CN103938043B - 高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，包括以下步骤：（1）将高磷锰矿、焦炭、硅石投入矿热炉中，得到锰硅合金；（2）将步骤（1）中得到的锰硅合金倾入内盛有工业硅下脚料、脱碳熔剂以及少量覆盖剂的中频炉内；（3）将步骤（2）中得到的锰硅合金倾入内装硅钙合金或硅钡合金、少量造渣剂的搅拌包内；（4）将部分高硅锰硅合金与澳矿、石灰与萤石倾入电弧炉内，得到富锰渣；（5）将步骤（4）得到的富锰渣与步骤（3）中的高硅锰硅合金反应；（6）将步骤（5）得到的合金倾入内装有废铝或铝锭的中频炉内，得到锰硅铝合金。本发明采用上述工艺，能够使锰硅铝合金符合现行标准要求，避免产品粉化，同时成本较低。

Description

高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺

技术领域

本发明涉及合金冶炼领域，具体涉及一种高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺。

背景技术

上世纪五、六十年代，前苏联冶金工作者发现锰硅铝复合合金在炼钢中具有深度脱氧并能提升钢材机械性能的特点，为此组织庞大团队研发该产品，他们制定了两套方案：其一是将铝熔解在高硅锰硅或锰硅合金熔体中，其二是用碳在矿热炉内还原含有锰、硅、铝的炉料来生产锰硅铝合金，但冶炼所得产品因含磷、碳较高，极易粉化，使产品无法在炼钢过程中使用。国内从上世纪九十年代开始，有多家生产企业在中频炉内将锰硅合金或废钢熔化后，再加入电解锰、铝锭进行调兑生产锰硅铝合金，这就是称为熔合法的生产工艺，该工艺的缺点是生产成本高。

另外，众所周知，我国锰矿资源是三高一低（铁高、磷高、二氧化硅高、锰低），这给冶炼锰系铁合金带来极大的困难。高磷锰矿在我国的储量较大，但用高磷锰矿生产的锰硅合金中磷含量超过国标2~4倍，而目前还没有一套合理的工艺来对高磷锰矿加以利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用高磷锰矿生产锰硅铝合金的方法，解决了传统碳热还原法、熔合法生产的锰硅铝合金达不到现行标准要求，产品极易粉化，导致无法在炼钢生产中使用，同时成本较高，下游用户难以接受的问题。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，包括以下步骤：

（1）将高磷锰矿、焦炭、硅石投入矿热炉中，得到高磷锰硅合金，其各个组分的质量百分比如下：Mn：65～73%；Si：16～18%；P：0.6～1.2%；C：1.5～2.0%；S：0.03～0.04%，其余为Fe；

（2）将步骤（1）中得到的高磷锰硅合金倾入内盛有工业硅下脚料、脱碳熔剂以及少量覆盖剂的中频炉内，将高磷锰硅合金的含硅量提升至25%以上，待炉料熔化完毕，扒渣，出炉；

（3）将步骤（2）中得到的高磷锰硅合金倾入内装硅钙合金或硅钡合金、少量造渣剂的搅拌包内，适当搅拌，得到高硅锰硅合金，此时产出的高硅锰硅合金中含磷量不高于0.15%；

（4）将步骤（3）中得到的高硅锰硅合金取20%，倾入装有澳矿、石灰以及萤石的电弧炉内，待炉料熔化完毕即可出炉，得到含碳量不高于0.1%的微碳锰铁以及锰含量为25%~30%、碱度为1.8~2.2的富锰渣；

