CN104878158B

CN104878158B - 一种提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法

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Publication number: CN104878158B
Application number: CN201510296049.0A
Authority: CN
Inventors: 吴伟; 刘跃; 谭明祥; 吴东俊; 戴诗凡
Original assignee: Wuhan City Hai Yitong Special Material Science And Technology Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Wuhan City Hai Yitong Special Material Science And Technology Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: CN104878158A

Abstract

本发明涉及一种提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，属于炼钢钢水合金化的技术领域。是指把锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭经过烘干、破碎、磨细后，按照重量百分比：锰矿50～90％，石灰或轻烧白云石0～20％，无烟煤或焦炭10～30％制成的混合料作为外层粉剂，把按照上述混合料1/3～1/4的铝粉或硅粉作为内部粉剂制成包芯线，内部粉剂包裹在外层粉剂中，使得外层粉剂对内部粉剂形成包裹层。将包芯线在精炼工序钢包进站时进行喂线。本发明在获得高的锰收得率，还大大缩短精炼炉的加热时间，降低了电的消耗。

Description

一种提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法

技术领域

本发明属于转炉或电炉炼钢锰合金化技术领域，具体涉及一种锰矿直接合金化的方法，特别是关于提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法。

背景技术

为了降低炼钢成本，冶金工作者尝试从原料、冶炼工艺等方面进行了许多有益的探讨和研究，如用廉价的初级品或氧化物矿物质代替合金对钢进行直接合金化就是其中方法之一。在众多直接合金化工艺中，锰矿直接合金化受到了高度重视。

锰矿直接合金化给钢铁企业带来较好的效益，但从目前的国内锰矿还原的研究结果看，在炼钢过程中锰矿还原的效果不佳，锰的回收率较低，没有广泛地应用到实际生产中，主要存在的问题是：

(1)在转炉内加入锰矿或锰矿复合球团，由于转炉内氧化性气氛，锰的还原率很低。如中国专利(申请号201110055720.4使锰矿直接还原合金化的转炉炼钢工艺)公开了一种在转炉为加锰矿的工艺方法，锰的收得率在30～40％左右。

(2)在精炼过程中加入锰矿或锰矿复合球团，由于受到钢包搅拌和顶渣的各种影响，加入的锰矿或锰矿球团不能充分与钢水接触，导致锰的收得率低于加入锰合金的收得率。如中国专利(申请号201110280459.8一种氩氧炉用复合球团及其制备方法)公开了一种在精炼炉加锰、铬复合球团的方法，由于受到上述的限制，锰矿的收得率在82％左右。

(3)在精炼过程中从料仓中同时加入的锰矿或锰矿复合球团，需要一定的时间熔化，锰矿吸热，需要消耗一些热量，所以需要增加一定的精炼时间，给精炼生产调度带来难度。

由于上述的原因，使目前钢厂使用锰矿直接合金化的应用较少。因此，开发出适合炼钢厂的锰矿直接合金化的方法是非常重要的。

发明内容

鉴于上述生产问题，本发明的目的在于提供一种提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，通过缩短锰矿还原时间和提高锰矿的还原率，实现锰矿直接合金化获得高回收率的目的。

本发明采取的技术方案如下：一种提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，是指把锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭按一定比例制成混合粉料，另准备铝粉和/或硅粉作为备用料，利用两种料做成包芯线，在炼钢的精炼工序中喂入到的钢水中，还原出锰的一种方法。

其中，进一步讲，所述锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭的混合粉料的组成是：按重量百分比：锰矿50～90％，石灰或轻烧白云石0～20％，无烟煤或焦炭10～30％。

所述铝粉和/或硅粉占所述锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭混合粉料的1/4～1/3。

所述锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭混合粉料的制作方法是：顺序经过烘干、破碎、磨粉，磨成粒度小于0.074mm的粉料。

所述铝粉和/或硅粉也磨成粒度小于0.074mm的粉料。

其中，进一步讲，所述包芯线的制作方法是：把配制好的所述锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭的混合粉料作为包芯线的外层粉料，把铝粉和/或硅粉作为包芯线的内部粉料；先用铝箔或者钢带把内部粉料包裹在铝箔或者钢带中；然后在铝箔或者钢带外包覆外层粉料，使得外层粉料对内部粉料形成包裹层；再在外层粉料的外部用钢带包裹，形成一根钢带包裹的线性体，即为包芯线。

