CN102071331B - 一种高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铁合金生产技术领域，特别涉及到一种用于高纯净钢及其他金属冶炼用的高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法，其特征在于，以电解锰、工业硅和硅铁为原料，采用中频感应电炉熔炼，其熔炼过程为：将电解锰、硅铁混合后装入感应电炉内，通电升温熔化后测定合金成分，锰量不足时加入电解锰调整锰量；硅含量不足时，可用硅铁或工业硅调整硅成分，成分合格后，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金。采用本发明可显著提高合金的纯净度，合金中含碳量可小于0.05%至无碳，P≤0.005%，S≤0.005，该合金用于纯净钢的脱氧合金化和冶炼高纯净合金的还原剂。另外，本发明的设备投资少，操作简单，易于实现，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法

技术领域

本发明属于铁合金生产技术领域，特别涉及到一种用于高纯净钢及其他金属冶炼用的高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法。

背景技术

高硅锰硅合金广泛用于钢铁冶炼后期的脱氧合金化和冶炼低碳锰铁及其它合金的还原剂，传统的髙硅锰硅合金的熔炼方法是用富锰渣、硅石、焦炭、木炭等在矿热炉内采用一步法连续生产，采用这种生产方法难以生产微碳或无碳的锰硅合金，另外，该方法采用焦炭、木炭作燃料和还原剂，原燃料特别是焦炭、木炭中的硫、磷大部分或全部被还原进入合金，因此，要想控制合金中的硫、磷等有害元素含量，对原燃料的要求非常高，生产控制难度加大，特别是近年来随着对合金中碳、硫、磷等杂质含量控制要求的提高，传统的矿热炉工艺难以生产高纯净髙硅锰硅合金。

高纯净的髙硅锰硅合金用于纯净钢生产的脱氧合金化和冶炼微碳或无碳纯净合金，对提高钢铁及合金产品的质量具有重要意义；例如，不锈钢脱氧时采用高纯净硅锰合金，降低有害元素P、S等的含量，可以显著提高不锈钢的抗腐蚀性能和综合机械性能，有与增加强化元素相同的效果，因此，采用高纯净髙硅锰硅合金，可以节约用户端的成本。因此，发明一种新的高纯净髙硅锰硅合金生产方法，对提高钢铁及合金产品质量等方面具有重要意义。

经对现有技术检索发现，中国发明专利（申请号：02114376.5，发明名称：髙硅锰硅合金生产新工艺）提出采用两台电炉分别熔炼锰硅合金和硅铁合金，然后采用炉外热兑的方法生产髙硅锰硅合金；该方法的不足主要是两台电炉的匹配要求高、生产操作繁琐，另外该方法为使液态硅锰和液态硅铁充分混合，需要在两个铁水包之间反复倒包或摇包，铁合金的吸气、氧化严重，影响产品质量和收得率，该技术的另外一个显著不足是采用硅锰和硅铁生产髙硅锰硅合金，有害元素硫、磷的控制难度大，虽然该发明提出产品中P≤0.1%，S≤0.01，C≤0.5%的限制，但这个级别的纯净度对高纯净合金是难以满足要求的。

中国发明专利（申请号：200810068700.9，发明名称：用精炼电炉生产髙硅锰硅合金工艺）提出用低、中碳锰铁炉渣和焦炭、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在精炼炉内生产髙硅锰硅合金，该方法的显著不足仍是采用焦炭还原锰渣，对控制合金中的硫、磷含量的难度非常大，为了实现脱磷、脱硫，在精炼炉内加入石灰和氟石造渣，不仅会增加硅的氧化消耗，还会严重降低炉衬的寿命，另外，该方法生产的锰硅合金中的碳含量取决于Si含量，例如要使碳含量低于0.05%，则硅含量必须在30%以上，因此，合金中的硅、锰、碳含量不能单独控制。

