CN101550467B

CN101550467B - 用精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺

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Publication number: CN101550467B
Application number: CN2008100687009A
Authority: CN
Inventors: 漆瑞军; 陈宏�
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: CN101550467A

Abstract

一种用精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺，利用被废弃的液态低、中碳锰铁炉渣和硅铁，电解金属锰次品或普通锰合金，及废次品工业硅作为还原剂(原料)，在精炼炉内间断法生产各种牌号的高硅锰硅合金，还原剂(原料)按硅含量计算硅铁的加入量，牌号要求碳越低硅应控制越高，Si达33％、C≤0.05％。用两台2000-3500KVA的精炼电炉前后同时冶炼，在冶炼过程中加入硅铁或工业硅后，再配入少量焦碳形成两个反应介面，促进炉渣中锰的还原反应速度，采用本工艺投资相对较少，利用废弃的炉渣，降低了单位电耗50％，减少烟尘排放80％以上，质量易控制，单位成本降低10-25％。

Description

用精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼中的铁合金冶炼技术领域，尤其涉及在用精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺。

背景技术

高硅锰硅合金是一种特种铁合金。铁合金是由一种或两种以上金属或非金属元素与铁元素组成的合金。铁合金是钢铁工业和机械行业必不可少的重要原料，其主要用途是在炼钢和铸造过程中作为脱氧剂，脱硫剂和合金添加剂。

铁合金种类繁多，分类方法也多，一般是按铁合金中主元素分类，也可按生产工艺方法，铁合金中含碳量进行分类等。在种类繁多的铁合金品种中，将用于优质合金钢生产的生产工艺复杂，技术含量高，杂质含量低的少量铁合金品种称为特种铁合金，高硅锰硅合金就是其中的一种。

高硅锰硅合金有多种牌号，其中微碳高硅锰硅合金含碳量很低(C＜0.05％)，用途主要作生产金属锰和微碳锰铁(也称纯净锰铁)的半成品，也可在生产优质合金钢时直接作脱氧剂，脱硫剂用。

高硅锰硅合金通常是在矿热电炉中采用连续法生产，因要求碳含量很低，硅必须高(si＞25％)，因此生产工艺难度大，单位电耗高，在铁合金生产技术领域被认为是一种难生产的产品，工艺技术操作要求比较高。

本发明用精练电炉采用间断法生产高硅锰硅合金，是一全新的生产工艺。按该工艺生产的高硅锰硅合金与在矿热电炉里连续法生产出来的高硅锰硅合金相比，碳含量更容易达到微碳高硅锰硅合金的标准(C＜0.05％)。该工艺还有单位电耗低，生产工艺比较好控制等优点。目前，我国传统的高硅锰硅合金生产工艺是遵义铁合金厂于一九五九年研发成功的。在近五十年的生产过程中产品质量不断提高，生产工艺不断改进，但基本工艺方法未变。前三、四十年高硅锰硅合金只作为电硅热法生产金属锰的半成品。近十几年一些钢厂需要与金属锰含碳量相当或更低的一些锰铁，称为微碳锰铁(也称为纯净锰铁)，这样要求其半成品高硅锰硅合金含碳也必须是微量，碳要低于0.05％。国内有少数厂家可生产低、微碳高硅锰硅合金和微碳锰铁，生产工艺基本延续传统工艺。生产高硅锰硅传统工艺是以富锰渣，硅石作原料，以焦碳作还原剂并加入白云石等作熔剂，在矿热也炉里连续法生产。

在矿热电炉里冶炼高硅锰硅合金，其主要冶炼原理是用碳还原富锰渣及硅石中的锰和硅生产高硅锰硅合金，主要化学反应式是：MnO.SiO₂+3C＝MnSi+3CO；锰硅合金中的碳含量随着硅含量的增加而减少，其化学反应式是：[MnC₃]+[Si]＝[MnSi]+3C；从锰硅合金中硅含量与碳含量的关系曲线看出，若想获得碳低于0.1％的高硅锰硅合金，硅含量要大于27％；要想获得碳低于0.05％以下的微碳高硅锰硅合金，硅含量应大于30％，一般要控制在31～34％。再提高硅含量，碳下降微乎其微，而工艺操作难度增加了。在冶炼过程中原料中磷约65～70％进入合金，铁约90～95％进入合金。