（5）将步骤（4）得到的富锰渣与剩余的高硅锰硅合金在搅拌包内进行脱硅、脱磷以及增锰反应，待合金中含硅量不高于10%时即停止反应；

（6）将步骤（5）得到的合金倾入装有废铝或铝锭的中频炉内，在覆盖剂的覆盖下低温熔化废铝或铝锭，得到锰硅铝合金，其各个组分的质量百分比如下：

Mn：70~80%；Si：5~10%；Al：4~10%；P<0.1%;C<0.1%; S：0.03~0.04%。

进一步地，所述步骤（5）中富锰渣与高硅锰硅合金反应除了得到硅含量不高于10%的合金之外，还得到废渣，对此废渣进行水淬，得到可用于制造水泥的原料。

进一步地，所述步骤（3）得到的高硅锰硅合金可直接倒入铸模中，得到高硅锰硅产品。

进一步地，所述步骤（4）得到的微碳锰铁可直接倒入铸模中，得到微碳锰铁产品。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明解决了锰硅合金深度脱磷、降碳的难题，将锰硅铝合金中的磷含量降至最低，同时对锰、硅、铝、碳的含量做到可控，使锰硅铝合金在冶炼过程中不易粉化，不仅为纯净锰硅铝合金的生产开辟了一条途径，而且为储量较大、分布较广的高磷锰矿的合理使用拓展了范围。

（2）本发明可根据锰矿中磷含量的不同以及用户对产品的不同需求进行调整，可得到微碳锰铁合金、高硅锰硅合金、锰硅铝合金，从而满足不同的需求，同时，将原料尽可能地转化成产品，实现了资源的有效利用。

（3）本发明的很多原料为各行业回收的废品或下脚料，如废铝、工业硅下脚料等，不仅有效降低了成本，还节约了有限的资源，使之循环利用。

（4）本发明采用的工序均在低温、封闭状态下进行，既降低了锰、硅、铝、钡、钙等元素的氧化损耗，又减少甚至是避免了烟气的产生，从而减小了废气处理、排放的投入，对环境的影响也相对较小。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例所述的一种高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，包括以下步骤：

步骤（1）、将高磷锰矿、焦炭、硅石投入矿热炉中，得到液态的高磷锰硅合金，其各个组分的质量百分比为：Mn：70%；Si：17%；P：0.6%；C：1.5%；S：0.03%，其余为Fe；

步骤（2）、取步骤（1）中该液态高磷锰硅合金3000Kg，并将其倾入内盛有工业硅下脚料（含硅75%）、脱碳熔剂以及少量覆盖剂的中频炉内，待炉料熔化完毕，扒渣，出炉，此时锰硅合金中各组分的质量百分比为Mn：62%；Si：25%；P：0.35%；C：0.3%；S：0.03%；

步骤（3）、将步骤（2）中得到的锰硅合金倾入内装硅钙合金（硅：55%，钙：28%）或硅钡合金（硅：40%，钡：25%）（注：均为质量百分比）、少量造渣剂的搅拌包内，适当搅拌，此时产出的高硅锰硅合金含磷量为0.15%；

步骤（4）、将步骤（3）得到的高硅锰硅合金取20%，倾入装有澳矿、石灰以及萤石的电弧炉内，澳矿主要含42%左右的Mn以及8%左右的Fe，石灰则为普通的石灰原料，含85%左右的氧化钙，待炉料熔化完毕即可出炉，得到微碳锰铁，其各组分的质量百分比为：Mn：80%；Si：0.8%；C：0.1%，同时还得到锰含量为30%、碱度为2的富锰渣；

步骤（5）、将步骤（4）得到的富锰渣与剩余的高硅锰硅合金在搅拌包内进行脱硅、脱磷以及增锰反应，待合金中含硅量不高于10%时即停止反应；

步骤（6）、将步骤（5）得到的合金倾入内装有废铝或铝锭的中频炉内，在覆盖剂的覆盖下低温熔化废铝或铝锭，得到锰硅铝合金，其各个组分的质量百分比如下：Mn：76.8%；Si：8.5%；Al：6.02%；P：0.05%；C：0.04%；S：0.015%。

