CN101481757B - 富锰渣电炉冶炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于富锰渣冶炼工艺，具体涉及一种富锰渣电炉冶炼工艺，解决了现有技术中富锰渣冶炼工艺耗能大、操作危险、存在浪费的问题。富锰渣电炉冶炼工艺，利用回转窑预热锰矿，回转窑预热锰矿的温度控制在900～1100℃，预热锰矿入炉温度控制在大于600℃。本发明与现有技术相比具有如下有益效果：显著降低了冶炼电耗；扩大了电炉的生产能力；提高了电炉作业率；改善了劳动作业条件，提高了劳动生产率和安全性。

Description

富锰渣电炉冶炼工艺

技术领域

本发明属于富锰渣冶炼工艺，具体涉及一种富锰渣电炉冶炼工艺。

背景技术

以往旧式的电炉冶炼富锰渣工艺，一般采用中小型倾动式电弧炉和固定式还原电炉。前者用镁质炉衬和石墨电极，后者多采用石墨炉衬和自焙电极，其说明可参照旧工艺流程图(图1)。

其熔炼操作有间断式和连续式两种：

1、间断式操作：把一炉所需炉料配好，待前一炉出炉后，为防止炉衬损坏，先将焦炭和本炉精整下来的废渣混合加入炉内，然后再加锰矿和硅石。逐渐增加电力负荷。随着炉料的溶化，逐渐加料。待炉料完全融化后停电，镇静30～40分钟，使渣中的铁珠充分沉降后即可出炉。如果采用的是倾动炉可采取每班放2～3次渣，每1～2昼夜集中放一次铁。炉渣排至钢包中。合金排至有渣衬的钢包或带有耐火砖的铁水包中。间断发操作虽然可得到低铁、低磷的富锰渣，但单位点好高。

2、连续式操作法：以连续式操作冶炼富锰渣机会都是在固定式还原点颅内进行的。渣、铁同时流入铁水包和与之串联的钢包中。炉渣用连续浇铸机浇铸或直接浇铸到定模中，而合金浇铸到定模内。用小型还原电炉，以连续式冶炼富锰渣时，必须采取炉外保温镇静措施。例如，渣、铁同时流至用黄沙筑成的保温坑内，镇静10～20分钟后，捅开位于坑侧壁的出渣口，使渣流入定模内，而铁则留于坑中，冷却后吊出。

a、主要问题：

1、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，电耗较大。

2、由于冶炼过程中锰矿石是直接入炉的，而入炉的锰矿石中含有较高的化合水和吸附水，冶炼过程中矿石直接进入高温区会导致翻渣和喷火。原矿入炉不仅对操作人员安全造成威胁，也危及设备安全运行，降低电炉作业率。

3、电炉冶炼的富锰渣质量较好，渣中含锰量高，含磷和铁较低可以冶炼出含SiO₂<20％，Mn>48％的富锰渣，但副产品高磷低锰铁，其成分为：Mn～30％，P～1％其余为Fe。由于含磷量高和含锰量低，没有用户，产品处理困难，只能做丢弃掩埋。

4、我国是锰矿资源和能源极度短缺的国家，其锰矿中Mn含量紧为20～25％，而澳洲，巴西等外国锰矿资源相对优势，其锰矿中Mn元素含量可达40％～45％，顾每年需要进口的锰矿达千万吨。但我国的铁合金工业仍然处于粗放型经营生产，主元素回收率普遍较低。充分利用资源，建设节约型铁合金企业刻不容缓。

b、原料预热的必要性：

通常，各种锰矿都含有大量的高价氧化物、化合水和吸附水。使用含氧量高和水分含量高的锰矿不仅会增加产品电耗，还会给锰铁的冶炼带来极大的困难。当炉膛内部炉料在出铁后下沉至高温区时，矿石中高价氧化物和化合水激烈分解，所产生的大量气体会导致锰铁冶炼过程中常见到翻渣和喷料。剧烈的翻渣和喷料使大量热料和热渣喷到炉外，会造成长时间热停炉，甚至人员伤亡和设备损坏事故。

自然界中主要的含锰矿物结构和高温煅烧理论失重量列于表1。

表1 主要的含锰矿物结构和高温煅烧理论失重量

 