综上所述，现有的髙硅锰硅合金生产技术受到原料、工艺和设备等因素的制约，难于实现高纯净（微碳或无碳、低硫、低磷）髙硅锰硅合金的生产。

发明内容

本发明的目的提供一种高纯净髙硅锰硅合金的熔炼方法，解决目前髙硅锰硅合金生产存在的有害杂质元素含量高、熔炼方法复杂及元素含量匹配控制难度高的问题，实现低成本、易操作控制的高纯净髙硅锰硅合金生产。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

一种高纯净髙硅锰硅合金熔炼制备方法，其特征在于以硅灰石-石灰作造渣料加入感应电炉底部，以电解锰、工业硅和硅铁为原料，采用感应电炉直接熔炼后浇注制备髙硅锰硅合金。

实现该发明的具体方法特征如下：

1）熔炼含铁的髙硅锰硅合金时，加造渣料后将电解锰、硅铁装入感应电炉内，通电升温熔化后将合金熔体温度控制在1300~1400℃，测定合金成分，锰量不足时加入电解锰调整锰量；硅含量不足时，用硅铁或工业硅调整硅含量，合金成分合格后，拨去浮渣，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金；当用工业硅调整硅含量时，炉温控制在1430~1500℃，以加快硅的熔解。

2）冶炼不含铁的髙硅锰硅合金时，以电解锰和工业硅为原料，不采用硅铁；其冶炼过程为：加造渣料后将电解锰装入感应炉内，通电升温熔化，加入工业硅，将合金熔体温度控制在1430~1500℃，成分合格后，拨去浮渣，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金。

3) 感应电炉

感应电炉采用频率为150~10000Hz的中频感应电炉，采用两相或三相供电，炉内实现整体搅拌。

4）坩埚的材质与造渣材料

坩埚的材质根据冶炼合金的成分选用，当冶炼合金成分中硅质量分数大于30%时，一般采用酸性坩埚，以减少硅的烧损，相应的造渣材料为（重量%）硅灰石70%，石灰30%，以减少坩埚侵蚀和提高坩埚寿命，造渣料加入量为电解锰和硅铁或电解锰和工业硅加入量的1%；当冶炼合金成分中硅质量分数低于20%时，一般采用碱性坩埚，以减少锰的烧损，相应的造渣材料为（重量%）硅灰石30%，石灰70%，以减少坩埚侵蚀和提高坩埚寿命，造渣料加入量为金属料加入量的1%；当冶炼合金成分中硅质量分数在20%至30%之间时，一般采用中性坩埚，以平衡硅、锰元素的烧损量，相应的造渣材料为（重量%）硅灰石50%，石灰50%，以减少坩埚侵蚀和提高坩埚寿命，造渣料加入量为金属料加入量的1%。

5）造渣料的特征与使用量

本发明中的造渣料有硅灰石和石灰配制，造渣料在装入金属料前作为铺底渣料加入炉内，其加入量为金属料重量的1%左右。造渣料的组成即硅灰石与石灰的比例根据冶炼合金的成分（坩埚的材质）确定：当冶炼合金成分中硅质量分数大于30%时，相应的造渣材料为（重量%）硅灰石70%，石灰30%，以控制金属料烧损和减少坩埚侵蚀；当冶炼合金成分中硅质量分数低于20%时，相应的造渣材料为（重量%）硅灰石30%，石灰70%；当冶炼合金成分中硅质量分数在20%至30%之间时，相应的造渣材料为（重量%）硅灰石50%，石灰50%。

6）炉料的选择

冶炼不含铁的髙硅锰硅合金时，以电解锰和工业硅为原料，不采用硅铁。其冶炼过程为：将电解锰装入感应炉内，通电升温熔化，加入工业硅，将温度控制在1430~1500℃，成分合格后，拨去浮渣，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金。

冶炼含铁的髙硅锰硅合金时，硅元素的引入以硅铁为主，工业硅作调整硅成分用。

电解锰的选料要求为：选择牌号为：DJMn99.7，成分为(质量%)：Mn99.7，C<0.04，S<0.05，P<0.005．

硅铁的选料要求：一般选用髙牌号硅铁FeSi75-A，成分为(质量%)：Si 74.0-80.0, Mn<0.4, Cr<0.3, S<0.02，P<0.035, C<0.1．

