CN105177210A - 一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，在一个电炉内完成化渣、摇炼、精炼过程，包括:1)化渣：将配比好的锰矿和石灰作为炉料(1)加入电炉内，送电熔化炉料(1)，炉料(1)全部熔化成液体；2)摇炼：当步骤1)中炉料(1)化成液体状态，炉渣温度达到1400℃时，停止送电，摇动炉体，边摇边向炉内添加硅铁粉，摇炼结束后，将炉内的渣出尽，将摇炼生成的微碳硅锰留在炉内；3)精炼：加入配比好的锰矿和石灰作为炉料(2)，送电生产，开始精炼，待炉料(2)基本熔化后，到炉内取合金铁水样判断合金的含硅量，得到低微碳锰铁。本发明具有能耗低，主元素回收率高，有效元素利用率高，产品杂质含量低的特点，是传统工艺的创新，是传统产业的技术升级。
Description
技术领域
本发明属于黑色金属冶金技术领域，具体涉及一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法。
背景技术
低微碳锰铁是指含碳量低于0.4％的锰铁合金，低微碳锰铁是冶炼优质纯净钢的合金添加剂，每生产一吨优质纯净钢约耗低微碳锰铁20Kg,全国年产优质纯净钢约5000万吨，一年约需低微碳锰铁100万吨。
传统的低微碳锰铁生产工艺方法为二步法。二步法生产低微碳锰铁，即将由矿热点炉生产出来的高硅低碳硅锰合金的硅作为还原剂，冷装在精炼电炉内还原锰矿石中的氧化锰，即得到低微碳锰铁。工艺过程为两步，第一步为生产硅锰合金，第二步为生产低微碳锰铁。二步法的优势为工艺操作简便，工艺生产为间断式，一炉一炉的冶炼，易于控制；其劣势为：硅的利用率低，为75％；主元素锰的回收率低，为80％；杂质磷的含量高，合金中残硅高。
一步法冶炼低微碳锰铁工艺，即将化渣、摇炼、精炼三个冶炼工艺过程合为一体，集中于一个炉体内完成，直接用锰矿利用电硅热法，一步生产出低微碳锰铁的工艺方法。一步法的优势为热能利用率高、产品单位电耗比二步法可降低电耗30％，硅利用率高，为95％；主元素锰的回收率高、为90％，产品杂质磷含量低、小于0.1％；其劣势是：冶炼炉次之间相互影响，生产过程控制需严密。
发明内容
针对现有技术的不足，提供一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的，一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，在一个电炉内完成化渣、摇炼、精炼过程，具体包括以下步骤:
1)化渣：将配比好的锰矿和石灰作为炉料(1)加入电炉内，送电熔化炉料(1)，待炉料(1)全部熔化成液体，化渣结束；
2)摇炼：当步骤1)中炉料(1)化成液体状态，炉渣温度达到1400℃时，停止送电，摇动炉体，边摇边向炉内添加硅铁粉，进行摇炼，摇炼结束后，将炉内的渣出尽，将摇炼生成的微碳硅锰留在炉内；
3)精炼：摇炼结束后，加入配比好的锰矿和石灰作为炉料(2)，送电生产，开始精炼，待炉料(2)基本熔化后，到炉内取合金铁水样判断合金的含硅量，当合金中的硅低于1％时，精炼结束，得到低微碳锰铁。
步骤1)所述的配比好的锰矿和石灰作为炉料(1)，优选按照30-40重量份的配比。
步骤2)所述的添加硅铁粉，优选添加20-30重量份。
步骤2)所述的摇炼，摇速优选55-60r/min，摇炼时间优选10-15分钟。
步骤3)所述的，配比好的锰矿和石灰作为炉料(2)，优选按照30-40重量份的配比。
本发明所述的一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，在一个电炉内完成化渣、摇炼、精炼过程，电炉既要有精炼炉的功能，又要有摇炉的功能，电炉炉体还要能左右倾翻，电炉既是精炼炉，又是摇炉，还可左右倾翻。
本发明所涉及的基本工艺原理：
一步法冶炼低微碳锰铁的基本原理是利用硅铁中的硅直接将锰矿中的锰还原出来，得到纯净的锰,即：2MnO+Si＝2Mn+SiO2，细分其工艺为三个过程：
第一步，化渣：将配比好的锰矿和石灰加入精炼炉内，送电熔化炉料，待炉料全部熔化成液体后，此过程完成；化渣过程的是高价氧化锰转化成低价氧化锰和硅酸锰转化成硅酸钙的过程；配入炉料的锰矿在受热的过程中逐步分解：