高硅锰硅合金冶炼原理与普通锰硅合金冶炼原理相同，从硅锰合金生产的热力学条件可知，硅含量愈高，所需的还原反应温度愈高。因此生产高硅锰硅合金应保持比生产普通锰硅合金较高的炉温，也因此在生产工艺操作上，高硅锰硅合金比普通锰硅合金的生产难度要大，对生产工人的技术要求比较高，对原料的条件要求也高。目前国内能生产高硅锰硅合金的厂家还不多。

在矿热电炉生产含硅高于30％的高硅锰硅合金每吨产品主要消耗如下：富锰渣(含低铁、低磷高锰优质锰矿)耗1650～1750公斤/吨；焦碳耗800公斤/吨；电耗5000～6000千瓦小时/吨；硅石耗400～600公斤/吨；白云石耗300公斤/吨；电极糊耗80公斤/吨。

生产高硅锰硅合金的成本主要由富锰渣(锰矿石)、电、焦碳等构成。现在锰矿石(尤其进口锰矿石)价格大涨，致使富锰渣成本大幅上升，生产含硅高于30％的高硅锰硅合金所需的低磷、低铁、高锰的富锰渣价格要达到5000～6000元/吨，使其高硅锰硅合金的价格达到15000～16000元/吨。高硅锰硅合金成本(价格)的大幅上升，又影响到金属锰及微(低)碳锰铁的成本上升。

总的说，提高高硅锰硅合金微碳的品级率，降低生产成本需要有稳定的生产工艺条件、需要有较高技术水平的工艺技术人员和生产工人。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：提供一种用精练电炉生产高硅锰硅合金。改变传统的矿热电炉连续法生产高硅锰硅合金的生产工艺，是用精练电炉采用间断法生产高硅锰硅合金。矿热电炉生产高硅锰硅合金是以富锰渣(锰矿石)、硅石作原料，以焦碳作还原剂；精练电炉生产高硅锰硅合金是以原被抛弃的液态低(中)碳锰铁炉渣和硅铁或废(次)品工业硅，普通锰硅合金电解金属锰废次品及少量焦碳作原料和还原剂。精练电炉生产高硅锰硅合金的冶炼原理是用硅铁或工业硅废(次)品，普通锰硅合金中的硅及少量焦碳还原低(中)碳锰铁炉渣中锰在硅量过剩的情况下，低(中)碳锰铁炉渣中的锰大部分被硅还原进入合金，并与过剩的硅生产锰硅合金，主要化学反应按加入不同原料产生如下反应。

用工业硅作还原剂(原料)主要反应式是：

(2MnO)+[XSi]→[2Mn(x-1)Si]+(SiO₂)

用硅铁作还原剂(原料)主要反应式是：

(2MnO)+[FexSiy]→[2Mn.xFe(y-1)Si]+(SiO₂)

用锰硅合金作还原剂(原料)主要反应式是：

(2MnO)+[MnxSiy]→[(2+X)Mn(y-1)Si]+(SiO₂)

无论用何种还原剂(原料)，都要按计算加入一定的过剩量，这样既可将低(中)碳锰铁炉渣中大部分MnO还原成Mn进入合金，又可使过剩的Si与Mn按一定的比例生产所要求的高硅锰硅合金。当生产的高硅锰硅合金含硅量达到31～34％，就可以稳定的得到含碳低于0.05％以下的微碳高硅锰硅合金。

本发明与传统的矿热电炉生产高硅锰硅合金相比，获得的有益效果是：

1、回收了低(中)碳锰铁炉渣中大部分锰。生产低(中)碳锰铁炉渣含锰一般在10～13％，炉渣与合金重量比约2倍，经过1:00～1:30小时的冶炼(冶炼时间视其炉子容量和炉渣量而定)，炉渣中锰可降到3％以下，最低可降到1.5％，因此说渣中大部分锰被硅还原进入合金，锰还原率可高达88％，锰入合金率可达75％。回收渣中锰可以节约大量优质锰矿。含锰低的终渣更有利于下步综合利用。