工业硅的选料要求：一般选用一级或二级硅，成分要求为(质量%)：Si ≥98, Fe<0.5, Al<0.5, Ca<1.0．

7）对于造渣材料要求

活性石灰的化学组成为：100%＞CaO≥90.0，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂＞0，其余为Al₂O₃等微量杂质；

硅灰石的化学组成为SiO₂ 45%～55%，CaO 35%～45%，MgO≤0.8%，S<0.03%，P< 0.03%。

与现有技术相比较，采用本发明的优点如下：

① 本发明的优点是以电解锰、工业硅和高牌号硅铁为原料在中频感应炉内一步法熔炼髙硅锰硅合金，替代传统的矿热炉还原熔炼工艺，不使用焦炭等还原剂，所以合金中碳、硫、磷等杂质元素含量显著降低，达到高纯净髙硅锰硅合金的要求；

② 感应炉熔炼与矿热炉还原、精炼炉精炼传统生产工艺以及背景技术中双电炉熔炼热兑工艺等相比，具有生产工艺简单，生产操作易于控制、设备投资少等优点；

③ 采用的原料来源广，生产成本低；

④ 采用本发明，锰硅合金中的硅锰元素含量可单独控制，可以制备矿热炉难于生产的髙硅锰硅合金；

⑤ 采用本发明，熔炼速度快，硅锰元素的烧损少，产生的渣及烟尘少，不污染环境。

以下是本发明与传统工艺的对比：

 综上所述，本发明的优点是生产的髙硅锰硅合金质量高，有害杂质元素含量低，生产工艺简单，设备投资少，生产成本低、无污染等优势，具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述，实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

选用的原料成分如下：

电解锰牌号为：DJMn99.7，成分为(质量%)：Mn≥99.7，C<0.04，S<0.05，P<0.005；

硅铁选用75号硅铁FeSi75-A，成分为(质量%)：Si 74.0-80.0, Mn<0.4, Cr<0.3, S<0.02，P<0.035, C<0.1；

工业硅选用二级硅，成分(质量%)：Si ≥98, Fe<0.5, Al<0.5, Ca<1.0；

造渣材料的成分如下：

活性石灰的化学组成为(质量%)：CaO 95.0，MgO 3.0，SiO₂ 1.0，其余为Al₂O₃等微量杂质；

硅灰石的化学组成为(质量%)：SiO₂ 52，CaO 45，MgO 0.8，S<0.03，P< 0.03，余量杂质。

实施实例1  

以电解锰、硅铁和工业硅熔炼FeMn64Si27合金：

配料：电解锰640Kg、FeSi75-A 360Kg，合金块粒度2~15cm；

渣料：硅灰石和石灰各5Kg，混匀；

设备：标称容量为1000Kg的频率1kHz的中频感应电炉，采用中性氧化铝坩埚，供电方式为三相供电、整体搅拌方式；

熔炼过程：先加入造渣料，将电解锰、硅铁混合装入炉内，通电升温熔化后将温度控制在1380~1400℃，测定合金成分为Mn63%， Si26.5%，补加入10Kg电解锰和6Kg的硅铁，熔清后保持电磁搅拌，温度升高到1420℃，拨去浮渣，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金；测定合金的成分为Mn64.2%,Si26.8%,C0.02%，S0.02%，P0.004%，余量为铁，符合高纯净髙硅锰硅合金的标准；所得合金的总重量990Kg，综合烧损为1.6%，合金的收得率高。