本实施例中所用到的高磷锰矿储量较多、分布较广、价格相对较低，其产出的非标高磷锰硅合金相比商品锰硅合金的价格要低20%以上。本实施例通过将普通的焦炭、硅石与高磷锰矿一起加入矿热炉中，得到超高磷锰硅合金以及炉渣，将该炉渣进行水淬处理，可得到水泥原料；一般的高磷锰硅合金中磷的含量为0.6%~1.2%，而磷含量在0.6%以上则属于超高含量，而本实施例中得到的锰硅合金中碳、磷（C≥1.5%，P≥0.6%）的含量都较高，碳、磷的含量高直接导致锰硅铝合金容易粉化，无法应用于冶炼，因此本工艺的直接目的就是脱磷、降碳。由于磷是非常难除去的元素，为了实现这个目的，本工艺首先选择增硅，通过锰硅合金与工业硅下脚料、脱碳熔剂一起在中频炉内反应，将硅含量由17%提升至25%，碳含量由1.5%以上降至0.3%以下，硅含量提高之后，十分有利于除去磷元素，再加入硅钙合金或硅钡合金，将磷含量由0.35%降至0.15%以下；然后，通过澳矿、石灰与萤石在电弧炉中熔化，得到碱度为2左右的富锰渣，用此渣再与锰硅合金反应，将磷进一步去除，同时，也降低硅、碳的含量并增加锰含量，此时得到的锰硅合金中磷含量为0.05%，硅含量为8%，碳含量0.04%，最后，碳、磷含量非常低的锰硅合金再与废铝共熔，得到锰硅铝合金，此时锰硅铝合金中各组分的含量不仅符合冶炼的要求，而且碳、磷含量非常低，使锰硅铝合金不再存在粉化的问题。

本实施例所采用的工艺从根本上改变和创新了锰硅铝复合合金生产的工艺思路，使得原本难以在锰系铁合金生产中使用的贫杂锰矿得到了合理的应用，也为我国贫杂锰矿的综合应用与铁合金产品的升级换代探索出一条可行之路。

另外，2012年11月7日发布并于2013年3月1日正式实施的《中华人民共和国黑色冶金行业标准YB/T4303—2012》中，对锰硅铝合金中各元素的含量也作了规定，如表1所示，通过表1可知，本实施例制得的锰硅铝合金完全符合该标准微碳级的要求。

表1 锰硅铝合金化学成分  YB/T4303—2012

实施例2

本实施例所述的一种高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，包括以下步骤：

步骤（1）、将高磷锰矿、焦炭、硅石投入矿热炉中，得到液态的高磷锰硅合金，其各个组分的质量百分比为：Mn：69%；Si：16%；P：0.9%；C：1.9%；S：0.03%，其余为Fe；

步骤（2）、取步骤（1）中该液态高磷锰硅合金3000Kg，并将其倾入内盛有工业硅下脚料（含硅85%）、脱碳熔剂以及少量覆盖剂的中频炉内，待炉料熔化完毕，扒渣，出炉，此时锰硅合金中各组分的质量百分比为Mn：57.5%；Si：28%；P：0.5%；C：0.15%；S：0.015%；

步骤（3）、将步骤（2）中得到的锰硅合金倾入内装硅钙合金（硅：55%，钙：28%）或硅钡合金（硅：40%，钡：25%）（注：均为质量百分比）、少量造渣剂的搅拌包内，适当搅拌，此时产出的高硅锰硅合金含磷量为0.12%；

步骤（4）、将步骤（3）得到的高硅锰硅合金取20%，倾入装有澳矿、石灰以及萤石的电弧炉内，澳矿主要含42%左右的Mn以及8%左右的Fe，石灰则为普通的石灰原料，含85%左右的氧化钙，待炉料熔化完毕即可出炉，得到微碳锰铁，其各组分的质量百分比为：Mn：81.5%；Si：0.7%；C：0.15%，同时还得到锰含量为27%、碱度为1.9的富锰渣；