MnO2(527℃)—Mn2O3(900℃)—Mn3O4(1172℃)—MnO
炉料在熔融的渣液状态下，渣液中硅酸锰中的氧化锰被熔于渣液的氧化钙置换出来,得到自由状态的氧化锰：
CaO+MnO.SiO2＝MnO+CaO.SiO2
第二步，摇炼：当炉料化成液体状态，炉渣温度达到1400℃时，停止送电，上抬电极，摇动炉体；边摇边向炉内添加硅铁粉；摇炼结束后，将炉内的渣出尽，将摇炼生成的微碳硅锰留在炉内，摇炼阶段即为结束，此阶段为出渣留铁，反应式是：
2MnO+Si＝2Mn+SiO2Mn+Si＝MnSi
第三步，精炼：摇炼结束后，下插电极，加入配有锰矿和石灰的炉料，送电生产，开始精炼；待炉料基本熔化后，到炉内取合金铁水样判断合金的含硅量，当合金中的硅低于1％时，精炼结束，即可出铁(低微碳锰铁)，此阶段为出铁留渣，反应式是：
2MnO+Si＝2Mn+SiO2
本发明所涉及的生产过程控制：
①精确操作：根据一步法生产的特点，要求在电炉冶炼操作过程中做到精致、准确；炉料的加入必须严格按规定的量和程序加入，电炉冶炼时间、送电的负荷量必须严格按规定的量执行。
②摇炼操作：摇炼操作是一步法生产循环中最重要的环节，此环节操作的好坏，直接影响后续环节顺畅与否。摇炼操作时，硅铁的加入要严格按规定的量和程序进行，摇炼时摇炉的转速控制在55-60r/min，摇炼时间控制在10-15分钟左右。
③炉膛尺寸要求：炉膛的直径与深度对摇炼的影响较大深度与直径的比例宜在0.8左右。
④精炼脱硅控制：脱硅是精炼的主要过程，当合金中的硅降到1％已下时，冶炼即结束；精炼脱硅时要把握好几个环节：一是控制好适当的渣锰；二是控制好适当的碱度；三是适当地扩大反应接触面。
⑤炉渣碱度控制：一步法冶炼低微碳锰铁的炉衬材料优选镁质材料，镁质材料为碱性材料，所以一步法冶炼低微碳锰铁的过程中必须始终保持渣液的碱度大于1。
⑥出铁、出渣口维护：出铁、出渣口是炉衬中最薄弱的地方，采用焦油泥球护、堵出铁、出渣口，可以有效地维护出铁、出渣口。
⑦安全与环保：安全与环保是生产顺行的保障，保障安全的主要措施有：一要保证干料入炉，入炉料的含水量不得大于3％；二是要保证炉体周围干燥，不得有积水或者潮湿，三是筑炉时加筑一圈安全防漏永久层，保证铁水不会穿炉。环保方面，优选安装一台15000标立方的布袋收尘器，收集冶炼过程中的烟气、粉尘。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明一步法冶炼低微碳锰铁的方法特点就是将传统工艺化渣、摇炉冶炼、电炉精炼的三个步骤集中于一个炉膛内完成，化渣、摇炉冶炼、电炉精炼这三个工艺分开来做都是成熟的，而把三个工艺合在一起却成为了一个全新的工艺，三个工艺合在一起形成了相互联系、相互影响、相互制约的关系，是一套全新的生产工艺控制方法。
2、本发明与传统工艺的主要经济技术指标对比来看，本发明具有能耗低，主元素回收率高，有效元素利用率高，产品杂质含量低的特点，是传统工艺的创新，是传统产业的技术升级，值得肯定与推广。
具体实施方式
下面以实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1：
1、工艺参数的制定
(1)变压器电压等级：
| 级数 | 电压(V) | 电流(A) | 容量(KVA) |
| 1 | 154 | 3839 | 1024 |
| 2 | 172 | 3839 | 1144 |
| 3 | 188 | 3839 | 1250 |
| 4 | 204 | 3538 | 1250 |
| 5 | 220 | 3280 | 1250 |
| 6 | 236 | 3058 | 1250 |
(2)电极直径及极心园直径
石墨电极直径250mm,电极极心园直径700nn。
(3)炉膛尺寸
炉膛内径1800mm,炉膛深度1600mm。
(4)摇炉转速
摇炉转速55-60r/min
2、原辅材料的选择
一步法冶炼低微碳锰铁的原辅材料主要有锰矿、硅铁粉、石灰三种，其成分和粒度要求如下：
锰矿：粒度：5-30mm
| Mn(％) | P(％) | SiO2(％) | Fe(％) | Al2O3(％) |
