CN102220608A - 一种硅锰合金制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种合金制备方法，尤其是一种硅锰合金制备方法。该工艺采用以下步骤进行：阴极的制备；熔盐预处理；预电解；电解；清洗干燥。本发明具有以下有益效果：材料均为绿色无污染产品，且电解过程稳定，不会产生有毒有害气体或物质，产生的气体主要为O₂，电解所用温度低于合金熔点，与传统技术相比可以降低能耗，并且弥补了我国缺乏高品位锰矿的严峻形势，降低耗电量，电解过程无需添加焦炭等还原剂，降低成本，工艺过程稳定，通过调整金属氧化物的配比以及工艺参数就可以控制产品组成。

Description

一种硅锰合金制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金制备方法，尤其是一种硅锰合金制备方法。

背景技术

硅锰合金是用途最广、用量最大的合金之一，是炼钢生产的重要原料之一，世界锰产量的90％消耗于钢铁工业。在所有的钢种生产中，锰是必需元素，它在炼钢过程中作为一种添加剂，主要以合金元素的形式对钢的性能起着重要作用。此外，它既可作为脱氧剂提高硅的脱氧能力，也是常规的主要脱硫元素，可防止钢的热脆，锰留在钢中可增加钢的强度，所以锰钢是很硬的合金。在炼钢时使用此合金可提高生产率，提高钢水质量及降低冶炼成本。随着现代社会对钢铁的需求量的不断增加，硅锰合金越来越发挥着其举足轻重的作用。

目前其生产方法有两种：

①有渣法-在冶炼炉中用碳同时还原锰矿和硅锰混合物中的猛和硅中的氧。冶炼原理是在高温冶炼中，炉料中锰和硅的氧化物分解或CO还原成低价氧化物，1373-1473K时，高价氧化锰还原成一氧化锰，而后与二氧化硅结合生成低熔点硅酸锰，剩余的再被碳直接还原生成Mn₃C。随着温度的升高，二氧化硅逐渐被碳还原成硅单质，硅还原Mn₃C为MnSi合金。在闭口式炉中还原Mn和Si的氧化物，可获得硅含量23％-25％的硅锰合金。其特点是不能炼制高硅锰。

②无渣法-用碳还原冶炼炉里的硅石并不断往炉内添加碳素锰铁。此方法碳只还原二氧化硅，而锰以碳素锰铁的形式加入炉料中。与生产硅铁类似。其工艺特点是生产低磷锰硅，要选用富锰渣炼制的低磷碳素锰。

硅锰合金现有技术生产方法的缺点是：(1)生产过程中的操作步骤较复杂，且易发生爆炸等危险。(2)由于冶炼需要较高温度，熔化过程中硅和锰合金挥发损失严重，其原材料采用价格昂贵的75％或90％硅石，增加硅锰合金成本。(3)冶炼过程中常发生各种异常情况。还原剂量不合适；排渣困难；炉内翻渣；料管下料不顺；炉气成分异常，炉内压力异常等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种绿色、安全、可靠、工艺过程简单的硅锰合金制备方法。

解决其技术问题采用的技术方案是：

步骤1，阴极的制备：选取MnO₂和SiO₂混合粉末球磨数小时，压片成型后在马弗炉中烧结数小时。

步骤2，熔盐预处理：称取熔盐，待研磨均匀后进行100℃保温，然后升至400℃保温后冷却至120℃，放入真空干燥箱中备用。

步骤3，预电解：将盛有熔盐的刚玉坩埚后放入电解槽，电解槽内通入高纯Ar气，用镍丝作阴极，石墨棒作阳极，分别与HY17直流稳压电源的相应端口连接后进行预电解。

步骤4，电解：将镍丝从熔盐中取出，将混合金属氧化物SiO₂与MnO₂阴极片放入用镍丝篮里作为阴极，石墨碳棒作为阳极，通入高纯Ar气，打开HY17直流稳压电源进行电解。