矿物	化学式	400℃煅烧失重量，％	700℃煅烧失重量，％	1000℃煅烧失重量，％
					软锰矿	MnO<sub>2</sub>	0	9.2	3.1
硬锰矿	4MnO<sub>2</sub>·2H<sub>2</sub>O	9.4	8.3	1.4
					褐锰矿	Mn<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	0	0	3.1
黑锰矿	Mn<sub>3</sub>O<sub>4</sub>	0	0	0
					水锰矿	Mn<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·3H<sub>2</sub>O	25.5	0	2.5
菱锰矿	MnCO<sub>3</sub>	0	38.3	0

以四价锰为主的锰矿经过预热后成分变化见表2。

           表2 经预热的某锰矿典型成分变化

锰矿干燥和预热入炉可以带来如下益处：

1)、采用经过预热处理的原料，减少了入炉的水分，因而减少了冶炼过程所产生的炉气数量。有利于稳定炉况，保证了安全生产，减少热停次数和时间。

2)、提高锰矿入炉温度可以减少用于炉料升温的热能，降低冶炼电能消耗。

3)、锰矿经过高温煅烧以后，高价锰化合物数量减少会减少还原剂的消耗量。通过预热处理的锰矿，入炉品位增高，可增加炉产量。

发明内容

本发明为了解决现有技术中富锰渣冶炼工艺耗能大、操作危险、存在浪费的问题，提供了一种富锰渣电路冶炼工艺。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种富锰渣电炉冶炼工艺，利用回转窑预热锰矿，回转窑预热锰矿的温度控制在900～1100℃，预热锰矿入炉温度控制在大于600℃。

富锰渣电炉冶炼工艺，

1)、优选原料：锰矿入回转窑的成分要求为：Mn>40％，Mn/Fe>5％，P<0.07％，S<0.06％；

2)、调整配料比：还原剂的加入量应按下表中锰矿元素的分配计算：

 

元素	入渣	入铁	挥发
				Mn	60～70％	37～27％	3％
Fe	5％	95％
				P	15％	80％	5％
S	50％	5％	45％

3)、操作：生产锰含量大于65％的高碳锰铁配炭量为100％，使用二次电压为116％；生产锰含量大于70％的高碳锰铁配炭量为150％，使用二次电压为108％；而生产锰含量大于75％的高碳锰铁配炭量为200％，使用二次电压为100％。

本发明保证富锰渣含锰量在45％的条件下，使其副产品含锰量大于65％，含磷量小于0.25％，满足高碳锰铁国家标准GB/T3795—2006的技术条件。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、显著降低了冶炼电耗

本发明最大的特点是使用较低价的煤作为回转窑的能源。采用煤在炉外加热锰矿，并将热矿加入到炉内，可以大大减少电炉加热矿石所消耗的电能。实践表明，采用预热和热装锰矿可以使高碳锰铁冶炼电耗降低20％左右。申请人采用新工艺一年能节电7000万度。

2、扩大了电炉的生产能力

锰矿经过高温煅烧以后，高价锰化合物数量的减少会减少还原剂的消耗量。通过预热处理的锰矿，入炉品位增高，可增加炉产量。由于冶炼产品电耗的降低，电炉的生产能力得以扩大。同时，预热的锰矿熔化和反应速度加快，电炉的负荷可以适当提高。二者结合起来可以使电炉的生产能力提高30％以上。

3、提高了电炉作业率

采用经过预热处理的原料，减少了入炉的水分，因而减少了冶炼过程所产生的炉气数量。有利于稳定炉况，减少了电炉翻渣、喷料引起的热停，保证了安全生产，减少热停次数和时间。提高了电炉作业率。

4、改善了劳动作业条件，提高了劳动生产率和安全性。

回转窑在铁合金电炉生产中的应用和创新是非常成功的。这一技术不但经济效益显著，安全性好，而且也为清洁生产创造了条件。

附图说明

图1为现有富锰渣冶炼工艺流程图

图2为本发明所述工艺流程图

图3为回转窑预热锰矿工艺流程图

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明所述的富锰渣电炉冶炼工艺，利用回转窑预热锰矿，回转窑预热锰矿的温度控制在900～1100℃，预热锰矿入炉温度控制在大于600℃，如图2所示。本发明利用神木煤或煤气作热源，将锰矿预热后、计量、热装入电炉，配加焦炭、硅石后冶炼富锰渣和高碳锰铁。冶炼电炉定期排渣和铁，富锰渣经镇静后热兑入金属锰电炉冶炼。高碳锰铁浇铸后精整入库。工艺全过程除尘处理。

