1、高硅锰硅合金生产的渣型选择高硅锰硅合金生产的渣型选择钟耀球钟耀球 黄文黄文 韦国邱韦国邱（中钢集团广西铁合金有限公司（中钢集团广西铁合金有限公司 来宾来宾 中国中国 546102）摘要 简述了高硅锰硅合金的生产原理，分析了要取得较好经济技术指标所需的高硅锰硅合金生产渣型，指出了不同成份的矿石对渣型的影响。关键词 高硅锰硅 渣型 选择 影响前言前言 随着我国社会不断发展及科技水平不断提高，钢铁业从过去纯粹的普碳钢年代不断向精品钢铁发展，大量不锈钢产品进入千家万户，从而促使作为生活用的200系列不锈钢产能迅速扩大，据统计每年可达10001500万吨，且以110万吨的年增长率递增，随着镍铁价格的大幅
2、波动及金属锰价格不断攀升，价格相对低廉的低C低P的高硅锰硅合金逐渐进入各个200系列不锈钢生产厂家的视野，且逐渐得到广泛应用。某公司于2011年2月开始组织试产Mn 58%、Si 28%、P 0.1%、C0.08%的高硅锰硅合金，在对生产原理、工艺控制、生产操作、渣型选择等进行深入分析和方案制定后，顺利地生产出优质、低耗产品，现仅对高硅锰硅合金的某一生产渣型选择做简单探讨。1 1 高硅锰硅合金成份控制高硅锰硅合金成份控制不锈钢的性能主要取决于其内部组织的构成，而构成不锈钢组织的是各种合金元素在钢中的总和，因此不锈钢的性能主要是由合金元素决定的，而高硅锰硅合金的应用则是参考了金属锰的应用确定，因
3、此，高硅锰硅合金的成份也基本以参考低碳、微碳及金属锰的成份确定，某厂家对高硅锰硅合金成份控制要求见下表1。表表1 1 高硅锰硅合金成份控制表高硅锰硅合金成份控制表元素MnSiCPS控制范围58%28%0.08%0.1%0.03%2 2 高硅锰硅合金生产原理分析高硅锰硅合金生产原理分析 高硅锰硅合金的生产原理和普通锰硅合金的生产原理基本一致，都必须遵循“深电极、满负荷、低渣比、足焦炭”的原则，但生产高硅锰硅合金为确保Si达到控制要求，焦炭和硅石（主要作用是补充入炉矿石综合SiO2的不足）配入量均需大量提高，因此炉况的控制比普通锰硅合金要困难很多，由于焦炭配入量较大，炉温较高，还原气氛很好，Mn、
4、Fe、P 的还原很充分，而Si的还原难度较大，因此在配料及炉况控制上又和普通锰硅合金有一定的区别，其主要化学反应如下：2/5P2O5+2C =4/5P+2CO F0=396071.28-382.13T（1）T开=1036.5kFeO+C =Fe+CO F0=148003.38-150.31T （2）T开=985k2MnO+2C =2Mn+2CO F0=575266.32-339.78T（3）T开=1693k2MnO+8/3C =2/3Mn3C+2CO F0=510789.6-340.80T（4）T开=1499kSiO2+2C =Si+2CO F0=167400-86.40T （5）T开=193
5、8k 在有Fe存在的条件下还发生如下反应：SiO2+2C+Fe=FeSi+2CO F0=167400-86.40T（6）T开=1620k 生产高硅锰硅合金由于炉料中的SiO2较高，MnO还没有来得及还原就与SiO2反应生成低熔点的（12501345）的硅酸锰，因此从MnO还原Mn的反应理论上是从液态熔渣的硅酸盐中进行还原，具体反应如下：MnO+SiO2 =MnSiO3 （7）2MnO +SiO2 =Mn2SiO4 （8）MnOSiO2+3C=MnSi+3CO T开=1569k（9）从以上各反应式可以看出，用C从SiO2当中还原Si 是相当困难的，但要是从MnO的硅酸盐中直接还原为MnSi相对来