步骤5，清洗干燥：先用蒸馏水充分冲洗再用超声波清洗，然后干燥。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所使用的材料均为绿色无污染产品，且电解过程稳定，不会产生有毒有害气体或物质，产生的气体主要为O₂。

2、本发明电解所用温度低于合金熔点，与传统技术相比可以降低能耗，并且弥补了我国缺乏高品位锰矿的严峻形势，降低耗电量，电解过程无需添加焦炭等还原剂，降低成本。

3、工艺过程稳定，通过调整金属氧化物的配比以及工艺参数就可以控制产品组成。

具体实施方式

实施例1-4，如表格所示：

实施例：1

1、阴极的制备

选用高纯度的SiO₂粉末，或者SiO₂和MnO₂混合粉末(摩尔比1∶1)为原料，称取1g，SiO₂和MnO₂混合粉末需要在球磨机中球磨3小时，以保持粒度均匀且SiO₂和MnO₂混合均匀，然后选取适当压片压力压片成型，控制烧结温度850℃在马弗炉中烧结若6小时，以增强阴极片强度。

2、熔盐预处理

称取熔盐250g，以摩尔比例CaCl₂；NaC l＝1∶1称取，研磨、混匀，100℃保温2h，除去物理吸附的水，升温至400℃保温4h，以除去物理结合水。冷却至120℃后放入真空干燥箱中备用，在熔盐升温或降温过程中要放慢速度，以防止熔盐烧结。

3、预电解过程

将经过干燥的熔盐盛入坩埚并放入电解槽中，用镍丝做阴极悬挂在坩埚的上端。反应器用硅胶塞密封，通入高纯Ar气，用自动控温仪控温，升温到预定温度(高于熔盐熔点)。将镍丝和石墨棒缓慢下伸到适当深度后，将其固定。镍丝作为阴极、石墨棒为阳极，分别与HY17直流稳压电源的相应端口连接，控制电位至电解电压，进行预电解1-2h，记录时间电流数据。通过预电解可以除去熔盐中未完全除去的水分以及CaO、HCl和分解电位低的其它化合物。

4、电解过程

首先，将盛有熔盐的刚玉坩埚反应器放入电解槽中，将预先烧结好的混合金属氧化物SiO₂与MnO₂阴极片放入用镍丝制成的小篮里，制成阴极悬挂在熔盐上方；石墨碳棒作为阳极浸入熔盐；分别插入Ar气，尾气管，热电偶，并打开冷却水。实验过程需要在密闭情况下进行，因此需要对电解装置进行密封检查。通过通入高纯Ar气，并调节Ar气流量至尾气瓶中有均匀气泡冒出即可。调节好气密性后，用程序控温仪进行升温至电解温度，将阴极插入熔盐至全部浸入。连接好电解装置，打开HY17直流稳压电源，调节至电解电压3.10v，进行电解实验。

5、清洗干燥

电解结束后，关闭电阻炉及直流稳压电源，待温度降至稍高于熔盐熔点时将阴极拔出，继续冷却直至室温后，取出反应产物，先用蒸馏水充分冲洗再用超声波清洗，然后干燥。

Claims (1)

1.一种硅锰合金的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤进行：

步骤1，阴极的制备：选取MnO₂和SiO₂混合粉末球磨数小时，压片成型后在马弗炉中烧结数小时。

步骤2，熔盐预处理：称取熔盐，待研磨均匀后进行100℃保温，然后升至400℃保温后冷却至120℃，放入真空干燥箱中备用。

步骤3，预电解：将盛有熔盐的刚玉坩埚后放入电解槽，电解槽内通入高纯Ar气，用镍丝作阴极，石墨棒作阳极，分别与HY17直流稳压电源的相应端口连接后进行预电解。

步骤4，电解：将镍丝从熔盐中取出，将混合金属氧化物SiO₂与MnO₂阴极片放入用镍丝篮里作为阴极，石墨碳棒作为阳极，通入高纯Ar气，打开HY17直流稳压电源进行电解。

步骤5，清洗干燥：先用蒸馏水充分冲洗再用超声波清洗，然后干燥。