合物的性质锰与氧生成一系列的氧化物：MnO2、Mn2O3 、Mn3O4和MnO。锰的低价氧化物较高价氧化物稳定，加热时高价氧化物将逐级分解成低价氧化物，并放出氧，在高温下只有MnO是稳定的。锰与铁在液态和固态时完全互溶，但不生成化合物，图5-1为锰铁状态图。锰与碳生成的碳化物Mn7C3，Mn3C和Mn23

5、C6等，图5-2为锰碳状态图。锰与硅生成硅化物Mn2Si、MnSi、Mn2Si3其中以MnSi最稳定，图5-3为锰硅状态图。硅化锰是较碳化锰更稳定的化合物，当锰的碳素合金中硅的含量增高时，硅会将其中的碳置换出来，生成硅化物。锰硅合金中的硅含量与碳含量之间的关系如图5-4，含硅最量高，含碳量就愈低。锰与磷生成的磷化物有Mn5P2、MnP、MnP2 和MnP3，其中Mn5P2最稳定。锰与氰生成的氰化物有Mn4N、Mn5N2和Mn3N2，氮在锰中的溶解度可达6%。锰和硫生成硫化物MnS和MnS2、MnS是非常稳定的化合物，在液态和固态锰中的溶解度者断很小；5.3 锰矿锰矿是生产锰系产品的主要原料。自

6、然界中锰矿资源丰富，我国是世界上锰矿储量较多的国家之一，大部分分布在中南和西南。目前，已知的含锰矿物有150多种，但可作为工业锰矿石用的并不多，根据其矿物组成不同，可分为软锰矿、褐锰矿、黑锰矿、水锰矿、菱锰矿等，详见表5-4。表5-4主要含锰矿石锰矿中除含有锰矿物外，还含有一定数量的脉石，其组成为、SiO2、AI2O3、CaO、MgO等氧化物；锰矿中的杂质有铁、磷、碳、铅、锌、砷等。铁常以Fe2O3的形态存在；磷在冶炼时大部分被还原进入合金，使产品质量变坏；硫在冶炼时大部分挥发，只有很少量进人合金，故锰矿中硫含量影响不大。锰矿接其工业上的用途可分为化上用锰矿和冶金用锰矿两种。冶金用锰矿按矿石类

7、型、锰与铁含量之比及含锰高低又分成三类：（1）接锰矿类型可分为氧化锰矿和碳酸锰矿。（2）按锰矿中锰、铁含量比分为锰矿石、铁锰矿石、含锰铁矿石。其中锰， Mn/Fe1；锰铁矿石含有相当数量的锰和铁，但Mn/Fe1；含锰铁矿石主要含Fe35%，含Mn5%10%。（3）按锰矿含锰高低分为富锰矿和贫锰矿。各国依其矿源条件不同，贫富锰矿的划分标准也不同，我国目前把含Mn30%的成品矿石称作富锰矿。含锰较高的氧化锰矿开采出来后（有的经水洗），可直接作为成品矿石。而碳酸锰矿开采出来后，需要进行焙烧，除去CO2及其他挥发成分后方可作为成品矿石（焙烧矿）。碳酸锰矿的焙烧一般采用竖窑焙烧，用无烟煤作燃料，焙烧温度

8、为l0731273K，焙烧时碳酸锰矿中的主要碳酸盐按下式分解： MnCO3=MnO+CO2 H298=116.60kJ FeCO3=FeO+CO2 H298=104.0kJ CaCO3=CaCO+CO2 H298=179.40kJ MgCO3=MgO+CO2 H298=103.16kJ当焙烧温度过高是，会使MnO再氧化。 3MnO+CO2=Mn3O4+CO 2MnO+CO2=Mn2O3+CO对于含锰量低、杂质含量高的贫锰矿，通过选矿（如洗选、重选、浮选、焙烧、磁选等），可降低杂质含量，提高锰的含量。除火法富集（富锰渣法）外，其他方法的选矿及焙烧等都在矿山进行。锰矿是冶炼锰系合金的主要原料，熔炼