所述内部粉料在铝箔或钢带内形成的是截面为圆形的实心圆柱体，外层粉料在铝箔或钢带外形成的是一截面为圆环的环形圆柱体。

所述内部粉料和外层粉料都为均匀铺布。

进一步讲，所述包芯线的加入方法是：在精炼工序中钢包进站时进行喂线，喂线的同时在钢包底部吹入氩气。

本发明与其他方法相比本发明具有如下优点：

(1)本发明用包芯线喂线的方法把配置好的锰矿混合料喂入到钢水中，保证混合料在高温钢水下迅速反应，促进反应的平衡和粉剂与钢水的接触面积，有助于提高锰的收得率。与顶部加入锰矿混合物的技术相比具有较好的动力学条件。

(2)本发明通过喂线工位喂入包芯线，大大缩短了精炼过程锰矿的处理周期，有助于生产的组织和调度，比顶部加入锰矿的混合物的方法有更好的应用前景。

(3)本发明通过喂线的方法把按比例混合的锰矿混合物加入钢水中，锰矿的还原反应更接近化学反应平衡，大大缩短精炼炉的加热时间，降低电的消耗。与顶部加锰矿混合物的方法相比可节约电耗10％左右，大大降低生产成本。

附图说明

图1是用Si、Al、C还原MnO的自由能与温度的关系热力学曲线图。

具体实施方式

下面通过一些实施例来具体说明本发明技术方案的实施过程并体现它的优点。

经实验室研究发现，冶金用锰矿的主要矿相组成，按重量百分比为：Mn₂O₃占10～15％；MnSiO₃占25～35％；MnO₂占10～20％；MnCO₃占20～30％及Fe₃O₄占10～20％。这些矿相中Mn₂O₃、MnO₂、MnCO₃在1200℃以内就很容易分解和被炉料中的碳还原成锰，而对锰矿中的MnSiO₃需要在较高的温度和还原气氛下才能还原。而转炉炼钢炉渣中二氧化硅含量较高时，易与氧化锰结合，产生的硅酸锰，又很难还原，这是转炉炼钢锰矿还原锰收得率低的原因。同时，在精炼过程中加入的锰矿也易与顶渣结合，若顶渣中二氧化硅含量高，也会影响锰在精炼过程中的收得率。

为了解决这个问题，本发明考虑在还原锰矿时配加一定量的氧化钙或氧化镁(氧化钙和氧化镁的原材料取自于石灰和/或轻烧白云石)，把硅酸锰中的二氧化硅置换出来，发生如下反应：

MnSiO₃+CaO+C＝Mn+CaSiO₃+CO (1)

MnSiO₃+CaO+C＝Mn+CaSiO₃+CO (2)

反应式(1)、(2)中的硅酸钙和硅酸镁都是比较稳定的物质，可促使锰的还原。

同时还发现，在矿料中添加铝和硅也有助于锰的还原，从而提高锰的收得率。用Si、Al、C作为还原剂还原MnO的自由能与温度的关系热力学曲线如图1。Si、Al、C还原MnO发生如下反应：

3MnO+2Al＝3Mn+Al₂O₃

2MnO+(8/3)C＝(2/3)Mn₃C+2CO

2MnO+Si＝2Mn+SiO₂

MnO+C＝Mn+CO

从图1看，最好是Al还原MnO，Si与C相差不多。所以最好选择Al。在中低碳锰铁生产中就是在电炉内，在有CaO的环境下可选择Si，用硅锰合金中的Si作还原剂,可还原富锰渣或锰矿，生成的SiO2在具有一定CaO的条件下对锰回收影响不大。

同时还发现，锰矿在炼钢中，在精炼工序中加入较好。在精炼工序中加入锰矿，主要是锰矿在还原条件下利于还原，精炼工序中炉渣FeO很低，＜1％；而转炉或电炉工序中FeO较高，＞10％。

除材料的选择性研究以外，在工艺上，本发明也做了革新研究。采用包芯线加入的方法把矿料和还原用料等制作成包芯线加入到冶炼钢水中。通常加入锰矿和还原剂都是从钢包口以炉料的形式加入，缺少搅拌，且容易先与顶渣反应，而顶渣中氧化铁含量较高，影响锰矿的回收率。且加入冷料多会降低钢水温度，进入LF加入会更多消耗电能。

鉴于上述分析，本发明采用锰矿在合金化钢水中直接还原的炼钢工艺，将锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭的混合粉剂及铝粉或硅粉制成的包芯线，利用包芯线加入到钢水中，其方法是新技术。

工艺过程如下：

1)将锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭磨粉，按一定比例配制成混合粉料。

2)铝粉和/或硅粉按上述锰矿混合粉料的1/4～1/3比例准备；

其中，锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭的混合粉剂的配制方法是：将锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭经过烘干、破碎、磨细(磨粉粒度小于0.074mm)后，按一定比例混匀作为锰矿混合物备用料，其配料组成比例按重量百分比为：锰矿50～90％，石灰或轻烧白云石0～20％(轻烧白云石含MgO较高，其它杂质含量少)，无烟煤或焦炭10～30％；铝粉和/或硅粉的制备也是如此。

