CN106119542A - 高硅硅锰合金冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高硅硅锰合金冶炼方法，包括步骤S10至步骤S30，其中，步骤S10：进行冶炼原材料的混合，原材料包括锰矿石、富锰渣、硅石、硅铁、硅渣、焦炭和白云石；步骤S20：将混合后的原材料放入矿热炉进行冶炼；步骤S30：将冶炼得到的高硅硅锰合金液和高硅硅锰合金矿渣分离。由于在步骤S10的冶炼原材料中增加硅渣，因而能够有效地增加了冶炼原材料中硅的含量，从而降低冶炼原材料中碳的含量，使得电极下插难度降低，并且，加入硅渣之后，硅渣中的硅能够直接与先还原出来的铁和锰的生产物发生反应得到高硅硅锰合金，减少锰和硅的氧化物发生反应生成硅酸锰，使得锰和硅的利用率得到提高，减少资源的浪费。

Description

高硅硅锰合金冶炼方法
技术领域
本发明涉及高硅硅锰合金冶炼技术，具体而言，涉及一种高硅硅锰合金冶炼方法。
背景技术
现有技术在进行高硅硅锰合金冶炼时，在硅锰合金冶炼的高温熔池所进行的化学反应较多，过程比较复杂，主要分析如下几个反应：
SiO2+2C＝Si+2CO (1) T始＝1660℃
MnO+C＝Mn+CO (2) T始＝1404℃
FeO+C＝Fe+CO (3) T始＝712℃
上述三个还原反应都属于吸热反应，其中锰和硅的起始还原反应温度较高。由于起始还原温度的不同，所以硅锰合金的冶炼过程实质上是铁和锰在冶炼原材料先被还原出来，生成类似高碳锰铁产品的MnC，然后再与高温区还原出来的硅反应。
当Si≤23.5％时，发生下列反应：(Mn，Fe)7C3+7Si＝7(Mn，Fe)Si+3C (4)
当Si＞23.5％时，发生下列反应：(Mn，Fe)7C3+10Si＝7(Mn，Fe)Si+3SiC (5)
生成高硅硅锰合金，当要求产品中的Si＞25％时，还原硅需要的温度更高，还原难度大，限制了反应的正常进行，特别是在冶炼过程中锰和硅的氧化物将结合成熔点(1250-1300℃)低于锰和硅的起始还原温度的硅酸锰，阻碍了还原反应的进行，热力学条件受到限制。
高硅硅锰合金中的硅含量要求在25％以上，从理论上讲，产品中的硅含量达到23.5％以上时，增硅就特别困难，就需要增加还原剂碳的配入量，配碳量高会造成电极下插困难，高温区上抬，炉底温度降低，使得排渣不畅，进而造成电极刺火严重、翻浆，影响硅的回收率。另外上述炉况还会造成设备烧损严重，热停炉时间增加，使电炉运行效率得不到保证。这就是为何高硅硅锰合金生产这么多年，生产厂家仍为数不多的主要原因。
目前，传统的高硅硅锰合金冶炼方法主要有纯硅石生产法和硅石+硅铁生产法，但是这两种方法均存在着炉况不好控制且成本较高，产品质量不好控制的弊端。多年来生产企业一直在寻求解决一步法生产高硅硅锰的较佳工艺。用配加硅铁的工艺，虽然解决了一部分难点，但仍存在着炉内硅的含量较低，锰、硅的挥发率和入渣率较高，炉况不好控制，成本高等弊端。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高硅硅锰合金冶炼方法，以解决现有技术中的高硅硅锰合金冶炼方法存在的炉况不好的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高硅硅锰合金冶炼方法，包括步骤S10至步骤S30，其中步骤S10：进行冶炼原材料的混合，原材料包括锰矿石、富锰渣、硅石、硅铁、硅渣、焦炭和白云石；步骤S20：将混合后的原材料放入矿热炉进行冶炼；步骤S30：将冶炼得到的高硅硅锰合金液和高硅硅锰合金矿渣分离。
进一步，生产一吨高硅硅锰合金时需要的原材料的组分如下：锰矿石的质量为[1000，1100]Kg，富锰渣的质量为[800，900]Kg，硅石的质量为[320，360]Kg，硅铁的质量为[0，100]Kg，硅渣的质量为[180，220]Kg，焦炭的质量为[560，600]Kg，白云石的质量为[15，60]Kg。
进一步地，在步骤S10之前还需要进行硅渣的破碎。
进一步地，硅渣破碎的颗粒度为[5，40]毫米。
进一步地，在步骤S30之后还包括步骤S40和步骤S41，其中，步骤S40；将得到的高硅硅锰合金液进行浇注得到高硅硅锰合金锭；步骤S41：将得到高硅硅锰合金锭进行精整加工。