9、锰系合金对锰矿的主要要求如下：（1）矿石中含锰量要高。含锰越高，产量越高，消耗越低，各项技术经济指标越好。根据我国锰矿资源，为合理使用锰矿，在冶炼金属锰和中低碳锰铁时，要求锰矿含锰量大于40%；生产电炉高碳锰铁和锰硅合金时，要求锰矿含锰量大于35%；冶炼高炉锰铁时，要求锰矿含锰量大于30%。（2）锰矿中的铁在冶炼中95%进入合金，因此要求锰矿有一定的锰铁比。由于生产锰合金的品种、牌号不同，对锰矿中锰铁比要求不一，一般为3，510。（3）锰矿中的磷约有75%被还原进入合金，为了使锰合金中磷的含量控制在规定范围内，要求锰矿有一定的磷锰比。由于生产的品种、牌号不同，对磷锰比要求不一，一般为0.002

10、0.005。（4）锰矿中含SiO2要低，腺冶炼锰硅合金外，矿石中SiO2含量要低，这样可以减步渣量，降低电耗和提高锰的回收率。（5）锰矿中的CaO和MgO对冶炼过程中获得一定碱度的炉渣有利，故不加限制；锰矿中硫与锰生成MnS进入渣中，仅有l%进入合金，故对锰矿中硫不加限制。（6锰矿要有合适的粒度。通常要求粒度为575mm，小于3mm的不超过l0.6。（7）锰矿（指烧结矿和球团矿）应有足够的抗压强度（大于0.5MPa），水分含量不大于8%。5.4 高碳锰铁冶炼5.4.1 冶炼方法高碳锰铁冶炼有高炉法和电炉法两种。高炉法此处不作介绍。根据入炉锰矿品位及炉渣碱度控制的不同，在电炉内生产高碳锰铁有熔剂

11、法、无熔剂法和少熔剂法三种：（1）熔剂法。炉料中除锰矿，焦炭外，还配入一定的熔剂（石灰），加入足够还原剂，采用高碱度渣进行操作，炉渣碱度控制在1.31.4，以便尽量降低炉渣中的含锰量，提高锰的回收率。此法可利用贫矿。（2）无熔剂法。炉料中不配加石灰，在还原剂不足的条件下冶炼，采用酸性渣操作。用这种方法生产，既可获得高碳锰铁，又可得到用于生产锰硅合金和中低碳锰铁的含锰30%左右的低磷富锰渣。尤熔剂法冶炼的优点是冶炼电耗低，锰的综合回收率高，不足之处是由于采用酸性渣操作，冶炼过程对碳质炉衬侵蚀较严重，炉衬寿命较短。此法需使用低磷富锰矿。（3）少熔剂法。采用介于熔剂法和无熔剂之间的“偏酸性渣法”。该

12、法是在配料中加人少量石灰或白云石，将炉渣碱度控制在0.60.8之间，在弱炭条件下进行冶炼，生产出合格的高碳锰铁和含锰25%40%及适量的CaO及低磷、铁锰渣。此渣用于生产锰硅合金时，既可减少石灰配入量，又可减少因石灰潮解增加的粉尘量而改善炉料的透气性。国外电炉冶炼高碳锰铁多采用无熔剂法和少熔剂法。我国鉴于国内资源状况，以熔剂法生产为主。近年来，随着国外高品位锰矿的进口。为合理利用富矿资掉，有些生产厂家也采用无熔剂法和少熔剂法生产高碳锰铁。5.4.2 原料电炉熔剂法生产高碳锰铁的原料有锰矿、焦炭、石灰和萤石。冶炼高碳锰铁时应用含锰量高、SiO2和AI2O3含量低的锰矿，这样可以减少渣量，降低电耗

13、，提高生产率和锰的回收率。入炉锰矿水分控制在8%以下。对锰矿中锰、铁、磷含量的要求，应根据生产的牌号来确定（见表5-5）。表5-5对锰矿中锰、铁、磷的要求锰矿的入炉粒度根据电炉容量大小而定，对6000kVA以下容量的电炉，人炉粒度一般为1060mm，对6000kVA以上容量的电炉，其上限可放宽到80mm，小于10mm的粉矿不应超过总量的l0%。冶炼高碳锰铁常用的还原剂是325mm的碎焦，要求固定碳不小于82%，灰分不大于14%，水分小于7%，磷含量宜低。冶炼高碳锰铁时，使用的熔剂是石灰和萤石，石灰要求CaO80%，SiO26%，P0.05%，S0.80%，粒度为1060mm；萤石要求CaF27