本发明把各物质按比例混合，所取比例使锰矿的还原反应更接近化学反应平衡。

3)制作包芯线：包芯线是由钢带和/或铝箔包裹粉料构成的，粉料包括所述的锰矿混合粉料和所述的铝粉和/或硅粉。

制作包芯线的方法是：把配制好的锰矿混合粉料作为外层粉料，把铝粉和/或硅粉作为内部粉料，先用铝箔或者钢带把内部粉料包裹在铝箔或者钢带中；

然后在铝箔(或者钢带)外包覆外层粉料，使得外层粉料对内部粉剂形成包裹层；

再在外层粉料外部用钢带包裹，形成一根钢带包裹线性体，即为包芯线。

这其中，较佳的是内部粉料在铝箔或钢带内形成的是截面为圆形的实心圆柱体，外层粉料在铝箔或钢带外形成的是一截面为圆环的环形圆柱体。其制作是在包芯线机上完成，通过两种粉剂的不同布置，基本上保证内部粉剂在外层粉剂的包裹层中横截面呈圆形，外层粉剂在薄钢带的挤压下形成圆环形。

只是要注意，在布芯料时要均匀布料，保证包芯线喂入钢水后按照固定的比例进行反应，从而提高锰矿还原时锰的收得率和准确度。

在制作包芯线的工艺上，本实施例采取的是一种较佳的工艺方式，因为碳粉是弱还原剂，也比较便宜，铝和硅铁粉相对较贵，所以我们把碳粉包裹在外层，让它先在钢水中参与还原反应，节省成本；把铝粉和/或硅粉放置在内层，后期参与反应，强还原剂还原，效果更好。

当然，在不考虑节约成本的情况下，我们可以将所有的粉料不分层包装，把所有料全部混合在一起，用钢带包裹在一起；或者也可以把铝粉和/或硅粉作为外层芯料，把锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭粉包裹在里层，也是可以的，只是效果差一些。

4)将包芯线喂入到钢水中：包芯线的具体加入方法包括：在LF、CAS、RH、AOD、VOD、VD等精炼工序钢包进站时进行喂线，包芯线通过喂线机喂入，喂线量根据钢种的要求确定，喂入的同时在钢包底吹氩气；

通过底吹透气砖在钢水底部吹氩气，吹入钢水中，起到搅拌的作用，增加反应的动力学条件；

喂入到精炼钢水中，钢水的温度要求在1550℃以上，芯料的粉剂会与钢水中的碳、硅反应，达到迅速还原锰矿的目的。

以上的方法可根据钢厂的具体工艺、钢种和设备条件选择操作。

经过上述工艺加入的锰矿到精炼钢水中，可获得高的锰收得率，锰的收得率大于95％。

以下是在500kg感应炉进行锰矿混合物包芯线的应用，主要考察喂入后钢水中锰收得率的情况：

实施例1

将锰矿(TMn＝42.8％，SiO₂＝16％，TFe＝11.6％，P＝0.13％，S＝0.016％)、石灰、焦炭经过烘干、破碎、磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：锰矿70％，石灰10％，焦炭20％，将配制好的料经过混匀后作为锰矿混合物的备用料；同时准备铝粉，为锰矿混合物量的30％。利用薄钢带把配制的锰矿混合物和铝粉包在一起，其中铝粉用铝箔包在中心，锰矿包在铝箔的外围，然后外边用薄钢带压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。

在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，测得[C]＝0.2％，[Si]＝0.4％，[Mn]＝0.5％，[P]＝0.02％，[S]＝0.02％。

向熔池插入2根包芯线，熔池底吹氩气，强度为0.02Nm³/t.min，2min后取钢样(供气强度为每吨钢水每分钟吹的标准立方米气体)，测得钢样成分中[Mn]＝1.0％，锰矿的收得率为95％。

实施例2

将锰矿(TMn＝42.8％，SiO₂＝16％，TFe＝11.6％，P＝0.13％，S＝0.016％)、石灰、焦炭经过烘干、破碎、磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：锰矿80％，轻烧白云石10％，焦炭10％，将配制好的料经过混匀后作为锰矿混合物的备用料；同时准备铝粉为锰矿混合物量的25％。利用铝箔把铝粉包在中心，用薄钢带把配制的锰矿混合物包在铝箔的外围，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。

在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，测得[C]＝0.22％，[Si]＝0.34％，[Mn]＝0.3％，[P]＝0.02％，[S]＝0.02％。

