CN104878199A

CN104878199A - 一种将微波引入脱硅法冶炼低碳锰铁的方法

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Publication number: CN104878199A
Application number: CN201510338464.8A
Authority: CN
Inventors: 刘建华; 刘建; 季益龙
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2035-06-17
Also published as: CN104878199B

Abstract

一种将微波引入脱硅法冶炼中低碳锰铁的方法，通过采用微波发生器产生频率为2.45GHZ的微波，将微波导入脱硅反应器，在反应器中微波与冶炼中低碳锰铁合金的原料相互作用；原料主要为锰矿或富锰渣、硅锰和石灰，三者混合料在微波场中可很好的吸收微波能量，实现快速升温；通过调整微波发射功率控制原料的升温速率，使原料快速升温到1300℃以上；在高温原料之间发生氧化锰与硅的氧化还原反应，微波促进反应的进行；调整微波发射功率，使物料保温10分钟以上，以便让硅锰中的硅氧化降低至目标成分，并实现渣铁分离。本发明引入微波冶炼中低碳锰铁合金，具有加热速率快，加热原料时间短、促进氧化锰与硅的氧化还原反应、降低石灰的使用量和降低能耗等优点。

Description

一种将微波引入脱硅法冶炼低碳锰铁的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种将微波引入脱硅法冶炼低碳锰铁的方法，具有升温速率快，加热时间短，促进氧化锰与硅的氧化还原反应，降低石灰石用量和降低能耗等优点。

背景技术

中低碳锰铁的生产方法一般有两种：脱碳法和脱硅法。脱碳法是在转炉内用氧气把高碳锰铁中的碳氧化掉，变成中低碳锰铁；脱硅法是在电炉内用硅锰合金中的硅还原锰矿中的氧化物，即利用富锰渣或锰矿中的MnO₂或MnO作为氧化剂，使硅锰铁合金中的硅氧化，生产出中低碳锰铁，目前，我国大部分企业采用的是脱硅法冶炼中低碳锰铁。脱硅法冶炼一般在精炼炉中进行，精炼炉通过石墨电极将原料进行加热，但这些材料导电和传热效率低，在化料加热升温过程中需要耗费大量的能量，并且需要的时间比较久，加热过程耗能大、加热速度慢，原料中硅的氧化速度也很慢，生产周期长。

脱硅法冶炼中低碳锰铁的原理如下：锰矿或富锰渣中的MnO₂或Mn₂O₃在受热分解后，在温度继续升高的同时，硅与部分高价氧化物可直接生成低价的氧化物和金属锰，反应式为：

2Mn₃O₄+Si＝6MnO+SiO₂

Mn₃O₄+2Si＝Mn+2SiO₂

MnO₂+Si＝Mn+SiO₂

未还原的Mn₃O₄分解为MnO，之后熔化进入渣中，硅接着被其氧化，反应如下：

2MnO+Si＝2Mn+SiO₂

生成的SiO₂与MnO结合成硅酸锰(MnO·SiO₂)，使得MnO的活度下降，不利于正向反应的进行；为提高MnO的还原率和锰的回收率，需往炉料中加入一定量的石灰，将MnO从MnO·SiO₂中置换出来，反应为：

CaO+MnO·SiO₂＝MnO+CaO·SiO₂

使用精炼炉脱硅法冶炼中低碳锰铁时，必须加入一定量的石灰，因为碱度过低不利于MnO的还原，炉衬侵蚀严重；碱度过高，电能消耗和锰的挥发损失增加，在实际生产中，一般取m(CaO)/m(SiO₂)＝1.9-2.8

发明内容

本发明的目的在于克服现有脱硅法冶炼中低碳锰铁加热过程中升温速率慢，加热时间过长和能耗过大、硅氧化反应速度慢的问题，提供了一种将微波引入到脱硅法冶炼低碳锰铁的方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种将微波引入脱硅法冶炼低碳锰铁的方法，其特征在于，原料为冶炼中低碳锰铁的锰矿或富锰渣、硅锰和石灰等，通过采用微波发生器产生频率为2.45GHZ的微波，并利用金属波导管将微波导入反应器；在反应器中微波与冶炼中低碳锰铁合金的原料相互作用，脱硅法冶炼低碳锰铁合金的主要原料为锰矿或富锰渣、硅锰和石灰，其中锰矿、富锰渣和硅锰是非常好的微波吸收材料，石灰吸波性能比较差，但三者混合料在微波场中可很好的吸收微波能量，原料温度快速上升；温度越高，反应越快，锰氧化物被硅还原越彻底；在高温继续采用微波对原料加热，并促进硅的氧化反应，以便让硅锰中的硅氧化降低至目标成分和弥补反应过程散热造成的能量消耗和损失，并实现渣铁分离。