14、5%，AI2O30.4%0.6%，CaO0.49%0.53%，SiO226%。5.4.3 冶炼原理高碳锰铁的冶炼过程主要是锰的高价氧化物受热分解和低价氧化物被碳还原的过程。锰的高价氧化物稳定性较差，在冶炼温度下，将依次分解成低价氧化物。当温度高于753K时，MnO2分解成Mn2O3：2MnO2=Mn2O3+当温度高于l200K时，Mn2O3分解成Mn3O4：3MnO2=2Mn3O4+当温度高于1450K时，Mn3O4分解成MnO：Mn3O4=Mn2O3+MnO是比较稳定的氧化物，在电炉冶炼条件下，Mn0不分解。锰的高价氧化物，也可被炉内反应产生的CO还原成低价氧化物，其反应如下：2MnO2+C

15、O=Mn2O3+CO23Mn2O3+CO=2Mn3O4+CO2Mn3O4+CO=3MnO+CO2在冶炼温度下，MnO不可能被CO还原。这样，进入炉内高温区的锰的氧化物均以MnO形式存在，只能通过碳直接还原。碳还原MnO的反应如下：MnO+C=Mn+CO T开=1693K T开=1499K由以上反应可看出，用碳还原MnO生成Mn3C比生成锰的趋势大，因此用碳作还原剂时，得到的不是纯锰，而是锰的碳化物（Mn3C），合金中碳含量通常为6%7%。在MnO被碳还原的同时，锰矿中Fe、P、Si的氧化物也被碳还原，其中P2O5和FeO比MnO更容易被还原。矿石中磷的氧化物能被碳、锰充分还原，其反应式如下：

16、T开=1036.5K T开=1036.5K被还原出来的磷，大约有70%进入合金，5%左右残留渣中，其余挥发。炉料中铁的氧化物按下式被碳还原： T开=985K还原出来的铁与锰组成锰铁的二元碳化物（MnFe）3C从而改善了MnO的还原条件。在有铁存在的条件下，当温度接近11000C时，MnO的还原即可进行。炉料中带入的SiO2比MnO稳定，只有在较高的温度下才能被碳还原： T开=1937K控制高碳锰铁冶炼温度不超过823K，可以有效地抑制SiO2的还原。实际允许的高碳锰铁含硅量不大于4%，大部分以SiO2形式进入炉渣。炉料中的其他氧化物CaO、AI2O3、MgO等，则较MnO更为稳定，在高碳锰铁冶

17、炼温度条件下不可能被碳还原，几乎全部进入炉渣。炉料中的硫主要来自焦炭。有机硫在高温下挥发，硫酸盐中的硫一般以MnS或CaS形态熔于渣中。通常炉料中的硫只有约l%左右进入合金。高碳锰铁在l523K左右时熔化，合金过热至16231643K就具有良好的流动性，且锰的挥发性很大，因此冶炼高碳锰铁时，应避免炉缸温度过高，也就是应避免高出顺利进行还原反应所必须的温度。MnO为碱性氧化物，易与炉料中的SiO2结合生成硅酸盐：MnO+SiO2=MnOSiO22MnO+SiO2=2MnOSiO2这些反应降低了渣中自由MnO的浓度，使充分还原MnO变得困难。为了减少锰进入炉渣中的损失，可于炉料中加入石灰或石灰石，

18、此时MnOSiO2+CaO=CaOSiO2+MnO2MnOSiO2+2CaO=2CaOSiO2+MnO使渣中自由MnO增加，还原条件得到改善。图5-5是炉渣中锰含量与渣中的关系图。从图知，随着渣中的增大，炉渣中锰含量减少，但当渣中达1.4后，继续增加渣中，则渣中锰的含量减少得并不多，因为这时渣中锰含量的降低不是由于CaO取代MnO，改善MnO还原的结果，而是由于石灰稀释炉渣的结果。因此继续增加渣中，虽然使渣中含锰量稍微降低，实际上因渣量增多，增加了锰在渣中的绝对量。此外，增加炉渣的碱度会使炉渣的熔点增高，使高碳锰铁过热，锰的气化损失增加。因此在采用熔剂法生产高碳锰铁时，炉渣中的CaO/SiO2