向熔池插入2根包芯线，熔池吹入底吹氩气，强度为0.02Nm³/t.min，2min后取钢样，测得钢样成分中[Mn]＝0.94％，锰矿的收得率为96％。

实施例3

将锰矿(TMn＝42.8％，SiO₂＝16％，TFe＝11.6％，P＝0.13％，S＝0.016％)、石灰、焦炭经过烘干、破碎、磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：锰矿80％，轻烧白云石10％，无烟煤10％，将配制好的料经过混匀后作为锰矿混合物的备用料；同时准备铝粉，为锰矿混合物的30％。利用薄钢带把配制的锰矿混合物和铝粉包在一起，其中铝粉用铝箔包在中心，锰矿包在铝箔的周围，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。

在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，测得[C]＝0.25％，[Si]＝0.4％，[Mn]＝0.2％，[P]＝0.02％，[S]＝0.02％。

向熔池插入3根包芯线，熔池吹入底吹氮气强度为0.02Nm³/t.min，4min后取钢样，测得钢样成分中[Mn]＝1.13％，锰矿的收得率为98％。

实施例4

将锰矿(TMn＝42.8％，SiO₂＝16％，TFe＝11.6％，P＝0.13％，S＝0.016％)、石灰、焦炭经过烘干、破碎、磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：锰矿50％，轻烧白云石20％，无烟煤30％，将配制好的料经过混匀后作为锰矿混合物的备用料；同时准备铝粉，为锰矿混合物的25％。利用薄钢带把配制的锰矿混合物和铝粉包在一起，其中铝粉用铝箔包在中心，锰矿包在铝箔的周围，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，[C]＝0.25％，[Si]＝0.4％，[Mn]＝0.2％，[P]＝0.02％，[S]＝0.02％。向熔池插入3根包芯线，熔池吹入底吹氮气强度为0.02Nm³/t.min，4min后取钢样，测得钢样成分中[Mn]＝0.812％，锰矿的收得率为98％。

实施例5

将锰矿(TMn＝42.8％，SiO₂＝16％，TFe＝11.6％，P＝0.13％，S＝0.016％)、石灰、焦炭经过烘干、破碎、磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：锰矿90％，无烟煤10％，将配制好的料经过混匀后作为锰矿混合物的备用料；同时准备铝粉，为锰矿混合物的25％。利用薄钢带把配制的锰矿混合物和铝粉包在一起，其中铝粉用铝箔包在中心，锰矿包在铝箔的周围，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，[C]＝0.25％，[Si]＝0.44％，[Mn]＝0.3％，[P]＝0.021％，[S]＝0.021％。向熔池插入3根包芯线，熔池吹入底吹氮气强度为0.03Nm³/t.min，4min后取钢样，测得钢样成分中[Mn]＝1.37％，锰矿的收得率为97％。

由此可见，本发明是一种能够提高锰矿收得率、快速实现锰矿还原的方法。以上所述仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，是指把锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭按一定比例制成混合粉料，另准备铝粉和/或硅粉作为备用料，利用两种料做成包芯线，在炼钢的精炼工序中喂入到钢水中，还原出锰的一种方法；

所述包芯线的制作方法是：把配制好的所述锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭的混合粉料作为包芯线的外层粉料，把铝粉和/或硅粉作为包芯线的内部粉料；

先用铝箔或者钢带把内部粉料包裹在铝箔或者钢带中；

然后在铝箔或者钢带外包覆外层粉料，使得外层粉料对内部粉料形成包裹层；

再在外层粉料的外部用钢带包裹，形成一根钢带包裹的线性体，即为包芯线。

2.根据权利要求1所述的提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，所述锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭的混合粉料的组成是：按重量百分比：锰矿50～90％，石灰或轻烧白云石0～20％，无烟煤或焦炭10～30％。

3.根据权利要求1或2所述的提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，所述铝粉和/或硅粉占所述锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭混合粉料的1/4～1/3。

4.根据权利要求1或2所述的提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，所述锰矿、石灰或轻烧白云石、无烟煤或焦炭混合粉料的制作方法是：顺序经过烘干、破碎、磨粉，磨成粒度小于0.074mm的粉料。

5.根据权利要求3所述的提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，所述铝粉和/或硅粉磨成粒度小于0.074mm的粉料。

6.根据权利要求1所述的提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，所述内部粉料在铝箔或钢带内形成的是截面为圆形的实心圆柱体，外层粉料在铝箔或钢带外形成的是一截面为圆环的环形圆柱体。

7.根据权利要求1或6所述的提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，所述内部粉料和外层粉料都为均匀铺布。

8.根据权利要求1或2或6所述的提高锰矿直接合金化钢水锰收得率的方法，其特征在于，所述包芯线的加入方法是：在精炼工序中钢包进站时进行喂线，喂线的同时在钢包底部吹入氩气。