进一步地，在步骤S30之后还包括步骤S50和步骤S51，其中，步骤S50：将得到的高硅硅锰合金矿渣进行水淬得到水渣；步骤S51：将水渣进行清洗，回收清洗后高硅硅锰合金矿渣中残余的高硅硅锰合金。
进一步地，矿热炉的热量通过炉内电阻热提供。
应用本发明的技术方案，由于在步骤S10的冶炼原材料中增加硅渣，因而能够有效地增加了冶炼原材料中硅的含量，从而降低冶炼原材料中碳的含量，使得电极下插难度降低，保证炉内上下的温度一致，排渣顺畅，减少电极刺火，延长电极的使用寿命，降低生产成本。并且，加入硅渣之后，硅渣中的硅能够直接与先还原出来的铁和锰的生产物发生反应得到高硅硅锰合金，减少锰和硅的氧化物发生反应生成硅酸锰，使得锰和硅的利用率得到提高，减少资源的浪费，硅渣中还含有较高的Al2O3能有效的提高炉渣熔点，从而提高炉温，加快炉内还原反应速度。同时，加入硅渣之后，硅渣中的硅还会分别与冶炼原材料中的Mn3O4、MnO、FeO分别发生还原反应：2Mn3O4+Si＝6MnO+SiO2、2MnO+Si＝2Mn+SiO2、2FeO+Si＝2Fe+SiO2，这些反应加快了锰和铁的还原速度，且这三个反应均属于放热反应，在还原锰和铁的同时，提高了炉温，改善了炉内反应的热力学条件，减少电能的消耗，降低成本，这些反应还原出的锰和铁较熔融炉料的比重大而迅速下沉，加快了炉内传热和传质速度；炉内还原速度加快，反应活跃，这三个反应还能生成比表面积较大的SiO2微粒，与焦炭作用时接触面积增大，利于硅的还原。本发明的高硅硅锰合金冶炼方法的推广应用，不仅可提高企业的经济效益，并且可减轻固废物硅渣对环境的污染。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的高硅硅锰合金冶炼方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为解决现有技术中的高硅硅锰合金冶炼方法存在的炉况不好的问题，本发明提供了一种高硅硅锰合金冶炼方法。
如图1，高硅硅锰合金冶炼方法包括步骤S10至步骤S30，其中，步骤S10：进行冶炼原材料的混合，原材料包括锰矿石、富锰渣、硅石、硅铁、硅渣、焦炭和白云石；步骤S20：将混合后的原材料放入矿热炉进行冶炼；步骤S30：将冶炼得到的高硅硅锰合金液和高硅硅锰合金矿渣分离。
应用本发明的技术方案，由于在步骤S10的冶炼原材料中增加硅渣，因而能够有效地增加了冶炼原材料中硅的含量，从而降低冶炼原材料中碳的含量，使得电极下插难度降低，保证炉内上下的温度一致，排渣顺畅，减少电极刺火，延长电极的使用寿命，降低生产成本。并且，加入硅渣之后，硅渣中的硅能够直接与先还原出来的铁和锰的生产物发生反应得到高硅硅锰合金，减少锰和硅的氧化物发生反应生成硅酸锰，使得锰和硅的利用率得到提高，减少资源的浪费，硅渣中还含有较高的Al2O3.能有效的提高炉渣熔点，从而提高炉温，加快炉内还原反应速度。同时，加入硅渣之后，硅渣中的硅还会分别与冶炼原材料中的Mn3O4、MnO、FeO分别发生还原反应：2Mn3O4+Si＝6MnO+SiO2、2MnO+Si＝2Mn+SiO2、2FeO+Si＝2Fe+SiO2，这些反应加快了锰和铁的还原速度，且这三个反应均属于放热反应，在还原锰和铁的同时，提高了炉温，改善了炉内反应的热力学条件，减少电能的消耗，降低成本，这些反应还原出的锰和铁较熔融炉料的比重大而迅速下沉，加快了炉内传热和传质速度；炉内还原速度加快，反应活跃，这三个反应还能生成比表面积较大的SiO2微粒，与焦炭作用时接触面积增大，利于硅的还原。本发明的高硅硅锰合金冶炼方法的推广应用，不仅可提高企业的经济效益，并且可减轻固废物硅渣对环境的污染。
在发生上述反应的同时，而大多数的硅铁随炉料熔化进入高温区，还会与硅渣中硅发生下述反应：MnCx+Si＝[MnSi]+XC，该反应一方面改善了生成硅化锰的热力学条件，另一方面，反应放出的热量可以进一步提高炉内温度，且生成游离碳，保证高温区有足够的碳来还原SiO2，有利于硅的还原，改善了还原硅的热力学条件。
经过试验，生产一吨高硅硅锰合金时需要的原材料的组分如下：锰矿石的质量为[1000，1100]Kg，富锰渣的质量为[800，900]Kg，硅石的质量为[320，360]Kg，硅铁的质量为[0，100]Kg，硅渣的质量为[180，220]Kg，焦炭的质量为[560，600]Kg，白云石的质量为[15，60]Kg。