具体方法步骤为：

1)在锰铁合金生产中，将原料加入到反应器中，使锰矿或富锰渣、硅锰和石灰混合在一起，自然、松散地进行布料；

2)用金属波导管将频率为2.45GHZ的微波引入反应器内，通过调整波导管的布置，尽量使原料处于微波场强度高的部位；原料吸收微波能量，快速升温至1300℃以上；如果加热过程中升温速率过慢，可通过改变微波发射功率进行调节；调整微波发射功率，保温0.1小时以上，并促进反应的进行；

3)在高温铁合金原料之间发生化学反应，采用微波继续处理，补充反应体系散热引起的能量损失，同时使化学反应在高温快速进行。

4)在高温阶段也继续提供微波，利用微波促进脱硅反应，使中低碳锰铁合金快速生成。进一步，所述原料为冶炼中低碳锰铁合金的锰矿或富锰渣、硅锰和石灰，锰矿和硅锰的粒度不大于30mm，石灰粒度不大于60mm，也不小于1mm，以防止吸水，以便脱硅反应的快速反应。

本发明是一种将微波引入脱硅法冶炼低碳锰铁的方法，脱硅法冶炼中低碳锰铁合金的主要原料为锰矿或富锰渣、硅锰合金和石灰，其中锰矿或富锰渣和硅锰合金是非常好的微波吸收材料，石灰吸波性能比较差，但三者混合料在微波场中可很好的吸收微波能量，可以在短时间内快速升温；当原料达到反应所需的温度后继续采用微波处理锰铁合金冶炼原料，以便促进硅锰中的硅氧化至目标成分和弥补反应过程散热造成的能量消耗和损失，并实现渣铁分离。与现有精炼炉依靠电极加热冶炼锰铁合金技术相比，本发明采用微波冶炼中低碳锰铁合金，相比较传统工艺的加热具有加热速率快，加热原料时间短、促进氧化锰与硅的氧化还原反应、降低石灰的使用量和降低能耗等优点。

附图说明

图1为案例一、案例二和案例三的升温曲线。

图2为案例四和案例五的升温曲线。

图3为案例六的升温曲线。

图4为案例七的升温曲线。

具体实施方式

使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体附图和实施例进行详细描述。

本发明实施例一到实施例五均采用了一种将微波引入脱硅法冶炼低碳锰铁的方法，实施例六和实施例七采用的硅钼炉加热冶炼低碳锰铁的方法。所述方法具体为：

本实例所用的原料为巴西粉锰矿、硅锰粉、石灰粉，这些原料均为国内某铁合金企业脱硅法冶炼中低碳锰铁所用原料，巴西粉锰矿粒度大小介于5mm至10mm，硅锰粉粒度大小介于4mm至11mm，石灰粒度大小介于2mm至7mm，原料主要成分以及含量见表1，配料中氧硅摩尔比见表2，物相分析结果见表3，常规加热所采用的硅钼炉具体参数见表4。

表1原料主要化学成分(质量分数)

表2原料硅氧摩尔比

表3原料物相分析结果

表4硅钼棒电阻炉基本参数

额定温度	电压	相数	额定功率	套筒内径
					1600℃	380V	2	12KW	80mm

实施例一：设定微波功率为4KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取200g巴西粉锰矿，184g硅锰粉，40g石灰，配料中硅氧摩尔比为1:2.3，m(CaO)/m(SiO₂)为2.23，将原料自然松散的放入坩埚内部。启动微波开始加热处理，升温到1300℃；调节微波功率，进行保温处理，保温40分钟，并利用微波促进脱硅反应；保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的中低碳锰铁取出，进行成分化验。

实施例二：设定微波功率为4KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取200g巴西粉锰矿，160g硅锰粉，30g石灰，配料中硅氧摩尔比为1:2.0，m(CaO)/m(SiO₂)为1.67，将原料自然松散的放入坩埚内部。启动微波开始加热处理，升温到1300℃；调节微波功率进入保温模式，保温20分钟，并利用微波促进脱硅反应；保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的中低碳锰铁取出，进行成分化验。

实施例三：设定微波功率为4KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取200g巴西粉锰矿，176g硅锰粉，20g石灰，配料中硅氧摩尔比为1:2.2，m(CaO)/m(SiO₂)为1.12，将原料自然松散的放入坩埚内部。启动微波开始加热处理，升温到1350℃；调节微波功率进入保温模式，保温30分钟，并利用微波促进脱硅反应；保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的中低碳锰铁取出，进行成分化验。

实施例四；设定微波功率为3KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取100g巴西粉锰矿，100g硅锰粉，15g石灰，配料中硅氧摩尔比为1:2.5，m(CaO)/m(SiO₂)为1.67，将原料自然松散的放入坩埚内部。启动微波开始加热处理，升温到1400℃；调节微波功率进入保温模式，保温30分钟，并利用微波促进脱硅反应；保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的中低碳锰铁取出，进行成分化验。