步骤（5）、将步骤（4）得到的富锰渣与剩余的高硅锰硅合金在搅拌包内进行脱硅、脱磷以及增锰反应，待合金中含硅量不高于10%时即停止反应；

步骤（6）、将步骤（5）得到的合金倾入内装有废铝或铝锭的中频炉内，在覆盖剂的覆盖下低温熔化废铝或铝锭，得到锰硅铝合金，其各个组分的质量百分比如下：Mn：74.8%；Si：8.1%；Al：5.8%；P：0.045%；C：0.035%；S：0.018%。

实施例3

本实施例所述的一种高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，包括以下步骤：

步骤（1）、将高磷锰矿、焦炭、硅石投入矿热炉中，得到液态的高磷锰硅合金，其各个组分的质量百分比为：Mn：65%；Si：17%；P：1.1%；C：1.6%；S：0.04%，其余为Fe；

步骤（2）、取步骤（1）中该液态高磷锰硅合金3000Kg，并将其倾入内盛有工业硅下脚料（含硅60%）、脱碳熔剂以及少量覆盖剂的中频炉内，待炉料熔化完毕，扒渣，出炉，此时锰硅合金中各组分的质量百分比为Mn：60%；Si：27%；P：0.65%；C：0.35%；S：0.025%；

步骤（3）、将步骤（2）中得到的锰硅合金倾入内装硅钙合金（硅：55%，钙：28%）或硅钡合金（硅：40%，钡：25%）（注：均为质量百分比）、少量造渣剂的搅拌包内，适当搅拌，此时产出的高硅锰硅合金含磷量为0.19%；

步骤（4）、将步骤（3）得到的高硅锰硅合金20%左右倾入装有澳矿、石灰与萤石的电弧炉内，澳矿主要含42%左右的Mn以及8%左右的Fe，石灰则为普通的石灰原料，含85%左右的氧化钙，待炉料熔化完毕即可出炉，得到微碳锰铁，其各组分的质量百分比为：Mn：78.5%；Si：0.9%；C：0.12%，同时还得到锰含量为29%、碱度为2.2的富锰渣；

步骤（5）、将步骤（4）得到的富锰渣与剩余的高硅锰硅合金在搅拌包内进行脱硅、脱磷以及增锰反应，待合金中含硅量不高于10%时即停止反应；

步骤（6）、将步骤（5）得到的合金倾入内装有废铝或铝锭的中频炉内，在覆盖剂的覆盖下低温熔化废铝或铝锭，得到锰硅铝合金，其各个组分的质量百分比如下：Mn：77.4%；Si：7.8%；Al：6.4%；P：0.045%；C：0.037%；S：0.014%。

实施例4

本实施例所述的一种高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，包括以下步骤：

步骤（1）、将高磷锰矿、焦炭、硅石投入矿热炉中，得到液态的高磷锰硅合金，其各个组分的质量百分比为：Mn：71%；Si：18%；P：1.2%；C：2.0 %；S：0.04%，其余为Fe；

步骤（2）、取步骤（1）中该液态高磷锰硅合金3000Kg，并将其倾入内盛有工业硅下脚料（含硅68%）、脱碳熔剂以及少量覆盖剂的中频炉内，待炉料熔化完毕，扒渣，出炉，此时锰硅合金中各组分的质量百分比为Mn：62.5%；Si：30.6%；P：0.7%；C：0.12%；S：0.027%；

步骤（3）、将步骤（2）中得到的锰硅合金倾入内装硅钙合金（硅：55%，钙：28%）或硅钡合金（硅：40%，钡：25%）（注：均为质量百分比）、少量造渣剂的搅拌包内，适当搅拌，此时产出的高硅锰硅合金含磷量为0.12%；

步骤（4）、将步骤（3）得到的高硅锰硅合金取20%，倾入装有澳矿、石灰与萤石的电弧炉内，澳矿主要含42%左右的Mn以及8%左右的Fe，石灰则为普通的石灰原料，含85%左右的氧化钙，待炉料熔化完毕即可出炉，得到微碳锰铁，其各组分的质量百分比为：Mn：82%；Si：0.73%；C：0.06%，同时还得到锰含量为29%、碱度为2的富锰渣；