优选地，在步骤S10之前还需要进行硅渣的破碎。通过进行硅渣的破碎，使得硅渣入炉粒度细小，能快速熔化和参与反应，使得单位时间的产量高、电耗低，并且硅渣进行破碎后，电极插入变得更加容易，保证插入的深度，保证上下温度比较均衡，提高加热效率，使得炉况容易控制。但是硅渣破碎的粒度也不宜太细，硅渣破碎太细会造成其中的硅铁挥发损失大，收得率低，导致成本上升，实践证明，入炉粒度在[5，40]毫米为宜。
如图1所示，在步骤S30之后还包括步骤S40和步骤S41，其中，步骤S40：将得到的高硅硅锰合金液进行浇注得到高硅硅锰合金锭；步骤S41：将得到高硅硅锰合金锭进行精整加工。
在步骤S40，通过浇注，将得到的高硅硅锰合金液转变为需要形状的固体高硅硅锰合金锭，便于后期使用和运输。
在步骤S41中，将步骤S40得到的高硅硅锰合金锭进行轧制、整平等精整加工，从而使得高硅硅锰合金锭更加接近实际的使用要求。
如图1所示，在步骤S30之后还包括步骤S50和步骤S51，其中，步骤S50：将得到的高硅硅锰合金矿渣进行水淬得到水渣；步骤S51：将水渣进行清洗，回收清洗后高硅硅锰合金矿渣中残余的高硅硅锰合金。
在步骤S50中，通过水淬，使得高硅硅锰合金矿渣温度得到降低，得到水渣，以便进行下一步处理。
在步骤S51中，将得到的水渣进行清洗，回收其中的高硅硅锰合金，从而使得高硅硅锰合金的收得率更高，减少资源的损失。
优选地，矿热炉的热量通过炉内电阻热提供。
通过试验，相对于现有技术中的纯硅石生产法和硅石+硅铁生产法，采用本发明的高硅硅锰合金冶炼方法进行高硅硅锰合金冶炼的制取时，由于硅渣中的单质硅超前参与炉内反应，放出热量提高了炉温，同时还为自身还原创造了条件，熔渣发生了变化(见下表1)，经过测算，渣中Mn和SiO2含量降低，以及渣铁比的减小，使Mn、Si入渣率分别降低3～8％，炉渣中的SiC含量降低，炉渣碱度上升，粘度下降，易于排出，炉况顺行；使Mn、Si挥发率分别减少1.5～3.6％和2～3％。因此，其回收率明显提高，原辅料及电能消耗指标显著下降，使生产成本降低，经济效益良好(见表2)。
表1不同冶炼工艺的平均终渣成分和渣铁比
表2三种工艺制取高硅硅锰合金的指标对比
同时，配加采用本发明的高硅硅锰合金冶炼方法进行高硅硅锰合金冶炼的制取时，由于炉内热平衡和反应机理的改变，焦炭参与炉内还原反应的几率和效率提高，因此其利用率显著提高，使其消耗下降，其利用率由88％升高到90％。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高硅硅锰合金冶炼方法，其特征在于，包括：
步骤S10：进行冶炼原材料的混合，所述原材料中包括锰矿石、富锰渣、硅石、硅铁、硅渣、焦炭和白云石；
步骤S20：将混合后的所述原材料放入矿热炉进行冶炼；
步骤S30：将冶炼得到的高硅硅锰合金液和高硅硅锰合金矿渣分离。
2.根据权利要求1所述的高硅硅锰合金冶炼方法，其特征在于，生产一吨所述高硅硅锰合金时需要的所述原材料的组分如下：锰矿石的质量为[1000，1100]Kg，富锰渣的质量为[800，900]Kg，硅石的质量为[320，360]Kg，硅铁的质量为[0，100]Kg，硅渣的质量为[180，220]Kg，焦炭的质量为[560，600]Kg，白云石的质量为[15，60]Kg。
3.根据权利要求1所述的高硅硅锰合金冶炼方法，其特征在于，在所述步骤S10之前还需要进行所述硅渣的破碎。
4.根据权利要求3所述的高硅硅锰合金冶炼方法，其特征在于，所述硅渣破碎的颗粒度为[5，40]毫米。
5.根据权利要求1所述的高硅硅锰合金冶炼方法，其特征在于，在所述步骤S30之后还包括：
步骤S40：将得到的所述高硅硅锰合金液进行浇注得到高硅硅锰合金锭；
步骤S41：将得到所述高硅硅锰合金锭进行精整加工。
6.根据权利要求1所述的高硅硅锰合金冶炼方法，其特征在于，在所述步骤S30之后还包括：
步骤S50：将得到的所述高硅硅锰合金矿渣进行水淬得到水渣；
步骤S51：将所述水渣进行清洗，回收清洗后高硅硅锰合金矿渣中残余的高硅硅锰合金。
7.根据权利要求1所述的高硅硅锰合金冶炼方法，其特征在于，所述矿热炉的热量通过炉内电阻热提供。
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