1、 1 / 27 目录目录 摘要 错误!未定义书签。 目录 1 前言 3 第 1 章 高碳锰铁与富锰渣. 4 1.1 高碳锰铁冶炼的基本原理 4 1.2 高碳锰铁用途与生产方法 6 1.2.1 锰系铁合金的分类与用途 6 1.2.2 高碳锰铁的生产方法 7 1.2.3 高碳锰铁生产特点 8 1.2.4 生产工艺和设备发展 8 1.3 富锰渣的用途与生产方法 9 1.3.1 富锰渣的用途 9 第 2 章 少熔剂法生产高碳锰铁 12 2.1 工艺简介 . 12 2.1.1 少溶剂法生产工艺流程 13 2.1.2 少熔剂法冶炼的工艺特点 14 2.2 原料选择与搭配 15 2.2.1 少熔剂法对矿石中
2、化学成分的要求 15 2.2.2 少熔剂法对矿石物理性能的要求 15 2.3 还原剂选择与搭配 15 2.4 配料计算 16 2.4.1 混合矿石锰铁比计算 16 2.4.2 高碳锰铁合金重量的计算 . 16 2.4.3 富锰渣重量计算 . 17 2.4.4 富锰渣含锰量计算 17 2.4.5 炉渣碱度 R 计算 18 2 / 27 2.4.6 高碳锰铁含磷量 P%的计算 . 18 2.5 入炉冶炼 20 2.6 出炉与产品浇铸 20 2.7 产品分析与调整 21 2.7.1 合金产品分析与调整 21 2.7.2 富锰渣产品分析与调整 21 第 3 章 优化工艺控制参数. 22 3.1 还原剂
3、的使用 22 3.1.1 配炭的分类 22 3.1.2 物理配炭的优化 22 3.2 碱度控制 23 3.3 二次电压选择 23 3.4 冶炼时间选择 24 3.5 电极工作端控制 24 结论 26 致谢 错误!未定义书签。 参考文献 . 27 3 / 27 前言前言 世界锰资源供不应求，随着多年的开采，国内锰矿富矿资源锐减，生产的 锰矿已远不能满足要求，每年需大量进口。而国内企业多以熔剂法生产高碳锰 铁，锰回收率偏低，仅为 75-78%，造成了锰元素大量流失，生产成本高，矿石 消耗大。因此，如何提高锰元素的综合回收率是降低我国锰系铁合金生产成 本、提高锰铁合金市场竞争力的有效途径之一。 富锰
4、渣是一种中间产品，是生产锰硅合金的主要原料，对于少熔剂法工艺 来说，其产物高碳锰铁和富锰渣都是产品，不会存在其他废渣，其锰元素损失 只有挥发部分，所以少熔剂法工艺生产高碳锰铁副产富锰渣理论上锰元素回收 率可达到 90%以上。 本研究主要以少熔剂法生产工艺为途径，通过生产高碳锰铁，副产富锰渣 来实现提高锰元素的综合回收率。 4 / 27 第第 1 1 章章 高碳锰铁与富锰渣高碳锰铁与富锰渣 1.11.1 高碳锰铁冶炼的基本原理高碳锰铁冶炼的基本原理 铁合金生产的目的,就是将矿石中有益的氧化物还原成金属。而矿石中除了 有益的氧化物外,还有许多杂质。例如,锰矿石中除了有氧化锰外,还有 P2O5、 F
5、eO、Si02、A12O3等。 电炉法生产高碳锰铁是以电能为热源,焦炭为还原剂,在炉身较矮的还原电 炉中生产高碳锰铁的一种方法。 逐级转化原则:把锰矿加入到电炉内,随着温度的升高,锰的高价氧化物将逐 级分解成低价氧化物,金属氧化物按氧化程度逐渐转化,这是金属氧化物普遍遵 循的一条原则。 锰的高价氧化物稳定性较差,在矿热炉中将依次分解和被 CO 还原。在炉料 上层有下列分解过程: 氧化亚锰是比较稳定的氧化物,在电炉条件下氧化亚锰不能分解。锰的高价 氧化物,也可以在电炉中被 CO 还原成低价氧化物,反应式为: MnO 是比较稳定的氧化物,一般条件下不易分解(与氧接触在一定条件下易 被重新氧化)。
6、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氧化物均 以 MnO 形式存在,只能通过碳直接接触 MnO 使其还原成锰。 碳还原 MnO 的反应式如下: 5 / 27 从上面反应看出,碳还原 MnO 生成 Mn3C 所需的温度比生成金属锰所需的温 度低,因而用碳作还原剂生产锰铁时,得到的不是单质锰而是锰的碳化物(Mn3C) 合金,因此在矿热炉中,用碳还原得到含碳 6 一 7%的碳素锰铁。 MnO 为金属氧化物,易与炉料中的 SiO2结合生成硅酸盐: 这些反应降低了渣中自由 MnO 的浓度,限制了 Mn 的充分还原,使得充分还原 MnO 变得困难。 与氧化锰还原温度比较可知,