19、通常限制在1.21.4范围内。这时炉渣具有下列成分：SiO225%32%，AI2O38%13%，CaO35%43%，MgO3%5%，MnO10%16%，FeO1%，炉渣熔点为16231673K。炉渣中部分CaO可以用MgO代替。某厂用部分白云石做熔剂，使渣中MgO含量提高到5%l0%时，能使碱度提高到l.61.8，渣中残锰进一步降低，达到5%以下，此时电耗和锰的挥发损失并不增加。熔剂法冶炼高碳锰铁时，锰的分布情况大约如下：78%82%进入合金，8%l0%进入炉渣，l0%l2%挥发。5.4.4 冶炼工艺高碳锰铁可在大、中、小型矿热炉内采用连续冶炼的方法生产。炉型有封闭式和开口式，电炉炉衬用炭砖砌

20、筑。由于锰铁炉渣流动性好，冲刷力强，且合金易与炉衬作用生成碳化物，所以炉衬寿命较硅铁炉低。为了提高炉衬的寿命，在熔炼过程中应加入足够的还原剂、不使合金过热和长期停留在炉内。根据配料计算得出配料比后，按焦炭、锰矿，石灰（白云石）的顺序进行称量配料，然后通过输送系统将配好的料送到加料平台或炉顶料仓，根据炉内需要分批加入炉内。小型电炉、一般采用人工加料，而大中型电炉则是通过炉顶料仓下面的加料管加入炉内。对封闭式电炉，其加料管直接伸入炉内料面控制位置，加料管内随时充满炉料。当炉料熔化下沉时，料管中的料自动落入炉内。炉料沿电极周围堆成锥体并保持适当的料面高度，这样可以保证控制好上升炉气下降炉料间的热交换

21、，使气体均匀地从表面逸出，保证锰矿良好的加热和分解还原，有利于减少热损失和锰的挥发损失。加料要做到勤加、少加，塌料或出铁后应先推料，再加新料。保持炉料均匀下降是进行正常冶炼的一个重要条件。炉料均匀下降，可以使炉料中的高价氧化锰在进入高温区以前，分解或还原成MnO，而且全部炉料得到良好的加热。炉料的结块和挂料会破坏这种正常进程，因透气性差，会出现气体从料面局部冲出而造成崩料、塌料，塌料时湿炉料以及含高价氧化锰的炉料突然落入高温区，在高温下炉料水分的蒸发和高价氧化锰的强烈分解还原，产生压力很大的气体，使炽热的炉料和液体炉渣从炉内溅出。因此，为了消除结块和挂料，必须经常用铁杆戳穿炉料，防止炉气的积聚

22、。炉气积聚还会形成针状气孔，增加锰的损失。锰的还原温度比硅低，且高温下锰易挥发，故熔池温度不能太高，冶炼所用的二次电压及电流密度均比冶炼硅铁低。以防合金局部过热，但二次电压过低，会使生产率降低，电耗升高，因此二次电压要选择合适。对于开口式炉，炉况正常的标志是：料面透气性良好，料面均匀地冒短而黄火焰无塌料、刺火现象；炉料均匀下沉；三相电流基本平衡，电极插稳插深；铁渣流动性好出铁后料面下沉好，炉内炉边无结渣，熔化区大。对于封闭式炉，炉况正常的标志是，炉内压力稳定。对封闭炉炉内压力，一般采取微正压029.42Pa操作，以保持炉气量和炉气成分的稳定，炉气含氢量要小于8%，含氧量要小于3%。过大的正压会

23、破坏炉子的密封性，密封性遭破坏表现在炉顶冒烟喷火；如果在过低的负压下操作，将会吸入空气，使煤气中氧含量增加，容易引起爆鸣甚至爆炸事故。影响炉况稳定的因素较多，如原料成分、水分、粒度的波动，电极工作端长度及插入深度的变化，炉渣成分及碱度的改变以及机械，电气事帮的影响等，但炉况的变坏大多是由还原剂配入过多或不足，以及炉渣碱度的过高或过低造成的。还原剂过多时，由于炉料电阻率减小，电流上升，电极上抬，料面温度高，炉内化料速度减慢；电极周围刺火严重；炉气压力、温度升高，锰的挥发损失增大，炉底温度下降，出渣出铁困难，合金含硅量增高。此时应向电极周围附加适量减炭料，并调整料批中的焦炭配入量。还原剂不足时，电