步骤（5）、将步骤（4）得到的富锰渣与剩余的高硅锰硅合金在搅拌包内进行脱硅、脱磷以及增锰反应，待合金中含硅量不高于10%时即停止反应；

步骤（6）、将步骤（5）得到的合金倾入内装有废铝或铝锭的中频炉内，在覆盖剂的覆盖下低温熔化废铝或铝锭，得到锰硅铝合金，其各个组分的质量百分比如下：Mn：76.2%；Si：8.1%；Al：6.2%；P：0.042%；C：0.033%；S：0.016%。

实施例5

本实施例在实施例1~实施例4中任意实施例的基础上，为提高锰的利用率，做到资源的有效利用，步骤（5）中富锰渣与高硅锰硅合金反应除了得到硅含量量不高于10%的合金之外，还得到废渣，将废渣中的锰含量控制在3%以下时进行水淬，水淬后的炉渣是生产水泥的良好原料，做到了废料的再利用。

实施例6

本实施例在实施例1的基础上，可将步骤（3）得到的高硅锰硅合金直接倒入铸模中，得到高硅锰硅产品。

另外，还可将步骤（4）得到的微碳锰铁直接倒入铸模中，得到微碳锰铁产品。

本实施例可根据锰矿中磷含量的不同以及用户对产品的不同需求进行调整，得到微碳锰铁合金、高硅锰硅合金、锰硅铝合金产品，从而满足不同的需求，同时，将原料尽可能地转化成产品，实现了资源的有效利用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将高磷锰矿、焦炭、硅石投入矿热炉中，得到高磷锰硅合金，其各个组分的质量百分比如下：Mn：65～73%；Si：16～18%；P：0.6～1.2%；C：1.5～2.0%；S：0.03～0.04%，其余为Fe；

（2）将步骤（1）中得到的高磷锰硅合金倾入内盛有工业硅下脚料、脱碳熔剂以及少量覆盖剂的中频炉内，将高磷锰硅合金的含硅量提升至25%以上，待炉料熔化完毕，扒渣，出炉；

（3）将步骤（2）中得到的高磷锰硅合金倾入内装硅钙合金或硅钡合金、少量造渣剂的搅拌包内，适当搅拌，得到高硅锰硅合金，此时产出的高硅锰硅合金中含磷量不高于0.15%；

（4）将步骤（3）中得到的高硅锰硅合金取20%，倾入装有澳矿、石灰以及萤石的电弧炉内，待炉料熔化完毕即可出炉，得到含碳量不高于0.1%的微碳锰铁以及锰含量为25%~30%、碱度为1.8~2.2的富锰渣；

（5）将步骤（4）得到的富锰渣与剩余的高硅锰硅合金在搅拌包内进行脱硅、脱磷以及增锰反应，待合金中含硅量不高于10%时即停止反应；

（6）将步骤（5）得到的合金倾入装有废铝或铝锭的中频炉内，在覆盖剂的覆盖下低温熔化废铝或铝锭，得到锰硅铝合金，其各个组分的质量百分比如下：

Mn：70~80%；Si：5~10%；Al：4~10%；P<0.1%;C<0.1%; S：0.03~0.04%，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，其特征在于：所述步骤（5）中富锰渣与高硅锰硅合金反应除了得到硅含量不高于10%的合金之外，还得到废渣，对此废渣进行水淬，得到可用于制造水泥的原料。

3.根据权利要求1所述的高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，其特征在于：所述步骤（4）得到的富锰渣的碱度为2.0~2.2。

4.根据权利要求1所述的高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，其特征在于：所述步骤（3）得到的高硅锰硅合金可直接倒入铸模中，得到高硅锰硅产品。

5.根据权利要求1所述的高磷锰矿生产纯净锰硅铝合金工艺，其特征在于：所述步骤（4）得到的微碳锰铁可直接倒入铸模中，得到微碳锰铁产品。