2、高温液态炉渣的大量显热得到利用，使用精练电炉生产高硅锰硅合金的单位电耗很低，最低可达到1500千瓦小时/吨，节能效果显著。

3、高硅锰硅合金中硅含量容易按预定目标控制，因此可以比在矿热电炉里按传统生产工艺更稳定的生产低微碳高硅锰硅合金，这为生产微碳锰铁创造了有利条件。

4、占用设备少，工艺流程短，操作工艺比较简单并易控制。一个车间(厂房)内只要有两座精练电炉就可以实现按本发明的生产工艺进行生产。

5、生产成本比较低。按现在原料(指进口优质锰矿，硅铁、工业硅废次品、低牌号锰硅合金等)价格及消耗对两种生产工艺的成本测算，本发明的生产工艺比传统生产工艺的成本低10～25％。

6、产品转炼容易。上一炉出完炉，下一炉就可以实现产品转炼。转炼不会产生过渡品，不需做过多的准备。

7、因为利用的中(低)碳锰铁炉渣原是被外排的废渣，在冶炼过程中渣量变化不大，因为使用的原料和还原剂是金属，低价氧化物的炉渣和极少焦碳，所排放的烟气量比原工艺减少80％以上，即未增加新产生的渣，实质做到了环保减排要求。

8、新、老工艺对比表

序号	名称	老工艺	新工艺
				1	装备	矿热炉	精炼炉；简单，投资相对少
2	还原剂	焦碳	工业硅(渣)、硅铁(渣)、普通硅锰、电解金属锰废次品(渣铁)、少量焦碳
				3	原料	富锰渣、优质锰矿	废弃中(低)碳锰铁炉渣
4	排放	单位产品产生1.3倍的废渣，大量烟尘	单位产品不产生废渣，减少80％的烟尘
				5	电耗	5000～6000kwh	产品单位电耗低50％以上
6	产品质量	含碳0.06％以上	含碳可小于0.05％
				7	操作	工艺流程长，难控制	工艺流程短，容易控制
8	成本		单位产品成本低10～25％

附图说明

图1为本发明用精练电炉生产高硅锰硅合金工艺流程图；

具体实施方式

本发明需要的冶炼设备，工艺操作及产品品种调整和质量控制。

1、冶炼设备

实施本发明需要有两座精炼电炉，一座精炼电炉生产低(中)碳锰铁，另一座精炼电炉生产高硅锰硅合金。这样可以实现高温液态低(中)碳锰铁炉渣热装到高硅锰硅合金精炼电炉。电炉都使用镁质材料砌筑。电炉的功率为1000～5000KVA，最佳容量是2000～3500KVA，电炉用的铁水包容积相同，其大小要求能盛一炉的铁水和炉渣。铁水包用镁砖砌筑。电炉用的浇注设备也基本相同，都是用镇静盆，合金先浇注到镇静盆里，经镇静降温后再进行浇注，低(中)碳锰铁用铸钢锭模，高硅锰硅合金用石英砂地模。

2、操作工艺

往生产高硅锰硅合金电炉里装液态低(中)碳锰铁炉渣是经过一个放在出炉流槽上面的活动漏斗进行的，炉渣经漏斗和流槽加入炉里。因生产低(中)碳锰铁的冶炼时间比生产高硅锰硅合金的冶炼时间长，所以通常是高硅锰硅合金炉等待低(中)碳锰铁炉出炉。在等待期间可以做些辅助工作，如用石灰围炉墙和加入铺底料等操作。

将低(中)碳锰铁炉渣倒入高硅锰硅合金炉后就开始用电冶炼，接着往炉内加还原剂(原料)，此项工作最好用人工从加料门加入。

为了加快锰的还原反应速度，还原剂(原料)块度不能大，要在50mm以下，待原料基本熔化后，可用人工搅拌，加快反应速度。正常情况冶炼时间约80分钟。为了促使渣中铁珠下沉，出炉前十几分钟加氟石进行稀释渣。