24、极下插过深，电极消耗增大；负荷用不满，电流不稳定；炉口翻渣；炉渣含锰量升高，合金中硅低磷高，渣多铁少。此时可向电极周围附加适量焦炭，并在料批中提高焦炭配比。炉渣碱度过高时，在炉内表现为电极上抬；料面刺火、翻渣；炉渣流动性差，出铁量少，炉渣发喑且粗糙，断面多孔，冷却后很快粉化。炉渣碱度过低时，电极插入深，炉渣稀，流动性好，渣表面皱纹少，渣中跑锰多。针对以上情况，应及时调整石灰的配入量将炉渣碱度调整到正常范围。此外，由于原料中带入的粉料过多，水分过高，会造成炉内透气性差，刺火、塌料现象严重，影口向冶炼技术经济指标。对敞口炉，可使用铁钎对电极周围炉料扎眼透气来改变炉内状况，对封闭炉，则应从严格控制入

25、炉原料的质量入手来防止上述现象的发生。铁水通常采用铸铁锭模浇铸，浇铸前，在锭模内喷洒一层石灰乳作脱模剂，待干燥后将铁水注入锭模中，待冷却后翻出进行精整。冶炼过程中要定时出铁，出铁次数根据电炉容量大小而定。通常大电炉每班出铁45次，中小型电炉每班出铁23次。出铁时用铁钎或电烧穿器打开出铁口，渣铁同时流入铁水包内，绝大部分炉渣经铁水包的包嘴流入渣罐中。出铁完毕，用耐火泥（或50%白泥，30%电极糊和20%焦粉）做成的泥球深深地堵塞出铁口。铁水包从炉子工作平台下运出，并用吊车运至铸锭的地方，炉渣送往水淬间进行水淬。为了减少或消除合金夹渣，可采用铁水包的下浇注法，即在铁水包底部旁侧设置流铁口，流铁口里

26、面用卤水镁砂，外部用泥球堵住。为防止流铁口意外穿开，在流铁口外部装有可以开闭的挡板，借以在关闭时压住堵眼泥球。5.4.5 配料计算为了获得稳定的炉况和符合要求的合金与炉渣成分，必须对炉料作配料计算。在进行计算时主要是根据原料分析结果和实际工作经验，采用一些经验数据。（1）原料成分，见表5-6。表5-6 原 料 成 分 成分名称Mn/%Fe/%P/%SiO2%CaO/%C/%混合锰矿焦 炭石 灰34100.1291.58583注：焦炭含水约l0%。（2）计算参数：1）元素分配，见表5-7。表5-7 锰矿中元素分配 成分名称入合金/%入渣/%挥发/%MnFeP789575105512202）炉渣碱

27、度，R=1.4。3）冶炼锰铁成分：Mn66%，Si2%，C6.5%，P0.3%，除铁以外其他杂质总和为0.5%。4）出铁口排碳及炉口燃烧损失约10%左右。5）以100kg锰矿为计算基础，求焦炭、石灰需要量。（3）配料计算：1）合金重量及成分计算：锰、铁，磷的总量为：10034%78%+10010%95%+1000.12%75% =26.52+9.5+0.09=36.11kg锰、铁、磷所占合金的比例为： 100%C%Si%其他=100%6.5%2.0%0.5%91%100kg锰矿能得到的合金总量为： 36.1191%=39.68kg合金成分：合锰：（10034%78%）+39.68=26.52+

28、39.68=66.8%含磷： （1000.12%75%）+39.680.09+39 68=0.268%合金中含硅量： 39.682%=0.7936kg合金中含碳量： 39.686.5%2.579kg2）焦炭用量见表5-8。表5-8 焦 炭 用 量化合物反应用炭量/kgMnOMnO+C=Mn+CO12:551000.34（0.78+0.12） 1255=6.676FeOFeO+C=Fe+CO12:56（1000.10.951256=2.035SiO2SiO2+2C= Si+2CO24:28（0.793624）28=0.6802P2O5P2O5+5C=2P+5CO60:621000.0012（0.