| ≥45 | ≤0.05 | ≤10 | ≤5 | ≤5 |
硅铁粉：粒度：0-5mm
| Si(％) | C(％) | P(％) |
| ≥74 | ≤0.2 | ≤0.03 |
石灰：粒度：5-30mm
| CaO(％) | P(％) | SiO2(％) | MgO(％) | Al2O3(％) |
| ≥90 | ≤0.005 | ≤2 | ≥2 | ≤1 |
3、筑炉材料的选择
炉膛砌筑材料选择镁质耐火材料，炉墙用镁砖砌筑，炉底用镁质捣打料干捣打制。
4、配料计算
化渣、摇炼配料计算：
(1)原材料条件
①炉内留渣，成分如下：
| Mn(％) | P(％) | SiO2(％) | CaO(％) | Fe(％) |
| 25 | 0.02 | 16 | 22 | 0.5 |
②中锰渣，成分如下：
| Mn(％) | P(％) | SiO2(％) | CaO(％) | Fe(％) |
| 24 | 0.02 | 25 | 28 | 0.5 |
③石灰，成分如下：
| CaO(％) | P(％) | SiO2(％) | MgO(％) |
| 90 | 0.005 | 1.2 | 2.5 |
④硅铁粉，成分如下：
| Si(％) | C(％) | P(％) |
| 74 | ≤0.18 | 0.02 |
(2)硅量的需求
设：炉内留渣为251Kg，加入中锰渣135Kg，硅的利用率为95％，锰的回收率为90％；则需硅：95.1×0.9×28/110＝21.79Kg；
若参与还原的硅为60％，则需硅铁粉：
21.79/0.6×0.74×0.9＝54.53Kg；
还原产生SiO2：21.79×60/28＝46.7Kg
(3)石灰的需求(终渣二元碱度CaO/SiO2＝1.1)
①终渣中SiO2：46.7+39.05+33.75＝119.5Kg
②终渣中CaO：119.5×1.1＝131.45Kg
③需增加CaO：131.45-53.68-37.8＝39.97Kg
④需增加石灰：39.97/0.9＝44.4Kg
(4)炉渣量
244+135+44.4×0.95＝421.18Kg
(5)生成的硅锰量及成分
锰：95.1×0.9＝85.59Kg
硅：54.53×0.95×0.74-21.79＝16.54Kg
铁：54.53×0.95+1.8-21.79-16.54＝15.27Kg
碳：54.53×0.0018+0.1＝0.198Kg
磷：54.53×0.0002+379×0.0002×0.8＝0.07Kg
合金量：85.59+16.54+15.27+0.198+0.07＝117.668Kg
化学成分：
锰：85.59/117.668×100％＝72.7％
硅:16.54/117.668×100％＝14％
碳:0.198/117.668×100％＝0.168％
磷:0.07/117.668×100％＝0.059％
精炼低微碳锰铁配料计算:
(1)原材料条件
①硅锰(117.668Kg):
| Mn(％) | Si(％) | C(％) | P(％) | S(％) |
| 72.7 | 14 | 0.168 | 0.059 | 0.003 |
②澳块矿：
| Mn(％) | P(％) | SiO2(％) | CaO(％) | Fe(％) |
| 55 | 0.03 | 5 | 1 | 2.34 |
③南非矿：
| Mn(％) | P(％) | SiO2(％) | CaO(％) | Fe(％) |
| 37.5 | 0.03 | 5.41 | 13 | 4.35 |
④石灰：
| CaO(％) | P(％) | SiO2(％) | MgO(％) |
| 90 | 0.005 | 1.2 | 2.5 |
(2)锰矿的需求计算
①硅量
硅量16.54Kg,若硅的利用率为95％且有6％进入低微碳锰铁合金，则可参与反应的硅量为：16.54×0.95×0.94＝14.77Kg
②100Kg澳块矿反应需硅量计算：
Mn3O4：100×0.55×28/330＝4.67Kg
MnO：100×0.55×0.5×28/110＝7Kg
Fe2O3：100×0.0234×28/224＝0.29Kg
FeO：100×0.0234×0.95×28/112＝0.56Kg