1、锰铁冶炼中选料是关键，其原料是含铁的锰矿石、焦炭和萤石。为了满足富锰渣质量的要求，根据我国的矿产资源条件和生产实践，普通电炉富锰渣对入炉锰矿石的主要化学成份要求如下：Mn/Fe＝0.3～2.5，Mn+Fe≤38％，Mn≥18％，SiO₂+Al₂O₃≤35％，SiO₂/Al₂O₃≥1.7，CaO/SiO₂≤0.3，锰矿石的入矿粒度一般为5～50mm，含粉率小于8％。含粉率过高会导致炉内透气性差，不利于炉内反应的顺利进行，给生产操作带来困难。锰矿石的含水量要求控制在8％以下，含水量过高会给配料带来困难，操作上容易发生大翻渣，大塌料等事故。同时，由于水分蒸发消耗热能，造成单位电耗增加，因而使各项技术经济指标恶化。

焦炭主要作还原剂使用，通常要求含固定碳不小于80％，灰分不小于18％。焦炭粒度为3～15mm，萤石要求含CaF2≥85％，粒度为5～80mm。硅石要求含SiO2大于97％，粒度为20～80mm。

本发明要求优选原料，为达到在渣中锰45％的条件下，副产品是合格的高碳锰铁，利用不同品位的锰矿、不同含铁量的锰矿进行试验和生产。找出锰矿入回转窑的成分要求：Mn>40％，Mn/Fe>5％，P<0.07％，S<0.06％。

2、回转窑预热锰矿

其工艺流程为(如图3所示)锰矿由铲车加人到受料仓，由电动振动给料机向斜桥提升机的料车给料；料车将锰矿提升到回转窑窑顶料仓；通过振动给料机向回转窑加人锰矿。窑顶给料机采用变频调速，其特点是可以根据生产需要和回转窑的转速随时遥控调整回转窑的生产能力。回转窑采用无级调速，转速可以根据需要进行调整。产量满足电炉生产需要，窑头配料站设置电子称，根据需要调整炉料配比。约700℃的热料通过料罐加入到电炉炉顶料仓，通过料管加入到电炉内。

3、富锰渣电炉冶炼工艺制度

预热的锰矿进入矿热炉冶炼富锰渣和高碳锰铁，其反应原理为：

MnO在高温下稳定，只能被碳还原，反应如下：

MnO+C＝Mn+CO          ΔF⁰＝138700—82.76T    T_开＝1403℃

MnO+4/3C＝1/3Mn₃C+CO  ΔF⁰＝134200—86.46T    T_开＝1279℃

从以上两式看出，生成Mn₃C的反应优先进行。所以，用碳还原MnO得到Mn₃C，理论含碳量为6.78％。

锰矿中铁和磷的氧化物，在较低温度下，能够很充分的被还原出来。

FeO+C＝Fe+CO               ΔF⁰＝—7000+71.26T

1/5P₂O₅+C＝1/5P₂+CO        ΔF⁰＝—85100+81.32T

FeO和P₂O₅较MnO优先还原。从氧化物的自由能和温度的关系图中看出，主要氧化物的稳定顺序是：CaO，MgO，Al₂O₃，TiO₂，SiO₂，V₂O₅，MnO，Cr₂O₃，FeO，P₂O₅。FeO和P₂O₅最不稳定。当炉料配碳不足时，铁和磷能够充分还原，这就是生产富锰渣所遵循的“选择还原”理论。

在保证富锰渣含锰量45％的条件下，使其副产品含锰量大于65％，含磷量小于0.25％，满足高碳锰铁国家标准GB/T3795—2006的技术条件下，本发明具体采取了以下措施：

1)、优选原料：锰矿石是冶炼中锰铁磷的源泉，为达到在渣中锰~45％的条件下，副产品是合格的高碳锰铁，利用不同品位的锰矿、不同含铁量的锰矿进行试验和生产。找出锰矿入回转窑的成分要求：Mn>40％，Mn/Fe>5％，P<0.07％，S<0.06％；

2)、调整配料比：还原剂的加入量是控制锰铁磷还原的关键因素。为使合金合格，经长期探索，还原剂的加入量应按如下锰矿元素的分配计算：

 