29、75+0.20） 6062=0.113合金含铁2.579合计12.0805考虑出铁口排碳及炉口烧损，折合成含水l0%的焦炭量：12.08050.830.90.9=17.9689kg3）石灰用量：渣中SiO2量：l009%-0.7936602891.7=7.3kg需要石灰量：SiO2（1001.5%）0.85（7.31.41.5）0.85=10.26kg4）料批配比为：混合锰矿l00kg；焦炭17.97kg；石灰l0.26kg。5.5 锰硅合金的冶炼锰硅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还原剂。锰硅合金可在大、中、小型矿热炉内采取连续式操作进行冶炼。5.5.1

30、原料生产锰硅合金的原料有锰矿、富锰渣、硅石、焦炭、白云石（或石灰石）、萤石。锰矿：生产锰硅合金可使用一种锰矿或几种锰矿（包括富锰渣）的混合矿。由于锰硅合金要求铁、磷含量比高碳锰铁低，故要求冶炼锰硅合金的锰矿有更高的锰铁比和锰磷比，如表5-9所示。所用的锰矿含锰越高，各项指标越好，图5-6为锰矿品位对锰硅合金技术经济指标的影响。表5-9某厂商品锰硅合金用矿技术指标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（30%40%SiO2）来冶炼锰硅合金在技术上是允许的，在资源上是合理的。锰矿中的杂质P2O5要低，以免合金中磷含量升高。锰矿粒度一般为1080mm，小于l0mm的不超过总量的l0

31、40%，不带泥土及杂物。焦碳：要求固定碳84%，灰分l4%，焦炭粒度一般中小型电炉使用313mm，大型电炉使用525mm。对石灰的要求与冶炼高碳锰铁相同。白云石；要求MgO19%，SiO22.0%，用于生产高硅锰硅合金的自云石，中小型电炉粒度要求为1040mm，大型电炉其粒度为2560mm。5.5.2 冶炼原理如前所述，锰的高价氧化物不稳定，受热后容易分解或被CO还原成低价氧化物MnO，而MnO较稳定，只能用碳直接还原。由于炉料中SiO2较高，MnO还没来得及还原，就与之反应生成低熔点的硅酸锰（富锰渣中的锰硅也是以硅酸盐的形式存在），因此从MnO中还原锰的反应，实际上是从液态炉渣的硅酸盐中进行

32、还原的。由于锰与碳能生成稳定的化合物Mn3C，用碳直接还原MnO得到的不是纯锰，而是锰的碳化物Mn3C。炉料中的氧化铁比氧化锰容易还原，还原出来的铁与锰形成共熔体（MnFe）3C，大大改善了MnO的还原条件。随着温度的升高，硅也被还原出来，其反应式是： SiO2+2C=Si+2CO由于硅与锰能够生成比Mn3C 更稳定的化合物MnSi，当还原出来的硅遇到Mn3C时，Mn3C中的碳被置换出来，使合金含碳量下降，其反应式为： 被还原出来的硅越多，碳化物破坏得越彻底，合金的含碳量就越低。 用碳从液态炉渣中还原硅和锰生产锰硅合金的总反应式： MnOSiO2+3C=MnSi+3CO G=3821656.6

33、-2435.67T 炉料中磷的氧化物在较低温度下即被还原，还原反应按下式进行： G=85100-81.32T其开始反应温度为7730C，炉料中的磷约有75%进入合金。在锰硅合金的冶炼过程中，为了改善硅的还原条件，炉料中必须有足够的SiO2，以保证冶炼过程始终处在酸性渣下进行；但是如果渣中SiO2过量，又会造成排渣困难。通常冶炼锰硅合金的炉渣成分为：（SiO2）=3442%；（Mn）8%5.5.3 冶炼工艺生产锰硅合金的工艺与生产高碳锰铁基本相同，但熔练过程中出现炉渣熔点低、黏度大与还原反应所需高温的矛盾，故在炉况的掌握上比生产高碳锰铁难，为此在操作上更要求做到精心细致，正确地判断和及时处理炉况

34、。 炉内还原剂过剩与不足及其对冶炼过程的影响与冶炼高碳锰铁基本相同。总的要求是电极插入深度合适，炉料均匀下沉，炉口冒火均匀，产品成分稳定和各项技术经济指标良好。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的问题。使用足够的碳质还原剂是熔炼锰硅合金必不可少的条件之一。因为在锰硅合金冶炼中，炉料易早期成渣，炉料熔化速度快，还原困难，因此焦炭的配入量应在保证电极足够插入深度的前提下尽量多用些。为了能够用足炭量，炉膛内必须有较大的高温反应区，否则会出现电极上移或局部出现过还原状态，使炉底上涨，排渣困难，进而导致炉况恶化。用炭量不足常引起炉口翻渣，负荷波动且送不足，合金中锰、硅含量