100Kg澳块矿反应需硅量：4.67+7+0.29+0.56＝12.52Kg
③100Kg南非矿需硅量计算：
Mn3O4：100×0.375×0.5×28/330＝1.59Kg
MnO：100×0.375×0.5×28/110＝4.77Kg
Fe2O3：100×0.0435×28/224＝0.54Kg
FeO：100×0.0435×0.95×28/112＝1.03Kg
100Kg南非矿反应需硅量：1.59+4.77+0.54+1.03＝7.93Kg
④完成反应需澳块矿的量
14.77×100/12.52＝118Kg
⑤若要提高渣锰含量，则将澳块矿调整为140Kg,另外增加30Kg南非矿。
(3)石灰的用量
①澳块矿带入SiO2：140×0.05＝7Kg
②南非矿带入SiO2：30×0.054＝1.62K
③还原生成SiO2：14.77×60/28×0.95＝32.32Kg
④SiO2总量：7+1.62+33.32＝41.94Kg
⑤锰矿中CaO量：140×0.01+30×0.13＝5.3Kg
⑥需增加CaO量：41.94×1.4-5.3＝53.42Kg
⑦需石灰量：53.42/0.9＝59.4Kg
(4)低微碳锰铁的成分及量
①还原140Kg澳块矿中的Fe和Mn3O4用去硅：5.52×1.3＝7.18Kg
②还原40Kg南非矿中的Fe和Mn3O4用去硅：3.16×0.3＝0.95Kg
③余硅：14.77-7.18-0.95＝6.64Kg
④可还原澳块矿：6.64×100/7＝94.86Kg
⑤合金量及成分：
硅锰入合金：117.668-14.77＝102.9Kg
矿中锰入合金：94.86×0.55×0.4＝20.87Kg
澳块矿中的铁入合金：140×0.0234×0.95＝3.11Kg
南非矿中的铁入合金：30×0.0435×0.95＝1.24Kg
澳块矿中的磷入合金：140×0.0003×0.8＝0.034Kg
南非矿中的磷入合金：30×0.0003×0.8＝0.0072Kg
合金总量：102.9+20.87+3.11+1.24+0.034+0.0072＝128.16Kg
锰含量：(117.668×0.727+20.87)×100％/128.16＝83％
碳含量：117.668×(0.00168+0.0008)×100％/128.16＝0.23％
磷含量：(117.668×0.00059+0.0072＝0.034)×100％/128.16＝0.086％
(5)渣量的计算
①加入量：
硅锰117.668Kg+澳块矿140Kg+南非矿30Kg+石灰59.4Kg
+留渣40Kg＝387.1Kg
②产出量：微碳锰铁128.16Kg
③挥发量：30×0.15+59.4×0.05＝7.5Kg
④渣量：387.1-128.16-7.5＝251Kg
⑤渣中锰：(77+11.25)×0.95-20.87＝62.97Kg
⑥锰含量：62.97×100％/251＝25％
实施例2：
一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，在一个电炉内完成化渣、摇炼、精炼过程，具体包括以下步骤:
1)化渣：将配比好的锰矿和石灰作为炉料(1)加入电炉内，送电熔化炉料(1)，待炉料(1)全部熔化成液体，化渣结束；
2)摇炼：当步骤1)中炉料(1)化成液体状态，炉渣温度达到1400℃时，停止送电，摇动炉体，边摇边向炉内添加硅铁粉，进行摇炼，摇速为55r/min，摇炼时间为10分钟，摇炼结束后，将炉内的渣出尽，将摇炼生成的微碳硅锰留在炉内；
3)精炼：摇炼结束后，加入配比好的锰矿和石灰作为炉料(2)，送电生产，开始精炼，待炉料(2)基本熔化后，到炉内取合金铁水样判断合金的含硅量，当合金中的硅低于1％时，精炼结束，得到低微碳锰铁。
实施例3：
一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，在一个电炉内完成化渣、摇炼、精炼过程，具体包括以下步骤:
1)化渣：将配比好的锰矿和石灰作为炉料(1)加入电炉内，送电熔化炉料(1)，待炉料(1)全部熔化成液体，化渣结束；