合金和炉渣(终渣)同出在一个铁水包内，炉渣倒入渣盆，经冷却外排。合金先倒入镇静盆，经镇静冷却适当时间，下注到辅有石英砂的砂床里进行铸块。

3、产品品种调整及质量控制

实施本发明，通过选择不同还原剂(原料)，并进行准确计算加入数量，加入量的计算是按合金含Si量的要求计算的，按本发明可生产各档次高硅锰硅合金，即按需求加入不同的原料和经计算的加入数量进行产品品种的调整和质量控制。

如生产低铁、低磷、微碳高硅锰硅合金(用作生产金属锰的半成品)，选择工业硅作还原剂(原料)，按需求含硅量计算工业硅加入数量；如要求低磷、低碳允许含一定数量的铁(用作生产低、微碳锰铁半成品)，选择硅铁作还原剂(原料)，按需要的硅含量计算硅铁的加入量；生产较低牌号高硅锰硅合金(即对磷、铁、碳要求都不太严)，可选择硅铁配加普通锰硅合金，洗渣铁等作还原剂(原料)，并按需求的硅量计算上述还原剂(原料)加入量。

计算还原剂(原料)加入数量主要依据锰的还原率(含入合金和挥发损失)，硅的利用率(含还原反应用的硅及入合金的硅)

锰的还原率在一定范围内与冶炼时间，炉渣温度、还原剂(原料)加入数量成正比，最高还原率可高达88％，最高入合金率可达到75％。硅的利用率比较稳定，可达到90％。

高硅锰硅合金含硅量的控制，是根据产品含碳量的要求进行控制的，因产品含碳随硅含量的升高而下降，产品要求碳愈低，硅应该控制的愈高。但当硅含量达到34％左右，再增加硅含量，碳也不会再往下降了。

综合各种因素，合理选择还原剂(原料)品种，并根据产品对碳量的要求而确定产品中的硅量，再进行准确计算还原剂(原料)的加入量是实施本发明的关键。当然搞好两台电炉生产中的配合及合理的工艺操作也是必不可少的。

下面列举三种不同类型高硅锰硅合金所使用的还原剂原料配料比例的实例：

A、生产微碳、低磷、低铁高硅锰硅合金所用的原料还原剂的配比：液态低中碳锰铁炉渣，每炉数量是4500kg±100kg，炉渣主要成分：Mn 12％、CaO48-50％、SiO₂26-28％，工业硅含硅95％以上，焦碳含固定碳80％；每炉加入工业硅340k g，焦碳50k g，冶炼可得微碳高硅锰硅合金570kg，合金成分Mn 58-60％、Si35-38％、C＜0.05％、P＜0.05％、Fe＜1.5％；当Si含量达到31-34％时，就稳定的得到含C≤0.05的微碳高硅锰硅合金；

B、生产低(微)碳、低磷、铁不作严格限制的高硅锰硅合金，所用原料、还原剂的配比：液态炉渣数量及成分与(A)相同，加入的还原剂、原料是硅铁、焦碳、硅铁成分硅含量72-75％，焦碳固定碳80％，每炉加入硅铁500kg±5kg，焦碳50kg±2kg，冶炼可得低(微)碳高硅锰硅合金650kg，其化学成分Mn45-48％、Si35-38％、C＜0.05％、P＜0.05％、Fe16-18％；

C、生产低碳、磷和铁均不作严格限制的高硅锰硅合金，所用还原剂、原料配比：液态低、中碳锰铁炉渣数量与成分与(A)相同，加入的原料、还原剂是硅铁、普通锰硅合金、焦碳，硅铁含硅72-75％、锰硅合金含锰65％、硅17％、磷0.2％；每炉加入硅铁400kg、锰硅合金600kg、焦碳50kg，冶炼可得高硅锰硅合金1150kg，其化学成分Mn 55-57％、Si25-27％、C＜0.2％、p＜0.14％。

Claims

1.一种用精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺，其特征在于：是利用原来被废弃的液态低、中碳锰铁炉渣和电解金属锰次品为原料，在精炼电炉内生产各种牌号的高硅锰硅合金，以下三种不同类型的高硅锰硅合金所使用的还原剂和原料配料比例分别如下：