6、说比较容易，由于硅石的熔点约在1650左右，较难熔，同时存在Al2O3、CaO等高熔点物质，造成炉渣熔点较高，控制不好则炉渣较粘稠，引起焦炭表面被渣包裹，还原能力下降，有的甚至失去还原能力，变成过剩碳随渣排出或积存在炉膛内，造成炉眼被堵，排渣不畅，电极上抬，负荷不足，炉面冒渣，严重者会造成设备烧坏，引发安全事故等现象。因此生产高硅锰硅合金的渣型选择和控制十分重要。3 高硅锰硅合金生产渣型的选择高硅锰硅合金生产渣型的选择 高硅锰硅炉渣是火法冶金中形成的以氧化物为主的多组份熔体，基本由CaO、SiO2、AL2O3、FeO、Fe2O3组成，一般研究以CaO-SiO2-Al2O3三元渣系研究为主，充分
7、考虑炉渣的熔点、粘度等性质，实际生产中由于MnSi要比Mn3C更稳定，而从MnO SiO2中直接还原为MnSi要比从（MnO）、(SiO2)还原为Mn、Si要容易，因此如何得到低熔点、流动性好的炉渣是我们控制的主要目标，即如何促使矿石和硅石中的SiO2尽快与MnO结合为硅酸盐化合物是生产控制的主要目标之一，为此，我们从理论上对渣型进行分析后结合冶炼实际进行修正，确定了根据矿石成份变化而调整熔剂配入量，得到了适宜的炉渣碱度，稳定了炉况，改善了指标。3.1 从CaO-SiO2-Al2O3三元渣系相图对炉渣的控制分析及成份选择图图1 CaO-SiO2-Al2O3三元系相图三元系相图 3.1.1 高硅
8、锰硅合金炉渣酸碱度控制一般碱度R0.8，是酸性渣型，属稳定的长渣型。3.1.2 一般高硅锰硅合金炉渣出炉温度在1450左右，按此推算炉渣在炉内的温度控制约在1550左右，为得到良好流动性的炉渣，我们需选择熔点在14001450之间的炉渣为宜，从CaO-SiO2-Al2O3三元渣系相图分析，炉渣的组成产物应为CaOSiO2、2CaOAl2O3SiO2、CaOAl2O32SiO2为主，该组份的炉渣构成熔点约在13801550之间，符合所需要的渣型组份。根据以上分析和CaO-SiO2-Al2O3三元渣系相图取值及配料分析，理论上对炉渣成份控制选取范围如下：CaO+MgO:2346%；SiO2:255
9、2%；Al2O3:1238%同时根据硅酸盐系的活度分析及低渣比考虑，在试产阶段选取碱度R=（CaO+MgO）/SiO2=0.40.6，以减少或不配造渣剂，以提高SiO2活度，利于Si的还原。3.2 实际控制渣型分析 高硅锰硅合金的生产主要是考虑MnSiFe三者之间的平衡，若三者平衡适宜，则合金成份稳定、炉况顺行、出铁排渣顺畅、指标良好，因此我们在以上分析的基础上合理选择矿石结构和熔剂的配比，并对生产实际渣型抽取技术指标较好的某一炉台近6天的合金及炉渣成份进行统计分析，以进一步优化配比。表表2 2 炉渣成份及炉渣成份及SiSi统计表统计表序号序号123456789101112131415Si28
10、.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(
11、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序号序号161718192021222324252627282930Si26.6828.0930.1525.9627.3828.1927.1728.4128.9625.1228.6828.3728.9127.2928.06(CaO)25.1626.1822.4620.8515.9524.3220.8520.4819.