实施实例2  

以电解锰、工业硅熔炼Mn60Si40合金：

配料：电解锰60Kg、工业硅40Kg；

渣料：硅灰石0.7Kg、石灰0.3Kg，混匀；

设备：标称容量为100Kg的频率1kHz的中频感应电炉，采用石英砂坩埚，供电方式为二相供电，整体搅拌方式；

熔炼过程：先加入造渣料，将电解锰装入炉内，通电升温熔化后将温度控制在1450℃，分两批加入工业硅，熔化后测定合金成分为Mn55%， Si38%，补加入5Kg电解锰和2Kg的工业硅，熔清后保持电磁搅拌，温度降低到1400℃，拨去浮渣，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金；测定合金的成分为Mn59.8%,Si39.8%,C0.001%，S0.002%，P0.004%，余量为铁，符合高纯净髙硅锰硅合金的标准，所得合金的总重量100Kg，综合烧损为7%，合金的收得率高。

实施实例3  

以电解锰、硅铁熔炼FeMn64Si18合金：

配料：电解锰130Kg、FeSi75-A 70Kg，合金块粒度2~15cm；

渣料：硅灰石0.6Kg、石灰1.4Kg，混匀；

设备：标称容量为200Kg的频率500Hz的中频感应电炉，采用镁砂坩埚，供电方式为三相供电，整体搅拌方式了；

熔炼过程：先加入造渣料，将电解锰、硅铁混合装入炉内，通电升温熔化后将温度控制在1300℃，熔化后测定合金成分为Mn63.5%，Si17.2%，补加入1Kg电解锰和3Kg硅铁后，炉温升到1320℃,拨去浮渣，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金；测定合金的成分为Mn64.0%,Si18.6%,C0.001%，S0.002%，P0.004%，余量为铁，符合高纯净髙硅锰硅合金的标准。所得合金的总重量195Kg，综合烧损为4.5%，合金的收得率高。

Claims (5)

1.一种高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法，其特征在于以硅灰石-石灰作造渣料加入感应电炉底部，以电解锰和工业硅或电解锰、工业硅和硅铁为原料，采用感应电炉直接熔炼后浇注制备髙硅锰硅合金；感应电炉采用坩埚的材质根据冶炼合金的成分选用，当冶炼合金成分中硅元素质量分数大于30%时，采用酸性坩埚，以减少硅的烧损；当冶炼合金成分中硅质量分数低于20%时采用碱性坩埚，以减少锰的烧损；当冶炼合金成分中硅质量分数在20%至30%之间时，采用中性坩埚，以平衡硅、锰元素的烧损量；所述造渣料由石灰和硅灰石混匀后，加入炉底部，其加入量为电解锰和硅铁或电解锰和工业硅重量的1%；造渣材料中硅灰石和石灰的配比根据冶炼合金的成分确定，当冶炼合金成分中硅质量分数大于30%时，相应的造渣材料按重量百分比计为：硅灰石70%，石灰30%；当冶炼合金成分中硅质量分数在20%至30%之间时，相应的造渣材料按重量百分比计为：硅灰石50%，石灰50%；当冶炼合金成分中硅质量分数低于20%时，相应的造渣材料按重量百分比计为硅灰石30%，石灰70%。

2.如权利要求1所述的一种高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法，其特征在于：熔炼含铁的髙硅锰硅合金时，加造渣料后将电解锰、硅铁装入感应电炉内，通电升温熔化后将合金熔体温度控制在1300~1400℃，测定合金成分，锰量不足时加入电解锰调整锰量；硅含量不足时，用硅铁或工业硅调整硅含量，合金成分合格后，拨去浮渣，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金。

3.如权利要求1所述的一种高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法，其特征在于：冶炼不含铁的髙硅锰硅合金时，加造渣料后将电解锰装入感应炉内，通电升温熔化，加入工业硅，将合金熔体温度控制在1430~1500℃，成分合格后，拨去浮渣，浇注到金属模内形成块状髙硅锰硅合金。

4.如权利要求1所述的一种高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法，其特征在于：感应电炉采用频率为150~10000Hz的中频感应电炉，采用两相或三相供电，炉内实现整体搅拌。

5.如权利要求2所述的一种高纯净髙硅锰硅合金的熔炼制备方法，其特征在于：硅元素的引入以硅铁为主，工业硅作调整硅成分用，当用工业硅调整硅含量时，炉温控制在1430~1500℃，以加快硅的熔解。