35、也下降。熔炼锰硅合金时，位于炉膛渣层上面有一被炉渣浸泡和包围的焦炭层。该焦炭层对加快还原反应和电功率的均衡分布起着重要作用。随着炉料过剩炭的积累，该焦炭层加厚，也会引起电极上移，所以出铁口排炭是必要和正常的。 配碳量是根据公式计算出来的，但要把电炉上的一些实际情况考虑进去。例如炉渣碱度高，炉渣稀，出铁带走的生料多，配碳量可以大些，又如旧的出铁口炉眼大。出铁时带走的焦炭多，配碳量也要大一些。 炉渣碱度对锰硅合金的冶炼电有很大的影响。碱度过高，成渣温度大大下降，炉内温度提不高，加之CaO与SiO2结合成硅酸盐，使SiO2的还原困难，合金含硅量上不去。此外，碱度过高，炉渣过稀，出铁时带走的生料多，出

36、铁口也容易烧坏，炉眼也不好堵，因此碱度不能太高。碱度太低，渣发黏，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，生产率下降。由于炉温低和渣发黏，SiO2还原发生困难，合金中硅低碳高，渣中跑锰多。 生产中可根据渣量和渣的流动性来判断炉渣碱度。正常冶练时，每炉的渣和铁量在一定范围内波动，若出渣过多，出铁较少，说明碱度高；若渣量少，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；渣稠，碱度就低。需要特别指出，熔练锰硅合金不能像熔炼高碳锰铁那样，靠补加石灰来提高炉渣碱度，而是靠增加二氧化硅的还

37、原率来获得较高且合适的炉渣碱度。二氧化硅是较难还原的氧化物，它的还原程度与还原剂用量，特别是与炉温有关。因此冶炼硅含量较高的锰硅合金时，除适当增加还原剂的用量外，关键是怎样提高炉内的温度。 在连续生产中，炉渣的熔点对炉温有很大的影响。在冶炼锰硅合金时，因为炉渣中的SiO2和Mn在2400C生成低熔点的硅酸锰，而从MnSiO3中还原得到含硅20%的合金液的开始还原温度为l4900C，因此冶炼含硅较高的锰硅合金的主要困难也是炉温问题。 锰矿的品位和粒度对炉温电有一定的影响。锰矿含锰越高，渣量越少，可以相应地延长出炉时间，均匀并提高炉温。锰矿粒度合适，粉末率低，则炉料透气性好，整个炉口均匀冒火，料层

38、均匀下沉，炉料预热好，落入下部反应区时带入较多的热量，生产技术指标较好。如果粒度较大，则熔化速度减慢，成渣温度提高，有助于提高炉温，但塌料现象会有所增加。 提高合金的含硅量，需要有合适的炉渣成分。生产实践指出，当碱度（）在0.50.7之间，合金含硅量高。此外炉渣中含有少量的MgO（5%7%），能大大改善炉渣的流动性，有利于炉温的提高，促进SiO2的还原。电极工作端的长度对炉温有着直接影响。900012500kVA的电炉冶炼锰硅合金时，电极的正常插入深度为1.2l.4m，二次工作电压为130l45V；30006000kVA的电炉冶炼锰硅合金时，电极的正常插入深度为600800mm。此外，如果骑马

39、碳砖受到侵蚀变薄，炉眼太大，造成出铁时淌料严重，也将影响炉温的提高，从影响合金中硅含量的提高。锰的回收率是生产锰硅合金的一项重要指标。提高锰回收率就是要减少进入炉渣和随同炉气逸出的锰。炉渣中锰含量与炉渣碱度有关，见表1l0。碱度越高，渣中含锰量越低，但不能由此得出结论：碱度越高，锰的回收率越高。因为随着炉渣碱度的增高，渣量相应增大，虽然渣中锰的百分比下降，但炉渣中的跑锰量不一定下降。实践经验认为：当碱度由0.2增大到0.70.8时，锰的回收率随着碱度的增加而提高，当碱度进一步提高时，锰的回收率反而降低。表5-10 渣中锰含量与炉渣碱度的关系 为了减少随炉气逸出的锰，就要避免高温区过于集中，减少

40、锰的挥发，因此二次电压不能过高。如果电极插得深，料柱厚，炉气外逸时有比较长的行程，炉料能够吸收部分挥发的锰，可以减少锰的挥发损失。 封闭电炉冶炼锰硅合金时，判断炉况要根据原料情况（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、炉膛备部分温度变化等情况，对冶炼过裎进行全面分析，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。 （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）炉气成分分析中氢含量急剧上升，在原料