元素	入渣	入铁	挥发
				Mn	60～70％	37～27％	3％
Fe	5％	95％
				P	15％	80％	5％
S	50％	5％	45％

碳质还原剂的利用率为90％～95％。

3)、改变操作制度：高碳锰铁国家标准GB/T3795—2006有3个牌号，即FeMn78C8.0，FeMn74C7.5和FeMn68C7.0。对合金锰含量的要求分别为>65％，>70％和>75％。生产不同牌号的产品有相应的操作制度。如生产锰大于65％配炭量为100％，生产锰大于70％配炭量为150％，而生产锰大于75％的产品配炭量达到200％。

电压级的选择也要相应调整，设生产锰大于75％的产品使用二次电压为100％时，生产锰大于70％配炭量为108％，生产锰大于65％电压提高至116％。

4、出炉操作

富锰渣的冶炼石连续进行的，始终保持一定的料层厚度，连续加料，定期出炉，一般每个4小时出一次。使用铁水包镇静分离铸锭，即将渣、铁液注入铁水包内，带镇静后，把渣面上的硬壳打穿，然后将富锰渣液倾入铸模内，待渣液浇铸完后，沉积在铁水包底的铁液再使用铸铁模铸块。

5、除尘

除尘系统配置的主电机为6300V、250KW的高压电机，可产生130000～140000m³/h，可使各收尘口产生10～20m/s的风速。达到回收烟尘效果，于此同时利用锰尘易挥发的物理特性，将其烟尘回收到除尘风箱中，带完全静止沉淀后，可将其回收再回炉用。从而达到锰尘回收率94％～96％。

本发明所述的工艺，申请人已经成功实施，其中回转窑预热锰矿系统申请人已实施两座，第一座回转窑预热锰矿系统由一条直径2.2米，长45米的回转窑、煤粉制取系统、配料站和锰矿热装设施组成，锰矿预热的热源采用煤粉，第二座锰矿预热回转窑和热装系统，其回转窑直径2.5米，长度为50米。该座回转窑可以采用煤粉和焦炉煤气两种热源。

实施例1：6300KVA电炉生产例：

2008年1月10日～1月25日共生产富锰渣1358.8吨，高碳锰铁807.98吨。

炉渣平均锰量：42.46％，其范围：40.25～44.79％。

合金平均锰量：72.43％，其范围：70.11～74.80％。

高碳锰铁其它成分全部符合国家标准。

入炉配料比：进口10#矿：900kg；进口2#矿：100kg；焦炭：150kg；硅石：20kg。

入回转窑的锰矿平均成分：Mn 40.01％，Fe 9.47％，P 0.070％，S 0.0199％。

冶炼使用二次电压为：126伏。

实施例2：9000KVA电炉生产例：

2008年7月1日～7月25日，共生产富锰渣1371.12吨，高碳锰铁680.9吨

炉渣平均锰量：45.23％，其范围：43.23～48.42％。

合金平均锰量：66.73％，其范围：65.03～68.38％。

高碳锰铁其它成分全部符合国家标准。

入炉配料比：进口4#矿：850kg；进口1#矿：150kg；焦炭：140kg；为调整渣黏度有时附加些硅石。

入回转窑的锰矿平均成分：Mn41.32％，Fe9.14％，P0.069％；S0.020％。

冶炼使用二次电压为：138～144伏。

Claims (1)

1.一种富锰渣电炉冶炼工艺，其特征在于：利用回转窑预热锰矿，回转窑预热锰矿的温度控制在900～1100℃，预热锰矿入炉温度控制在大于600℃，

1)、优选原料：锰矿入回转窑的成分要求为：Mn＞40％，Mn/Fe＞5％，P＜0.07％，S＜0.06％；

2)、调整配料比：还原剂的加入量应按下表中锰矿元素的分配计算：

  元素   入渣   入铁   挥发   Mn   60～70％   37～27％   3％   Fe   5％   95％   P   15％   80％   5％   S   50％   5％   45％

3)、操作：生产锰含量大于65％的高碳锰铁配炭量为100％，使用二次电压为116％；生产锰含量大于70％的高碳锰铁配炭量为150％，使用二次电压为108％；而生产锰含量大于75％的高碳锰铁配炭量为200％，使用二次电压为100％。

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