实施例五；设定微波功率为3KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取100g巴西粉锰矿，88g硅锰粉，10g石灰，配料中硅氧摩尔比为1:2.2，m(CaO)/m(SiO₂)为1.12，将原料自然松散的放入坩埚内部。启动微波开始加热处理，升温到1400℃；调节微波功率进入保温模式，保温10分钟，并利用微波促进脱硅反应；保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的中低碳锰铁取出，进行成分化验。

实施例六：按表2配料方式称取200g巴西粉锰矿，184g硅锰粉，40g石灰，配料中硅氧摩尔比为1:2.3，m(CaO)/m(SiO₂)为2.23，将原料自然松散的放入坩埚内部。启动硅钼炉开始加热处理，升温到1500℃；进行保温处理，保温100分钟，保温结束后，关闭硅钼炉，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的中低碳锰铁取出，进行成分化验。

实施例七：按表2配料方式称取100g巴西粉锰矿，100g硅锰粉，15g石灰，配料中硅氧摩尔比为1:2.5，m(CaO)/m(SiO2)为1.67，将原料自然松散的放入坩埚内部。启动硅钼炉开始加热处理，升温到1500℃；进行保温处理，保温40分钟，保温结束后，关闭硅钼炉，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的中低碳锰铁取出，进行成分化验。

表5为六个实施例得到的锰铁成分范围。表6为国家标准《锰铁》(GB/T 3795-2006)

表5六种实施例得到的锰铁成分(质量百分数)

	Mn	Si	S	P	C
						案例一	84.5	1.9	0.019	0.28	0.65
案例二	80.5	2.0	0.025	0.25	1.1
						案例三	85.7	1.8	0.016	0.26	0.7
案例四	86.8	1.5	0.015	0.24	0.7
						案例五	79.5	1.9	0.020	0.24	1.3
案例六	85.6	1.8	0.017	0.24	0.7
						案例七	65.2	9.62	0.02	0.25	1.57

表6国家标准《锰铁》(GB/T 3795-2006)

将表5数据与表6数据进行对比，上述案例一至案例六冶炼所得锰铁成分符合国标中低碳锰铁成分，案例七冶炼的产品不符合国标中低碳锰铁成分，结果表明将微波引入脱硅法冶炼中低碳锰铁的技术显著促进了低碳锰铁的生产。

以上所述实施例，仅是本发明的其中若干实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种将微波引入脱硅法冶炼中低碳锰铁的方法，其特征在于通过采用微波发生器产生频率为2.45GHZ的微波，并利用金属波导管将微波导入脱硅反应器，在反应器中微波与冶炼中低碳锰铁合金的原料相互作用；冶炼合金的原料主要为锰矿、硅锰和石灰，其中锰矿和硅锰是非常好的微波吸收材料，石灰吸波性能比较差，但三者混合料在微波场中可很好的吸收微波能量，实现快速升温；通过调整微波发射功率控制原料的升温速率，使原料快速升温到1300℃以上；在高温原料之间发生氧化锰与硅的氧化还原反应，微波促进反应的进行；调整微波发射功率，使物料保温10分钟以上，以便让硅锰中的硅氧化降低至目标成分，并实现渣铁分离；

具体方法步骤为：

1)将锰矿或富锰渣、硅锰和石灰混合在一起，置于反应器中，自然、松散地进行布料；

2)用金属波导管将频率为2.45GHZ的微波导入反应器内，通过调整波导管的布置，使原料处于微波场强度高部位；原料吸收微波能量，快速升温至1300℃以上；调整微波发射功率，保温0.1小时以上，并促进反应的进行；

3)冶炼结束后关闭微波发射源，渣铁分离。

2.根据权利要求1所述的将微波引入脱硅法冶炼中低碳锰铁的方法，其特征在于，所述原料为脱硅法冶炼低碳锰铁合金的锰矿或富锰渣、硅锰和石灰，锰矿水分不大于6％，锰含量大于33％，锰元素质量与铁元素质量比值大于6，磷含量小于0.2％，粒度不大于30mm；富锰渣为低磷富锰渣，其中锰含量不低于15％，磷含小于0.2％；硅锰合金为固态物料，则粒度不大于30mm，或者是液态硅锰合金；硅锰合金中硅含量不小于16％，锰含量不小于60％，磷小于0.2％，碳小于2％；石灰要保持干燥，其中氧化钙百分量大于85％，粒度不大于50mm，不小于1mm，以免吸收水分。

3.根据权利要求1所述的将微波引入脱硅法冶炼中低碳锰铁的方法，其特征在于，入炉原料配比中要保持硅氧摩尔比，硅锰合金中硅原子摩尔数与锰矿中氧原子的摩尔数之比为1:2.0-1:2.8，m(CaO)/m(SiO₂)在1.1-2.5。

4.根据权利要求1所述的冶炼中低碳锰铁合金的方法，其特征在于，所述微波功率与冶炼原料质量比大于1kw/t，微波功率越大，加热速度越快，反应速度越快，节能效果越好。