41、湿度不变的情况下，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。锰硅合金每昼夜出铁512次，铁渣同时放出。由于排渣较困难，有时要进行人工拉渣，出铁后用耐火黏土与焦粉的混合物堵塞铁口。合金铸锭前，先将渣倒出；并向残留在铁水包内的合金表面的渣中加入砂子，使其凝固，防止浇注时分离不好的酸性渣落入合金锭内。锰硅合金可用浇注机浇注，也可浇入锭模。为改善合金质量，可采用铁水包的下浇注法。熔炼锰硅合金时，由于碳在被液态锰硅合金中的溶解度随温度的降低而减小，液态锰硅合金在凝固前，通过保温镇静可使溶解的碳和碳化硅上浮，从而得到含碳更低的锰硅合金。5.5.4 配料计算5.5.4.1 原

42、料化学成分按品种要求混合锰矿4.5，0.0025。原料化学成分见表5-11。表5-11 原料化学成分（%） 注：焦炭含水量约10%5.5.4.2 计算依据（1）元素分配见表5-12注：焦炭含水量为10%。表5-12 元素分配（2）锰硅合金化学成分：Mn：70%；Si：20%；C：1%；Fe：8%；P：0.18%。（3）出铁口排碳及炉口燃烧损失10%。（4）以100kg混合锰矿为计算基础，求所需焦炭、硅石量，并计算出炉渣碱度。5.5.4.3 计算（1）合金重量：合金量：10030%78%70%=33.4kg合金中硅量：10030%78%70%20%=6.7kg合金中磷含量：1000.061%85

43、%33.4100%=0.155%（2）焦炭用量计算见表5-13表5-13 焦炭用量计算考虑出铁口排碳、炉口烧损，折合成含水10%焦炭量：13.5840.820.90.9=20.4kg（3）硅石用量：（6.70.4602823.9）0.97=12.4kg（4）炉渣碱度：渣量：（12.40.97+23.9+20.40.150.45）0.50.4=46.7kg锰硅合金炉渣中SiO2含量为38%42%，取40%计算炉渣量。炉渣碱度：以上炉渣碱度稍低，可加适量石灰调整，合适的炉渣碱度为0.60.7。若采用碱度为0.698，则加石灰（石灰含CaO85%）量为：18.67（0.6980.548）0.85=3

44、.3kg（5）料批组成：混合锰矿100kg；硅石12.4kg；焦炭20.4kg；石灰3.3kg。5.6 中低碳锰铁的冶炼中低碳锰铁主要是由锰、铁两种元素组成的合金，熔点接近13000C，密度72007300kg/m3。按照其含碳量的不同，中低碳锰铁可分为含碳量小于0.7%的低碳锰铁和含碳量为0.7%2.0%的中碳锰铁。中低碳锰铁广泛应用于特殊钢生产，是炼钢的重要原料之一，同时也应用于电焊条的生产。用碳还原剂还原锰矿，只能得到含碳6%7%的高碳锰铁，减少炉内的还原剂并不能降低合金的碳含量。用锰矿可使高碳锰铁按下式进行脱碳：Mn3C+MnO=4MnO+CO但该反应只有在高温下才能进行。实验表明，在

45、稍高于1973K的温度下，只能由含碳6.0%6.7%、含锰67%71%的高碳锰铁炼出含碳不低于2.5%3.0%的合金，同时锰会大量挥发损失，炉衬工作条件异常恶劣，因此该方法没有实际意义。中低碳锰铁的生产方法主要有电硅热法、摇炉法和吹氧法三种，三种方法均为间歇式操作。5.6.1 电硅热法冶炼中低碳锰铁电硅热法生产中低碳锰铁是在精炼电炉中用锰矿对锰硅合金精炼脱硅（即用锰硅合金还原锰矿）而得到中低碳锰铁，这是目前冶炼中低碳锰铁的主要方法。所炼中低碳锰铁的含碳量取决于锰硅合金的含碳量，电极和原料进入合金的碳极少。由于入炉料的状态不同，又分为冷装法和热装法，加入的炉料全部是冷料称为冷装法；锰矿和石灰稍加预热，而锰硅合金为液态装入的称为热装法；锰矿和石灰是冷料，而锰硅合金