7、以二氧化硅为主要脉石的锰矿,其 MnO 大部分 将在渣后还原,即先生成 2MnOSiO2和 MnOSiO2复合化合物,再参加还原反 应。为提高自由 MnO 量,加入石灰有利于 MnO 还原,使渣中自由 MnO 增加,还原条 件得到改善。为减少 Mno 在炉渣中的排弃损失,提高锰的回收率,可在炉料中配 入碱性大于 MnO 的金属氧化物,比如石灰、白云石等,让石灰中的 CaO 与 SiO2结 合, 生成相应的硅酸盐把 MnO 置换出来,即: 置换出来的 MnO 呈自由状态,易被碳直接还原。 根据熔炼进行的反应来看,加入石灰,提高碱度对锰还原有利。此时石灰中 的 CaO 与 SiO2化合成稳定的 2
8、CaOSiO2,而把 2MnOSiO2中的 MnO 置换出来,从 而使还原过程得以更完全的进行。但碱度过高时,炉渣变稠,反应变差;同时炉温 过高,单位电耗会增加,锰损失增加。适宜的碱度应控制在 1.3 一 1.5。 冶炼用的锰矿石,通常都伴有铁、硅、钙、镁、铝、磷等元素的氧化物,在 加热还原锰氧化物的过程中,炉料带入的铁、磷、硅的氧化物也先后被碳还原: T 始为 986K,此反应容易进行,也就是说在较低的温度下就可被还原出来。 还原出来的铁生成二元的碳化合物(MnFe)3C,从而大大改善了 MnO 的还原条件; 在有铁存在的条件下,当温度接近 1100时,Mno 的还原即可以进行。 炉料中磷氧
9、化物 P2O5可以被碳和锰充分还原: T 始为 1036.5K。 6 / 27 被还原出来的磷,大约有 75%入合金,成为合金合金中的有害杂质,5%残留渣 中,其余挥发掉。 炉料中带入的 SiO2比 MnO 稳定,只有在较高温度下才能被碳还原。 T 始为 1037K。 锰的挥发性很大,因此冶炼高碳锰铁时宜避免炉缸的过高温度。 炉料中的其他氧化物,如 CaO、Al2O3、MgO 等,则较 MnO 更稳定,在高碳锰铁 冶炼温度下,金属不被还原出来,这些氧化物几乎全部进入炉渣中。 炉料中的 S 主要来自焦炭。有机硫在高温下挥发。硫酸盐中的硫一般 MnS 或 CaS 的形式熔于渣中。通常炉料中的硫只有
10、 1%左右熔于合金 1-5。 1.21.2 高碳锰铁用途与生产方法高碳锰铁用途与生产方法 锰铁是铁合金中最主要的品种,它的产量占铁合金总产量的 50%以上,以锰 硅合金和高碳锰铁为主,金属锰和中、低碳锰铁为辅(约为锰系铁合金总产量的 8%)。随着炼钢技术的进步,特别是炉外精炼技术和连铸技术的发展,高碳锰铁, 特别是锰系合金的使用范围不断扩大,几乎所有的钢和铁中都含有一定数量的锰, 俗话说,“无锰不成钢”,这就说明了锰在钢铁工艺中的重要性. 锰铁是炼钢的主要脱氧剂和脱硫剂。锰与氧、硫的亲和力比较大,故锰是钢 液的脱氧剂和脱硫剂。在炼钢过程中,部分铁被氧化,生成的 FeO 部分溶于钢液 中,使钢的
11、性能降低,所以炼钢后期必须进行脱氧。由于锰与氧的亲和力大于铁 与氧的亲和力,因而锰能夺取 FeO 中的氧而形成不溶于钢液中的 MnO,几乎所有 的钢种都必须用锰铁脱氧。在炼钢过程中,锰能还原 FeS 生成稳定的 MnS,MnS 也 不溶于钢液中,所以锰也是一种脱硫剂。此外,锰能细化钢的晶粒,提高钢的淬火 深度,故锰又用作合金剂。锰能提高钢的强度和钢的塑性。当锰含量大于 10%时, 钢在大气中的抗腐蚀性大大增加。锰还能减轻氧和硫对钢的危害,从而提高钢的 可锻性和可轧性。耐磨高锰钢(Mnl2-14%,C1.1-1.3%)广泛地用于制造挖土机、 破碎碾磨设备等的构件。许多以铝和铜为基的有色金属的合金
12、也含有锰,这些合 金用于制造电气设备等。因此,锰铁还作为合金元素添加剂,以改善钢的机械性 能,增加钢的强度、硬度、延展性和耐磨性等。所以锰是钢铁生产不可缺少的合 金元素,几乎所有的钢中都含有一定数量的锰。它广泛应用于结构钢、工具钢、 不锈耐热钢、耐磨钢等合金钢中。 1.2.11.2.1 锰系铁合金的分类与用途锰系铁合金的分类与用途 目前我国锰系铁合金的品种按其化学成分和用途可分为 4 类: 7 / 27 (1)高碳锰铁:含碳较高,一般用于冶炼高碳钢和含锰较低的中碳钢种做脱氧 剂或合金剂。按工艺又分为高炉锰铁和电炉锰铁。 (2)硅锰铁合金:以硅锰铁 3 元素为主的合金,是一种使用最广的炼钢复合脱
13、 氧剂,由于其含碳量,可代替一部分中低碳锰铁使用。用硅锰铁合金做脱氧剂的 脱氧产物为硅酸锰,它熔点低,易上浮,且锰和硅起互补作用,提高脱氧能力。因 此,比使用单一的脱氧剂脱氧效果好。硅锰铁合金除做炼钢脱氧剂外,也是铁合 金工业的中间产品。 (3)中低碳锰铁:用于冶炼高锰低碳钢。 (4)金属锰:金属锰是指含锰量大于 93%的锰合金,一般用于冶炼含碳不大于 0.1%的不锈钢和高锰钢。由于生产成本高、价格昂贵,故一般只用于普通钢中生 产低温用钢、高合金钢、特殊合金及有色金属合金方面,一般不用于普通钢中。 电炉高碳锰铁是含有少量硅、磷、硫杂质的 Mn-Fe-C 三元合金,锰铁中锰与 铁之和为 92%左
14、右,含碳 6-7%。锰、铁、碳在合金中通常 Mn,C,FeC 的形式存 在。高碳锰铁的熔点为 1220-1270,密度为 7.1-7.49/cm,抗压强度为 70- 90MPa。合金中锰与铁能以任意比例互溶,但锰含量超过 82%时,易受空气中水分 的侵蚀而消散成粉末;因此当含锰量超过 82%的产品在运输中应注意防潮。 电炉高碳锰铁主要用于炼钢作脱氧剂、脱硫剂及合金添加剂。作为合金添 加剂加入钢中能改善钢的力学性能,增加钢的强度、延展性、韧性及耐磨能力。 随着中、低碳锰铁生产工艺的进步,高碳锰铁还可以应用于生产低碳锰铁。 1.2.21.2.2 高碳锰铁的生产方法高碳锰铁的生产方法 高碳锰铁的生产
15、方法有高炉法和电炉法两种。下面分别简要介绍这两种方 法的特点。 A.高炉法 高碳锰铁最早是采用高炉生产的。产量高、成本低,目前国内外还在广泛采 用。我国江西新余、山西阳泉为高炉生产高碳锰铁的定点厂家。把锰矿、焦炭 和石灰等原料分别加入高炉内进行冶炼,得到含 Mn52%-76%、PO.4-0.6%的高炉 锰铁。高炉和电炉冶炼高碳锰铁唯一的区别就是热源不同,所以炉体结构、几何 形状及其操作方法也不一样,但两种炉子冶炼高碳锰铁的基本原理是相同的。 但是,使用同一种锰矿冶炼时得到的产品含磷量不一样,高炉约高于电炉 0.07%-0.11%。这是由于高炉冶炼的炉料组成中的焦炭配量为电炉冶炼时的 5 一 6
16、 倍,因为焦炭中有更多的磷转入合金内,高炉冶炼时的炉膛温度较低,因而冶炼 过程中磷的挥发量较电炉低 10%。 B.电炉法 电炉法冶炼高碳锰铁有三种方法: 8 / 27 (1)无熔剂法。对于含氧化锰较高的富锰渣可以用无熔剂法冶炼锰铁。冶炼 时炉料中不配加石灰,设备和操作类似于硅铁,并且是在还原剂用量不足的条件 下采用酸性渣操作,炉膛的温度较熔剂法低。用这种方法生产既要获得合格的高 碳锰铁,又要得到含 Mn 大于 35%供冶炼硅锰合金用的低磷低铁富锰渣。显然,用 无熔剂法冶炼冶炼高碳锰铁必须使用含锰高的富锰渣,并且要求矿中有颇低的磷 含量。该法虽然锰的回收率低,但用富锰渣冶炼硅锰合金时还可以回收绝
17、大部分 锰,其锰的总回收率比熔剂法高。 无熔剂法冶炼高碳锰铁的过程是连续的,炉料随着熔化过程不断加入炉内. 无熔剂法冶炼时产品单位电耗很低,并且容易生产出低硅的高碳锰铁,因为大部 分硅富集到渣中。 (2)熔剂法。熔剂法是冶炼高碳锰铁普遍采用的一种方法。炉料组成中除锰 矿、焦炭外,还有石灰。冶炼时采用高碱度渣操作,R2=l.3-1.4。用足够的还原 剂,以尽量降低废渣中含锰量,提高锰的回收率。这种方法用于以贫、富锰矿搭 配冶炼高碳锰铁。 (3)少熔剂法。这种方法是采用介于熔剂法和无熔剂法之间的所谓“弱酸性 渣法”操作。该法是往炉料中配加适量的石灰或白云石,把炉渣碱度 m(CaO+MgO)/m(S
18、i02)的比值控制在 0.6 一 0.8 之间,借以既能适当提高锰的回收 率,又能获得含 Mn25%一 30%和适量含 CaO 的炉渣。把该渣配入冶炼硅锰合金的 炉料中既可以节约石灰,又能减少因石灰潮解增加炉料的粉尘量,从而改善炉料 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的酸性法。我国 20 世纪 50 年代也曾采用过无熔剂法冶炼,用含 Mn46%-47%的富锰渣生产出含 Mn76%-80% 碳素锰铁,并同时获得 Mn35%-40%的富锰渣。但因我国贫锰矿较多,目前多采熔 剂法。 1.2.31.2.3 高碳锰铁生产特点高碳锰铁生产特点 高碳锰铁可在大、中、小型矿热炉内采取连续
19、性操作方法进行冶炼。电炉 炉衬用炭砖砌筑,但由于锰铁炉渣的流动性好,冲刷力强,加之合金又易与炉衬发 生增碳作用,所以炉衬寿命较冶炼硅铁为低。 二次相电压对生产指标有明显的影响,当电压超过一定值后,单位电耗增加, 锰的回收率下降。因此用熔剂法冶炼高碳锰铁时,要求采用比冶炼硅铁为低的二 次电压和电极电流密度。 1.2.41.2.4 生产工艺和设备发展生产工艺和设备发展 根据各国锰矿石的性质差别以及能源结构的特点,研究和发展了不同的生产 工艺和设备。 9 / 27 在电力资源比较富裕的国家和地区,采用电炉冶炼工艺生产锰系铁合金,在 煤炭资源丰富的地区和国家则采用高炉冶炼的生产工艺。 挪威、南非、澳大
20、利亚、巴西等国以电炉冶炼锰系铁合金。乌克兰和西班 牙两种生产工艺均采用。我国 1994 年前以高炉冶炼为主,后来由于冶金焦价格 上扬以及产品销售等情况变化,碳素锰铁的生产也由以高炉生产为主转向以电炉 生产为主。 电炉设备也由早期的敞开式电炉向半封闭和全封闭电炉以及大型化方向发 展,最大的电炉容量己达到近 10 万 kVA。 电炉冶炼工艺己由熔剂法向无熔剂法以及酸性渣法等方向发展,工业化国家 均己在生产中实现了无熔剂法和少熔剂的酸性渣法冶炼工艺。该工艺的主要优 点是生产能力大,锰回收率高,产品质量好,并且可以同时生产碳素锰铁和硅锰合 金 6-10。 1.31.3 富锰渣的用途与生产方法富锰渣的用
21、途与生产方法 富锰渣法是一种火法选矿方法,是将不能直接用于冶炼的高铁高磷难选 锰矿石在高炉内或电炉内进行选择性还原，在保证铁磷等元素充分还原的前 提下，抑制锰的还原，从而得到高锰低铁，Mn/P 比值大的富锰渣。 火法选矿的优点： (1)、选别效果好，能处理各种类型的锰矿。 (2)、产品质量好，含锰高，锰铁质量比高，含磷低， (3)、锰回收高，达 85-90%，比机械选矿高水 5%。 (4)、产品物理性能好，适合长期贮存及长途运输。 不足之处：需要大量的焦炭和电，生产成本略高，冶炼只能除去铁磷和 其它有色金属，不能去脉石，由焦炭带入灰份，增加杂质量 1.3.11.3.1 富锰渣的用途富锰渣的用途
22、 富锰渣是一种中间产品，其来源可以是采用酸性渣法或偏酸性渣法生产 高碳锰铁时的附产品，也可以作为一种产品单独生产。其用途主要有： (1)用做生产硅锰合金的原料。由于富锰渣一般含 SiO2较多，主要用于 硅锰合金的冶炼。在电炉冶炼普通硅锰合金时，富锰渣的配比一般为 30- 40%，高的甚至达到 70%。其目的主要在于调整入炉原料的 Mn/Fe 和 P/Mn。 10 / 27 有特殊要求的高硅硅锰合金，由于要求原料中 Mn 的含量大于 40%，含铁小于 1%，含磷小于 0.03%，所以几乎全部要用富锰渣。 (2)用做生产金属锰的原料。采用电硅热法生产金属锰时全部采用富锰渣 做原料，要求为 Mn 大
23、于 40%，含铁小于 1%，含磷小于 0.03%。用高硅硅锰合 金做还原剂。 (3)用做生产电炉锰铁和中低碳锰铁的配料。由于原生矿中 Mn/Fe,P/Mn 往往达不到冶炼要求，一般配入一定比例含 SiO2 较低的富锰渣进行冶炼。 (4)用做冶炼高炉锰铁的配料。高炉锰铁所用的矿石有贫化的趋势，当锰 矿中 Mn/Fe,P/Mn 不符合要求时，可以配入 40%-60%的富锰渣或更高，用以 调配。 1.3.21.3.2 富锰渣的富锰渣的生产生产方法方法 目前生产富锰渣的方法有高炉法、电炉法和转炉法。生产富锰渣的高炉 和冶炼生铁的高炉相似，主要包括加料、送风、冶炼、收尘几个工序。电炉 冶炼富锰渣主要用矿
24、热炉。转炉法工艺我国一般没有采用。 A、高炉富锰渣的生产 (1)高炉冶炼富锰渣特点 高炉冶炼富锰渣工艺流程、主要设备与高炉冶炼生铁、锰铁基本相同， 但工艺操作又有显著的特点。主要有： 在高炉生产的所有产品中，高炉富锰渣冶炼炉温最低。原则上要求炉 温控制在保证铁、磷充分还原，锰不还原或少量还原，且液体渣铁能有效分 离的温度范围。一般为 1250-1350，比生铁高炉低 100-150，比锰铁高 炉低 200-250。 在所有高炉产品中，高炉富锰渣冶炼炉渣碱度最低。不添加熔剂，自 然碱度冶炼，碱度一般小于 0.4。 高炉冶炼富锰渣一般是高负荷，低风温操作。矿石含铁低，风温低， 负荷高；矿石含铁高，
25、风温高，负荷低。 高炉冶炼富锰渣煤气热能和化学能利用较好。 富锰渣冶炼为大渣量冶炼，渣铁比高达 35t/t，富锰渣的含锰量主要 决定于矿石含锰和含铁量，锰回收率可达 85%90%。 入炉原料粒度，一般锰矿 550mm，冶金焦炭 2080mm。 11 / 27 高炉冶炼富锰渣的煤气分布特点是，边缘气流要稍发展。因富锰渣冶 炼渣量大，负荷重。 (2)高炉冶炼富锰渣对炉型的要求 富锰渣高炉冶炼即不同于高炉冶炼生铁也不同于高炉冶炼锰铁，具有自 身的特点。因此在高炉炉型设计上也应充分考虑高炉冶炼富锰渣的特点，为 高炉稳定顺行创造可靠的基础。高炉类型的具体要求是： 富锰渣高炉负荷重，原料粒度小，强度差，因
26、此在炉型设计上应有利 于边缘气流发展，炉身角 不宜太大，以 8085为宜。 富锰渣冶炼是大渣量冶炼，渣铁比可达 45t/t。因此要求有较大的炉 缸容积。 富锰渣冶炼是低温冶炼，下部要抑制锰的还原，炉缸直径也相对要大 些，以使高温区不过于集中。 富锰渣高炉的炉型应是较矮胖型，H/D 宜在 3.5 左右。 B、电炉富锰渣的生产 (1) 电炉冶炼富锰渣特点 电炉富锰渣的工艺过程与高炉冶炼富锰渣的工艺过程基本相同，都是渣 中锰的富集过程，但在冶炼操作上则有所不同。主要有： 电炉冶炼的热源靠电源，电炉的炉料可以搭配部分粉焦和粉矿。 电炉的炉身矮，料柱短，煤气量少，故煤气通过料柱的压力降小。 电炉冶炼富锰
27、渣质量较好，渣中含锰量高，含磷和铁较低，可以冶炼 出 w(SiO2)48%的富锰渣(没有焦炭的灰分参加造渣)。 电炉富锰渣不仅可作为冶炼锰硅合金的原料，而且还可以作为冶炼金 属锰的优质原料。 出炉后，为使渣中的铁珠完全沉淀(降低富锰渣含铁、磷)需要在渣坑 或渣包内镇静一定时间再放渣浇铸。 (2)电炉冶炼富锰渣对原料的要求 电炉冶炼富锰渣的主要原料是含铁的锰矿石、焦炭和萤石(或硅石)。为 了满足富锰渣质量要求，普通电炉富锰渣对入炉锰矿石的化学成分要求如 下:m(Mn)/m(Fe)=0.32.5,w(Mn+Fe)38%，w(Mn)18%，w(A12O3+SiO2) 35%，m(SiO2)/m(A1
28、2O3)1.7,m(CaO)/m(SiO2)0.3。锰矿石的入炉粒度， 一般为 550mm，含粉率小于 8%，锰矿石含水要控制在 8%以下。焦炭主要是 12 / 27 做还原剂用，要求固定碳含量80%，灰分18%，焦炭粒度为 315mm。萤石 要求 CaF2 含量85%，粒度为 580mm。硅石要求，SiO2 含量大于 97%，粒 度为 2080mm,电炉富锰渣生产的主要技术经济指标见表 2 10-12。 第第 2 2 章章 少熔剂法生产高碳锰铁少熔剂法生产高碳锰铁 2.12.1 工艺简介工艺简介 13 / 27 2.1.12.1.1 少溶剂法生产工艺流程少溶剂法生产工艺流程 图图 2.12.
29、1 少溶剂法生产工艺流程图少溶剂法生产工艺流程图 14 / 27 2.1.22.1.2 少熔剂法冶炼的工艺特点少熔剂法冶炼的工艺特点 少熔剂法与熔剂法冶炼工艺最大 的不同在于锰回收率的控制,其方法是通 过控制炉料中焦炭的配入 比例来实现的。熔剂法要尽可能提高锰的回收率, 故 焦炭配人 比例较大，并且需要很高的碱度来防止硅元素的还原及提高锰的活 度，需加人的熔剂多。而少熔剂法只需要适当的焦炭来控制锰元素的分配比例 即可。不同冶炼工艺锰元素分配情况见表 2.1。 表表 2.12.1 不同冶炼工艺锰元素分配情况不同冶炼工艺锰元素分配情况 工艺 入合金率（%） 入渣率（%） 挥发率（%） 熔剂法 78
30、 17 5 少熔剂法 62 36 2 锰硅冶炼 85 10 5 由表可以看出,由于熔剂法的炉渣不再利,其锰的回收率仅为 78%,而少熔法 的炉渣由于经过锰硅合金冶炼进一步回收利用,锰的综合回收率大为提高。其综 合回收率可用下面关系式计算： 式中, 锰的综合回收率，%； 少熔剂法冶炼中锰的回收率，%； 少熔剂法冶炼中锰的挥发率，%；锰硅合金冶炼中锰的回收率，%。 代人表 1 数据得： 可见,少熔剂法锰的综合回收率可达 90%以上,大大减少了锰的损失。 锰的综合回收率与少熔剂法冶炼中锰回收率的关系见图 2.2。 图图 2.22.2 锰的综合回收率与少溶剂法锰回收率的关系锰的综合回收率与少溶剂法锰回
31、收率的关系 自然干燥 泥尘 煤气 15 / 27 2.22.2 原料选择与搭配原料选择与搭配 锰矿石是指可供工业提取锰或直接用于工业上的含锰矿物。根据一成条件 可分为沉积矿床、变质矿床和风化层矿床，按化学结构可分为氧化锰矿、碳酸 盐锰矿、硅酸盐锰矿等。我国锰矿资源大部分集中在中南和西南地地区，类型 以氧化锰矿和碳酸锰矿为主。 2.2.12.2.1 少熔剂法对矿石中化学成分的要求少熔剂法对矿石中化学成分的要求 (1)含 Mn 高:含锰量是锰矿石的主要质量指标,锰含量越高，越有益于各项 经济技术指标的改善，少溶剂法生产中由于锰元素直接回收率低，所以要求混 合锰矿 Mn 含量 40%以上； (2)含
32、 Fe 适中：由于铁在冶炼过程中 95%以上进入合金，因此对锰矿中铁 含量随生产品种不同要求也不一样，在少熔剂法生产中混合锰矿 Fe 含量不超过 10%； (3)SiO2 、CaO 和 MgO 不作严格限制，但混合锰矿的自然碱度 R，即 (CaO+MgO)/(Si02)应尽量控制在 0.6-0.8，以避免熔剂和硅石的加入； (4)P、Al2O3要低：锰矿中的 P、Al2O3对所有锰系合金冶炼来说都是无益组 分，但适量 Al2O3的对冶炼过程有一定的促进作用。 2.2.22.2.2 少熔剂法对矿石物理性能的要求少熔剂法对矿石物理性能的要求 锰矿石要求有一定的粒度、抗压强度和低的含水量。粉矿会降低
33、炉料的透 气性，抗压强度低的矿石在炉内易粉化，也会降你炉料透气性，锰挥发多，不 利于化学反应和热交换，锰回收率低；含水量高的矿石入炉后会使热损耗增 大，降低化料速度 4，12。 2.32.3 还原剂选择与搭配还原剂选择与搭配 在少熔剂法生产中对焦炭的要求一般为：固定碳含量 75%以上，灰分低于 18%，挥发分不作限制（4-5%），水分越低越好，反应活性好，粉率低，有一定 的机械强度。由于少熔剂法是缺炭操作，在生产中电极容易下插所以在电阻率 方面要求比熔剂法低（800-1000 m），焦炭要进行粒度分级，根据实际生产中 电极下插情况进行搭配使用 4，12。 16 / 27 2.42.4 配料计算
34、配料计算 2.4.12.4.1 混合矿石锰铁比计算混合矿石锰铁比计算 根据冶炼过程中锰元素与铁元素的回收率及其在合金中的含量,可以得出锰 铁比MnMn矿 矿/ /FeFe矿矿的一般计算式为： 式中，S SMn Mn 锰铁中的锰含量，% ，MnMn 少熔剂法锰回收率，%。 由式（1）可以看出,锰回收率对矿石中的锰铁比要求成反比关系。锰回收 率与锰铁比的关系见图 2.3 图图 2.3 2.3 锰回收率与锰铁比的关系锰回收率与锰铁比的关系 2.4.2 2.4.2 高碳锰铁合金重量的计算高碳锰铁合金重量的计算 所能生产的高碳锰铁合金重量G G锰 锰可由下式得出： 式中，MnMn矿 矿% %入炉锰矿石综
35、合含锰量，%；G G矿矿入炉锰矿石总重量， Kg。 17 / 27 上式表明,锰铁合金重量与少熔剂法锰回收率成正比,当然前提是入炉矿石 的锰铁比必符合标准。 2.4.3 2.4.3 富锰渣重量计算富锰渣重量计算 所能生产的富锰渣重量G G渣 渣可有下式得出： G G渣 渣 = =（1.213 1.213 - -（0.682 +0.682 +（1.62/1.62/S SMnMn - - 0.470.47） MnMn）MnMn矿矿% %）G G锰锰 由式（3）可以看出，富锰渣的重量与少熔剂法锰回收率Mn Mn成线性关系， 且随Mn Mn增大而减少，如图 2.4 所示。 图图 2.4 2.4 富锰渣
36、重量与少熔剂法锰回收率的关系富锰渣重量与少熔剂法锰回收率的关系 2.4.42.4.4 富锰渣含锰量计算富锰渣含锰量计算 富锰渣含锰量MnMn渣 渣% %是一个比较重要的指标，它对锰硅冶炼经济效益影响很 大，可用下式计算： 由式（4）可知富锰渣含锰量随Mn Mn增大而减少。 18 / 27 2.4.52.4.5 炉渣碱度炉渣碱度 R R 计算计算 炉渣碱度是冶炼高碳锰铁决定锰回收率和渣锰含量的重要指标，可通过下 式计算： R=R=矿 矿(CaO+MgO)(CaO+MgO)0.950.95/ /矿矿(Si0(Si02 2) )0.880.88 式中，矿 矿(CaO+MgO)(CaO+MgO)混合矿
37、石中(CaO+MgO)(CaO+MgO)的总含量；矿矿(Si0(Si02 2) )混合 矿石中 Si0Si02 2的总含量；0.950.95CaOCaO 和 MgOMgO 的入渣率；0.880.88Si0Si02 2的入渣率。 渣锰含量与炉渣碱度的关系如图 2.5 所示。 图图 2.5 2.5 渣锰含量与炉渣碱度的关系渣锰含量与炉渣碱度的关系 由于少溶剂法生产要求渣锰含量为 25%30%，根据图 3 可知应把炉渣碱度 控制在 0.60.8 之间。 2.4.62.4.6 高碳锰铁含磷量高碳锰铁含磷量 P%P%的计算的计算 磷含量是衡量高碳锰铁产品质量的以项重要指标，一般来说磷含量越低越 好。我国
38、电炉锰铁牌号和化学成分中对各牌号锰铁的含磷量作了明确规定，见 表 2.2： 表表 2.2 2.2 我国高碳锰铁牌号及含磷量要求我国高碳锰铁牌号及含磷量要求 牌号 P 含量 %（不大于） I 级 II 级 FeMn75C7.5 0.20 0.33 FeMn70C7.0 0.20 0.38 FeMn65C7.0 0.20 0.40 19 / 27 产品磷含量可根据下式计算： P%=P%=（P P矿 矿% %G G矿矿0.950.95）/ /G G锰锰100%100% 式中，P P矿 矿% %混合矿石中磷含量，%；0.950.95磷元素的入合金率。 (7)焦炭配入量计算 合金渗炭量合金渗炭量= =G
39、 G锰 锰合金含炭量合金含炭量 （合金含炭量由牌号可知）（合金含炭量由牌号可知） 还原还原 MnOMnO 用碳量用碳量= =G G矿 矿MnMn矿矿% %（100%100%- -36%36%）1212/55/55 式中，36%锰元素的入渣率；12炭的原子量；55锰的原子量。 还原还原 FeOFeO 用碳量用碳量= =G G矿 矿FeFe矿矿% %95%95%1212/56/56 式中，Fe矿%混合矿石中的铁含量，%；95%铁元素的回收率；12炭的 原子量；56铁的原子量。 还原还原 Si0Si02 2用碳量用碳量= =G G锰 锰合金含硅量合金含硅量12122 2/28/28 式中， 12炭的
40、原子量；28硅的原子量；合金含硅量见表 2.3。 表表 2.3 2.3 我国各牌号高碳锰铁硅含量要求我国各牌号高碳锰铁硅含量要求 牌号 Si 含量 %（不大于） 1 组 2 组 FeMn75C7.5 1.5 2.5 FeMn70C7.0 2.0 3.0 FeMn65C7.0 2.5 4.5 焦炭总用量焦炭总用量= =（合金渗炭量（合金渗炭量+ +还原还原 MnOMnO 用碳量用碳量+ +还原还原 MnOMnO 用碳量用碳量+ +还原还原 Si0Si02 2用用 碳量）焦炭含碳量焦炭水分（碳量）焦炭含碳量焦炭水分（1+10%1+10%） 式中，10%炉口焦炭烧损率 13。 20 / 27 2.5
41、2.5 入炉冶炼入炉冶炼 在冶炼过程中对开口炉来说应保证料面透气性良好，冒火均匀，炉料均衡 地大面积下沉；对封闭炉应保证炉内压力稳定。炉内压力选择是封闭炉安全运 行的重要条件，一般采用微正压（0400Pa）操作，以保持炉气量和炉气成分 的稳定。炉气中含氢量要小于 8%，含氧量要小于 3%，过大的正压会破坏炉子的 密封性，表现在炉顶冒烟喷火。如果在过低的付压下操作，将会吸入空气，使 煤气中的氧含量增加，容易引起爆鸣甚至爆炸事故。 应注意电极的插入深度，适当的电极插入深度是保持炉况正常的重要条 件，冶炼人员必须从原料、操作等方面对电极插入深度加以控制。原料的物理 性能良好，粉料少，有助于电炉正常运
42、行。与合金成分、电极插入深度乃至整 个冶炼过程相关的炉渣成分和还原剂用量的控制是操作人员所必须注意的。 要准确地控制料批中的还原剂用量，这就要求炉料的成分和含水量稳定。 如因某种原因出现还原剂不足或过剩时应及时加以调整。还原剂不足表现在电 极插入过深，负荷送不足并波动，炉口翻渣，炉渣含锰升高和合金含锰降低。 还原剂过剩表现在电极插入变浅，出铁出渣困难，合金含硅升高,富锰渣含锰量 降低 3，11。 2.62.6 出炉与产品浇铸出炉与产品浇铸 冶炼过程中要定时出炉，出炉次数根据电炉容量大小而定，也可根据单炉 用电量决定出炉时间，以 25000KVA 电炉为例，少熔剂法生产时一般单炉电耗 50000
43、KWh 出炉。 大型电炉开眼堵眼一般用开堵眼机操作，开眼后渣铁经流铁槽流入铁水 包，铁水包装满后大部分渣液由铁水流槽流入渣包，铁水包中渣铁静置以段时 间后进行分渣，然后浇铸。为使渣铁分离干净，也可使用渣铁分离器进行渣铁 分离。 合金产品一般使用定模浇铸，小型电炉也可使用沙坑浇铸，而随着电炉的 大型化，产量越来越高，有的电炉已经开始向地坑浇铸发展。富锰渣由于产品 比较大一般使用地坑浇铸。 值得注意的是少溶剂法生产由于炉渣为偏酸性，且流动性非常好，在出炉 过程中对炉眼损害非常大，对炉眼的维护保养必须重视。 21 / 27 2.72.7 产品分析与调整产品分析与调整 2.7.12.7.1 合金产品分
44、析与调整合金产品分析与调整 合金产品成分根据所生产产品牌号进行控制。 (1)合金锰含量不达标：提高混合锰矿的锰铁比，如果铁矿石是单独配入的 可减少铁矿石配入量； (2)合金锰含量超标：降低混合锰矿的锰铁比，如果铁矿石是单独配入的可 增加铁矿石配入量； (3)合金硅含量超标：适当减少焦炭配入量、适当缩短冶炼时间、适当降低 二次电压等级； (4)合金磷含量超标：提高混合锰矿的锰磷比； 2.7.22.7.2 富锰渣产品分析与调整富锰渣产品分析与调整 富锰渣产品主要控制其锰含量机 SiOSiO2 2含量，锰含量一般要求 2530%， SiOSiO2 2含量要求在 25%以上。 (1)富锰渣锰含量不达标
45、：适当减少焦炭配入量、适当降低炉渣碱度； (2)富锰渣锰含量超标标：适当增加焦炭配入量、适当提高炉渣碱度； (3)富锰渣 SiOSiO2 2含量不达标：适当增加矿石中 SiOSiO2 2配入量、适当降低炉渣 碱度。 22 / 27 第第 3 3 章章 优化工艺控制参数优化工艺控制参数 3.13.1 还原剂的使用还原剂的使用 3.1.13.1.1 配炭的分类配炭的分类 在实际生产中，配炭可分为化学配炭和物理配炭。化学配炭主要考虑生产 过程中各种化学反应所需要的碳量，化学配炭影响合金锰含量、硅含量、碳含 量，富锰渣的锰含量等；化学配炭可根据第二章配料计算进行计算。物理配炭 主要是根据不同实际生产情
46、况对各种焦炭进行混搭，使其物理性能达到冶炼要 求；主要考虑的物理性能有固定碳含量、还原活性、比电阻、粒度等。 3.1.23.1.2 物理配炭的优化物理配炭的优化 化学配炭量通过计算很容易得出。物理配炭在实际生产中是一个至关重要 又容易被忽视的问题。少熔剂法的物理配炭与其他工艺相比有明显的区别，可 以考虑从以下几方面进行选择搭配： (1)固定碳含量:一般熔剂法工艺因为生产过程中电极容易上抬，为了减少 焦炭的配入量，又要保证各种反应所需碳量，所以要求焦炭中固定碳含量越高 越好（80%以上）；而少熔剂法生产中电极容易下插，可以适当降低还原剂固定 碳含量（75%以上），以增加焦炭的配入量，缓解电极下插
47、的问题。 (2)还原活性：熔剂法生产中要求锰元素回收率越高越好，这就要求还原剂 的还原活性较高；而少熔剂法其锰元素回收率只要求在 60-65%，出于经济性考 虑，可以选择还原性相对较差还原剂。 (3)比电阻：熔剂法生产中为避免电极上抬，应选择比电阻较高的还原剂 （1000 m 以上）；而少熔剂法生产中为避免电极下插，可以选择比电阻相对较 低的还原剂（8001000 m）。 23 / 27 (4)粒度：熔剂法生产中为避免电极上抬，应选择粒度较小的还原剂，一般 为 1530mm；而少熔剂法生产中为避免电极下插，可选择粒度较大的还原剂 （3045mm），或者采用大、小粒度混搭的方式来降低炉料电阻，缓
48、解电极下 插的问题。 3.23.2 碱度控制碱度控制 高碳锰铁生产中，碱度的控制一般是通过添加熔剂来实现的，但是添加熔 剂带来了很多负面影响，如电耗增加、产量降低、富锰渣锰含量降低等，所以 在原料条件允许的情况下应尽量不添加熔剂，利用矿石自然碱度进行搭配生 产。例： 表表 3.1 3.1 例矿化学成分表例矿化学成分表 CaO 含量 （%） MgO 含量（%） SiO2含量（%） 锰矿 1 25 5 10 锰矿 2 10 4 30 以表 3.1 中两种锰矿石搭配冶炼，使炉渣碱度达到少熔剂法要求，CaO、MgO 入 渣率为 95%，SiO2入渣率为 88%，炉渣碱度 R 取 0.75，以 100K
49、g 混合锰矿为 例，设锰矿 1 用量为 X，锰矿 2 用量为 Y，则有： X+Y=100 (25%X+5%X+10%Y+4%Y)0.95(10%X+30%Y) 0.88=0.75 解得 X=23 Y=77 锰矿 1 用量为 23%，锰矿 2 用量为 77%搭配使用，其炉渣碱度可达到少熔剂法要 求。 3.33.3 二次电压选择二次电压选择 二次电压选择恰当与否，与电炉的生产情况好坏有激发关系。 单从提高电炉的功率因数及电效率考虑，应尽量提高二次电压。但在一定 的电极电流情况下，提高二次电压实质就是提高操作电阻值，而操作电阻的大 小应取决于炉料比电阻、炉料配热系数及电极心距倍数。在既定的电炉里，后 24 / 27 两因素为已定值