(A)生产微碳、低磷、低铁高硅锰硅合金所用的原料是液态低、中碳锰铁炉渣4500kg±100kg炉渣主要成分：Mn12％、CaO48-50％、SiO₂26-28％；所用的还原剂是废次品工业硅、焦碳；废次品工业硅含硅95％，焦碳含固定碳80％；每炉加入废次品工业硅340kg，焦碳50kg，冶炼可得微碳高硅锰硅合金570kg，合金成分Mn58-60％、Si35-38％、C＜0.05％、P＜0.05％、Fe＜1.5％；

(B)生产微碳、低磷、铁不作严格限制的高硅锰硅合金，所用原料是液态低、中碳锰铁炉渣，数量及成分与(A)相同，加入的还原剂是硅铁、焦碳，硅铁成分硅含量72-75％，焦碳固定碳80％，每炉加入硅铁500kg±5kg，焦碳50kg±2kg，冶炼可得微碳高硅锰硅合金650kg，其化学成分Mn45-48％、Si35-38％、C＜0.05％、P＜0.05％、Fe16-18％；

(C)生产低碳、磷和铁均不作严格限制的高硅锰硅合金，所用的原料是液态低、中碳锰铁炉渣，数量与成分与(A)相同，加入的还原剂是硅铁、普通锰硅合金、焦碳，硅铁含硅72-75％、锰硅合金含锰65％、硅17％、磷0.2％；每炉加入硅铁400kg、锰硅合金600kg、焦碳50kg，冶炼可得高硅锰硅合金1150kg，其化学成分Mn55-57％、Si25-27％、C＜0.2％、P＜0.14％。

2.按权利要求1的精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺，其特征在于：每炼一炉均需要300kg±10kg石灰围炉墙保护炉墙，并在出炉前十几分钟加入200kg±kg氟石稀释炉渣。

3.按权利要求1的精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺，其特征在于：利用两炉的低、中碳锰铁炉渣冶炼一炉合金，第一炉低、中碳锰铁炉渣倒入后按计算的比例加入相应的还原剂完成冶炼后将炉渣倒出，合金留在炉内，待加入第二炉低、中碳锰铁炉渣后，再按计算配料比例加入相应的还原剂、原料再冶炼，完成冶炼后终渣和合金全部倒出，用两炉渣冶炼一炉合金，使锰的还原更充分，炉前因减少一次合金浇注而减少了工作量，也减少合金浇注损失。

4.按权利要求1的精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺，其特征在于：原料和还原剂的配比是按所要求的合金含Si％量进行检测计算添加，并加入3-5％的过剩量。

5.按权利要求1的精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺，其特征在于：冶炼设备为两座变压器容量和电炉参数基本相同的精炼电炉配套，电炉变压器容量为1000-5000KVA，一座生产低、中碳锰铁，另一座生产高硅锰硅合金，实现高温液态低、中碳锰铁炉渣，装到高硅锰硅合金精炼电炉，两座电炉均用镁质材料砌筑；铁水包容积相同，其大小能盛一炉铁水和炉渣；铁水包用镁砖砌筑，两座电炉的浇注设备相同，都用镇静盆，合金先浇注到镇静盆里，经镇静降温后，再进行浇注，低、中碳锰铁用铸钢锭模；高硅锰硅合金用石英砂地模。

6.按权利要求1的精炼电炉生产高硅锰硅合金工艺，其特征在于：往电炉里装液态低、中碳锰铁炉渣，是通过一个设置在出炉流槽上面的活动漏斗，炉渣经漏斗和流槽加入炉里，进行用电冶炼，接着是用人工往炉内加还原剂，还原剂粒度要求在50mm以下，原料基本熔化后，人工搅拌，冶炼时间在80分钟，出炉前十几分钟加入氟石稀释炉渣，促使渣中铁珠下沉，合金和炉渣同出在一个铁水包内，炉渣即终渣倒入渣盆，经冷却外排，合金先倒入镇静盆，经冷却适当时间后下注到石英砂床里进行铸块。