12、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)13.9817.3814.3317.4616.0114.0418.419.8612.7012.8915.1914.0515.6116.9215.49R0.680.760.630.600.430.660.560.520.540.57
13、0.420.430.520.460.51根据以上统计表，我们制作成折线图进行对比分析如以下各图所示：图图2 2 合金合金SiSi成份折线图成份折线图图图3 3 炉渣（炉渣（SiO2SiO2）成份折线图）成份折线图 图图4 4 炉渣碱度炉渣碱度R R数值折线图数值折线图 因为（SiO2）直接决定Si的还原率，碱度R直接影响（SiO2）活度而间接影响Si的还原，因此我们只要对（SiO2）、Si、R三者进行分析即可，统计分析比较如下：3.2.1 合金Si共有9炉未达到28%以上，占总炉数的30%，最低为25.12%，最高为30.15%。3.2.2 炉渣（SiO2）的成份控制基本在38%44%的范围内
14、居多，从图上对比看合金Si低则渣中（SiO2）较高，炉渣碱度也在0.4以下；把炉渣碱度控制在0.40.6之间，渣中（SiO2）控制在38%44%范围内，Si的还原比较稳定和充分，合金Si的质量较为稳定。3.2.3 若炉渣碱度控制在0.40.6之间，渣较青，还原较好（见图5），渣在渣池中沉降较好，沉于渣池底部；如果渣型控制不好，碱度低于0.4，则造成渣量大，渣多铁少，三角区及电极脚周围易冒渣，渣中（SiO2）较高，Si低于控制范围，渣发灰或发白（见图6），渣漂浮在渣池面上；若碱度高于0.7，则铁多渣少，渣较稠，需不断拉出铁口才能排渣，渣中（SiO2）较低 Si较高，甚至Si在30%以上，造成工人
15、劳动强度增大，炉眼易损，热停炉增加。3.2.4 渣铁比测算：采用三天出干渣方式进行称量，其中渣铁比最大为1.46，最低为1.17，平均为1.28，基本达到料批预算渣铁比在1.21.3之间的要求。根据统计分析，按此成份控制的高硅锰硅合金生产炉渣成份控制选取范围如下：SiO2:3844%；碱度R=（CaO+MgO）/SiO2=0.40.6青渣 渣沉于渣池底部图图5 碱度在控制范围渣的表现图碱度在控制范围渣的表现图 白渣 渣漂浮在渣池面上图图6 碱度低于碱度低于0.4时渣的表现图时渣的表现图 4 4 高硅锰硅合金渣型受矿石成份的影响高硅锰硅合金渣型受矿石成份的影响4.1 某公司使用矿石成份表表3 3
16、 矿石成分分析表矿石成分分析表序号 成分矿石Mn%Fe%SiO2%P%CaO%MgO%AL2O3%S%H2O%1矿石126.338.7928.560.2110.730.457.060.0238.82矿石233.213.26330.0590.790.172.370.00533矿石345.824.129.510.0710.490.214.260.0042.84矿石429.70.7930.170.02213.551.2711.340.4705矿石521.137.6836.190.12513.042.378.190.443.26矿石631.7810.9819.760.2050.570.296.460.
17、02111.27矿石721.341.4329.730.02634.2110.292.950.0310 4.2 矿石成份对合金质量及炉渣碱度的影响 冶炼初期，为了提高料批中的自然碱度，减少白云石、萤石配入量，料批以高锰铁比，高SiO2含量，高碱度的矿石4和矿石7为主，其它矿石为辅，结果在冶炼过程中出现了部分矿石融料太快，成渣过多而影响其它高熔点矿石的熔炼，炉渣碱度虽然达到所要控制范围，但合金锰过剩严重，质量不稳定，炉况反复，产量偏低。冶炼中期，采用了高锰矿石搭配低锰铁比矿石，期间为调整碱度及提高综合SiO2，加入大量的白云石、硅石、萤石，但是同样的问题还是出现，而且由于白云石、硅石过多带来很多杂
18、质同时还需要消耗了大量的焦炭，造成成本升高。经过进一步摸索，在确保合适锰铁比前提下，尽量少配高锰铁比且碱度较高的矿石，而是配以锰铁比适宜，含SiO2较高的矿石2为主其它矿石为辅、适当配入少量熔剂的配料模式，既减少了硅石配入量，又使各种矿石融化时间基本一致，炉况稳定指标良好。5 结论结论 5.1 从高硅锰硅合金冶炼得知：其渣型为SiO2:3844%，Al2O3:1238%，碱度R=（CaO+MgO）/SiO2=0.40.6较为适宜，该渣型质量稳炉况顺且渣铁比在1.11.3可控范围，Mn 的还原很充分，Mn 元素回收率在94%以上，Si 的还原率在50%左右。5.2 高硅锰硅合金生产工艺控制难度很大，料面温度较高，工人劳动强度大，渣温度较高易粘稠，特别是轮换出铁口时因出铁口较小排渣困难，易引起炉面冒渣，若长期使用同一个出铁口则由于合金渗碳导致出铁口内部损坏很快，因此不同时期采用不同的渣型以适应高硅锰硅合金生产工艺控制要求还有待进一步摸索。5.3 在确定合理渣型的同时为了保证炉况顺行，还要充分考虑所配入炉原料成份是否适宜，综合考虑所配原料的熔炼速度是否同步方可达到最好状态。