2)摇炼：当步骤1)中炉料(1)化成液体状态，炉渣温度达到1400℃时，停止送电，摇动炉体，边摇边向炉内添加硅铁粉，进行摇炼，摇速为60r/min，摇炼时间为12分钟，摇炼结束后，将炉内的渣出尽，将摇炼生成的微碳硅锰留在炉内；
3)精炼：摇炼结束后，加入配比好的锰矿和石灰作为炉料(2)，送电生产，开始精炼，待炉料(2)基本熔化后，到炉内取合金铁水样判断合金的含硅量，当合金中的硅低于1％时，精炼结束，得到低微碳锰铁。
实施例4：
一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，在一个电炉内完成化渣、摇炼、精炼过程，具体包括以下步骤:
1)化渣：将配比好的锰矿和石灰作为炉料(1)加入电炉内，送电熔化炉料(1)，待炉料(1)全部熔化成液体，化渣结束；
2)摇炼：当步骤1)中炉料(1)化成液体状态，炉渣温度达到1400℃时，停止送电，摇动炉体，边摇边向炉内添加硅铁粉，进行摇炼，摇速为55r/min，摇炼时间为15分钟，摇炼结束后，将炉内的渣出尽，将摇炼生成的微碳硅锰留在炉内；
3)精炼：摇炼结束后，加入配比好的锰矿和石灰作为炉料(2)，送电生产，开始精炼，待炉料(2)基本熔化后，到炉内取合金铁水样判断合金的含硅量，当合金中的硅低于1％时，精炼结束，得到低微碳锰铁。
对比例：
传统工艺二步法生产低微碳锰铁。
一步法工艺与传统工艺的主要经济技术指标对比：
Claims (5)
1.一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，其特征在于：在一个电炉内完成化渣、摇炼、精炼过程，具体包括以下步骤:
1)化渣：将配比好的锰矿和石灰作为炉料(1)加入电炉内，送电熔化炉料(1)，待炉料(1)全部熔化成液体，化渣结束；
2)摇炼：当步骤1)中炉料(1)化成液体状态，炉渣温度达到1400℃时，停止送电，摇动炉体，边摇边向炉内添加硅铁粉，进行摇炼，摇炼结束后，将炉内的渣出尽，将摇炼生成的微碳硅锰留在炉内；
3)精炼：摇炼结束后，加入配比好的锰矿和石灰作为炉料(2)，送电生产，开始精炼，待炉料(2)基本熔化后，到炉内取合金铁水样判断合金的含硅量，当合金中的硅低于1％时，精炼结束，得到低微碳锰铁。
2.根据权利要求1所述的一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，其特征在于：步骤1)所述的配比好的锰矿和石灰作为炉料(1)，按照30-40重量份的配比。
3.根据权利要求1所述的一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，其特征在于：步骤2)所述的添加硅铁粉，添加20-30重量份。
4.根据权利要求1所述的一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，其特征在于：步骤2)所述的摇炼，摇速为55-60r/min，摇炼时间为10-15分钟。
5.根据权利要求1所述的一种一步法冶炼低微碳锰铁的方法，其特征在于：步骤3)所述的，配比好的锰矿和石灰作为炉料(2)，按照30-40重量份的配比。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114606431A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-06-10 | 黄靖元 | 一种利用感应电炉生产低微碳锰铁的工艺 |
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2015
- 2015-08-28 CN CN201510539890.8A patent/CN105177210B/zh active Active
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| CN114606431A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-06-10 | 黄靖元 | 一种利用感应电炉生产低微碳锰铁的工艺 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |