CN107385150A - 一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法；其包括下述步骤:一，将筛下物粉加入提质炉中，经过提质炉提质后，得到液态低碳锰硅中间合金；二，电炉冶炼高、中低碳锰铁过程中副产的液态锰渣选择炉前热装，与提质炉出来的液态中间合金先后加入摇包；三，启动摇包运转，得到中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金和含锰很低的渣；四，将三所得中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金直接用锭模浇注，得到中硅低碳低磷锰块；或液态合金返回精炼炉热装进入，五，精炼炉出完炉先加入锰矿、石灰，预热，再热装中硅、低碳、低磷、锰高的液态中间合金并升温至1350‑1550℃，精炼深加工出低碳锰铁或电炉金属锰；六，矿热炉连续生产、精炼炉间断生产。

Description

一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法

技术领域

本发明涉及一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，特别涉及一种以冶炼锰系合金精整筛下物粉，提质除杂后与高、中低碳锰铁冶炼余渣热装摇包工艺生产中硅低碳低磷锰块铁合金的方法，属于边角次料提质增效和工业废弃物综合利用技术领域。

背景技术

中硅低碳低磷锰块是一种新型的炼钢脱氧剂和合金添加剂，除具有锰硅合金的全部作用外还可替代低碳锰铁甚至电炉金属锰在炼钢过程中的作用；同时也可作为生产低碳锰铁或电炉金属锰的原料，起到减少脱硅过程、提高产量的效果。

在高、中低碳锰铁的生产过程中，有大量锰渣产生，锰渣产生的渠道来源如下：

①电炉生产中低碳锰铁的附产物：采用电硅热法，把合格的锰矿、石灰和锰硅合金等通过电子秤配料，分炉次加入到3MVA以上密闭倾动精炼炉内，依靠电弧助熔，炉内发生脱硅放热反应生成中低碳锰铁和炉渣，分炉从炉口倾出。

②电炉生产高碳锰铁的附产物：采用熔剂法，把合格的锰矿、石灰和焦炭等通过电子秤配料，连续加入到30MVA或16.5MVA等规格密闭矿热炉内，依靠电能加热，炉内发生化学反应生成高碳锰铁和炉渣，定时从炉口排出。

经检测分析，上述炉渣中还含有一定量的锰等。

目前，液态中低碳锰渣①的应用有：炉前加硅铁粉摇包回收。因为硅铁粉为冷料，所以在精炼炉出炉前要让渣液过热，这会增加额外耗电；同时，由于硅铁粉计量误差和加入点位偏差，会造成硅铁的利用率偏低，所得合金中Si含量普遍偏高。

而现有的工艺，回收高碳锰铁渣②中有用金属元素的综合利用率不高或无法利用(当含Mn12％在左右)，即使把高碳锰铁液渣(含Mn＞17％)用于炉前摇包时，同样因硅铁粉为冷料，加之出炉时渣温更低，必须辅以热源提温，否则摇包产出率很低或根本摇不出来；即使摇出来了，成本也偏高。

③精整筛下物产生的渠道来源：电炉锰系产品不论采用锭模、层浇池、砂模等方式浇注，甚至采用炉前粒化浇注，都会在入库精整时不可避免的产生粉末。

目前，这种精整粉末的应用有：一是作为精炼炉生产中碳锰铁(C≥1.5％)的原料(仅限普通锰硅合金筛下物)回收利用，二是添加粘结剂、与除尘灰一起冷压球团回炉。因为精整粉含锰降低，且其它杂质元素增加，如作为精炼产品原料只能生产低端产品；如压球后回炉，进入电炉高温区时会产生烧损及形成二次炉尘，造成回收率不高。

同时，现有的回收利用技术无法实现其产品质量的稳定性控制。具体表现在：

以“中硅低碳低磷锰块”为例，其质量要求如下：

这是某钢厂实际招标指标，其生产方法可以多样：方法一是液态中锰渣加固态硅铁粉摇包，该法是作为中锰生产的副产品回收有用元素的一种途径，但所得合金成分波动大，含Mn普遍偏低(＜68％)、含C普遍偏高(0.2～0.5％)，且产量有限。方法二是用电炉高碳锰铁渣来摇包，首先是渣Mn需控制高一些，其次是由于液渣温度偏低，硅铁粉消耗大，经常发生无铁现象。方法三是用矿热炉一步法直接生产，要使C≤0.2％，必须Si≥25％以上，以及Mn＜65％，这导致其是生产不出符合标书要求合金的。同时现有技术中，还有部分添加精整粉末来制备中硅低碳低磷锰块铁合金的，但其所得产品数量有限，成分也极不稳定。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种充分利用电炉冶炼锰铁过程中副产的含锰渣和锰系合金精整筛下物综合回收有价金属的方法，该方法所得产品(原料相同时)合金成分比较稳定；同时本发明还能获取回收价值高的中硅低碳低磷锰块，使资源得到综合利用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种中硅低碳低磷锰块的生产方法，该方法包括以下步骤：

步骤一

锰系铁合金在产品精整时产生的筛下物粉，将所述筛下物粉加入提质炉中补入含硅添加料、氧化脱碳剂，经过提质炉升温、降碳、降磷提质后，得到液态低碳锰硅中间合金；所述产品为高碳锰铁或普硅锰硅合金；所述液态中间合金中，Si的质量百分含量为22-30％、碳的质量百分含量小于等于0.2％、磷的质量百分含量小于等于0.1％、锰的质量百分含量为50.5-54.5％；

步骤二

电炉冶炼高、中低碳锰铁过程中副产的液态锰渣选择炉前热装，与提质炉出来的液态中间合金先后加入摇包；所述电炉包括矿热炉、精炼炉中的至少一种；

步骤三

启动摇包运转，得到中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金和含锰很低的渣，渣送去水淬；所述中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金中，Si的质量百分含量为12.5-15.5％、碳的质量百分含量小于等于0.2％、磷的质量百分含量小于等于0.1％、锰的质量百分含量为68.5-72.5％；

步骤四

将步骤三所得中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金直接用锭模浇注或返回精炼炉热装；

步骤五

精炼炉出完炉后，先加入锰矿、石灰，预热，再热装入步骤三所得中硅、碳低、磷低、锰高的液态中间合金并升温至1350-1550℃，精炼深加工出低碳锰铁或电炉金属锰。

步骤六

矿热炉连续生产、精炼炉间断生产，液态炉渣进入摇包重复步骤二、三、四五。重复上述步骤，使得整个工艺得以连续进行。

步骤一中，所述普通锰硅合金的牌号为FeMn68Si18。其要求为：

优选的，一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，步骤一中，按质量份数计，产品精整时产生的筛下物粉100份，硅68wt％～90wt％的含硅添加料20份，氧化脱碳剂1～2份；配取筛下物粉、含硅添加料、氧化脱碳剂；并将配取的筛下物粉、含硅添加料、氧化脱碳剂加入提质炉中，经过提质炉升温、降碳、降磷提质后，得到液态低碳锰硅中间合金；所述筛下物粉中Mn的质量百分含量为58％～66％。

优选的，一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，步骤二中，矿热炉和/或精炼炉冶炼结束后，采用渣铁混出方式出炉，炉渣利用渣铁比重差异从铁水包上部流口流出后进入摇包，出炉结束后，铁水包上部残渣也倒入摇包。

优选的，一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，在采用矿热炉生产高碳锰铁或精炼炉生产精炼锰铁过程中，控制炉渣碱度、促使氧化锰的大量还原。给出了三个最佳工艺参数：a最佳的炉渣碱度在1.0～1.4之间、即炉渣中(CaO+MgO)/SiO₂质量比1.0～1.4；b给出了最佳的硅回收率控制范围：50％～80％之间；c给出了渣铁质量比范围为1.5～5.8之间，摇包时间为10至30分钟；

优选的，一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，矿热炉冶炼过程生产出高碳锰铁的牌号为：FeMn75C8.0，同时得到锰含量为11wt％～17wt％、磷含量小于0.02wt％，(CaO+MgO)/SiO₂质量比1.0～1.4，Mn/Fe质量比为10～30的液态锰渣。

优选的，一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，精炼炉冶炼过程生产出低碳锰铁的牌号为：FeMn88C0.2，同时得到锰含量15wt％～25wt％；磷含量小于0.02wt％，(CaO+MgO)/SiO₂质量比1.0～1.4，Mn/Fe质量比15～50的液态锰渣。

液态锰渣进行炉前热装摇包。

优选的，一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，按质量份数计；液态渣A100份、含锰含硅中间合金15～25份，配取液态渣A、含锰含硅中间合金热装摇包10至30分钟的冶炼，生产出中硅低碳低磷锰块成品，且中硅低碳低磷锰块余渣中的锰含量3wt％～5wt％；所述液态渣A中锰含量11wt％～25wt％、磷含量小于0.02wt％、CaO+MgO)/SiO₂质量比1.0～1.4、Mn/Fe质量比为10～50。所述含锰含硅中间合金锰的含量为50.5wt％～54.5wt％、硅的含量为22wt％～30wt％。含锰含硅中间合金可为液态。当含锰含硅中间合金为液态时可为步骤一所得的液态中间合金中。

在工业上，连续生产时，液态渣A由电炉冶炼高、中低碳锰铁过程中副产的液态锰渣选择炉前热装，含锰含硅中间合金由提质炉出来的液态中间合金。

优选的，一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，以质量份数计；中硅低碳低磷锰块100份，含锰34wt％～52wt％的锰矿80～120份，石灰50～70份进行原料配比，采用精炼电炉进行1至2个小时的冶炼。生产出低碳锰铁或电炉金属锰高附加值产品，且低碳锰铁或电炉金属锰余渣热装摇包利用。

优选的，一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，同一批原料，在相同的操作条件下，其所得成品中，C的质量百分含量小于等于0.2％；Mn含量的波动范围小于等于1％；Si含量的波动范围小于等于1.5％。

原理和优势

锰渣的主要成分是氧化锰，其形成是由锰矿在生成锰铁时的选择还原反应意向控制，锰矿在矿热炉内的热分解过程：2MnO₂→Mn₂O₃→Mn₃O₄→MnO

精整筛下物的提质过程：2Mn₇C₃+11Si+3SiO₂→14MnSi+6CO↑

上述两种液体在摇包中热装，启动摇包运转，中间合金中的硅就会把锰渣中的锰还原出来进入合金，同时碳化物部分上浮，锰将被富集，摇包时的脱硅反应：2MnO+MnSi+CaO→3Mn+CaO·SiO₂

由于是全热装，并考虑三炉联动，降耗效果明显，所得中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金直接浇注成中硅低碳低磷锰块产品；或者继续采用热装深加工生产低碳锰铁或电炉金属锰，进一步提高产品附加值。

本发明所用原料：

一是液态渣，且中锰渣无需过热了、碳锰渣范围更广了也无需烤包升温；

二是锰系合金精整筛下物，由于产生量大，除少部分用于中锰生产(仅限普通锰硅精整筛下物)外，余下大部分不能作商品销售，主要回收手段为造球回炉，但这种球在进入电弧高温区时又会粉化，挥发损失大，回收率低。采用本专利后，回收率显著提高。本发明采用三炉联动，充分利用物理热；三炉联动时，首先是锰系合金筛下物的升温熔化与提质(感应加热、并把摇包所需的硅铁提前到此处加入)，然后兑入需摇包的液态锰渣中(来自精炼炉或矿热炉)，化学反应会自发进行，这为保证产品成分的稳定，提供了必要条件，同时也大量节省了冶炼成本。

总之，本发明通过各步骤以及各条件参数的协同作用，高产率的得到了合金成分比较稳定；回收价值高的中硅低碳低磷锰块。

附图说明

图1为本发明所涉及工艺循环运作时的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

步骤一

电炉锰铁在产品精整时产生的筛下物粉，按质量份数计，产品精整时产生的筛下物粉100份，硅68wt％～68.5wt％的含硅添加料20份，氧化脱碳剂2份；配取筛下物粉、含硅添加料(含硅添加料为硅铁，所述硅铁中硅的含量为68wt％～68.5wt％)、氧化脱碳剂(氧化脱碳剂为SiO₂)；并将配取的筛下物粉、含硅添加料、氧化脱碳剂加入提质炉中，经过提质炉升温、降碳提质后，得到液态低碳锰硅中间合金；所述筛下物粉中Mn的质量百分含量为60％。

步骤二

电炉冶炼高、中低碳锰铁过程中副产的液态锰渣A选择炉前热装，与提质炉出来的液态中间合金共同入摇包；液态锰渣A100份、含锰含硅中间合金20份(提质炉出来的液态中间合金)，配取液态渣、含锰含硅中间合金热装摇包20分钟的冶炼，生产出中硅低碳低磷锰块成品，且中硅低碳低磷锰块余渣中的锰含量4wt％；所述液态渣A中锰含量17wt％、磷含量小于0.02wt％、CaO+MgO)/SiO₂质量比1.25、Mn/Fe质量比为40。所述含锰含硅中间合金锰的含量为58wt％、硅的含量为25wt％。

所述电炉为连续生产过程中的所用的矿热炉和精炼炉；矿热炉和/或精炼炉冶炼结束后，采用渣铁混出方式出炉，炉渣利用渣铁比重差异从铁水包上部流口流出后进入摇包，出炉结束后，铁水包上部残渣也倒入摇包；

矿热炉冶炼过程生产出高碳锰铁的牌号为：FeMn75C8.0，同时得到锰含量为15wt％～15.5wt％、磷含量小于0.02wt％，(CaO+MgO)/SiO₂质量比1.2，Mn/Fe质量比为25的液态锰渣。液态锰渣中，渣铁质量比范围为2～2.5之间；

精炼炉冶炼过程生产出低碳锰铁的牌号为：FeMn88C0.2，同时得到锰含量17wt％～17.5wt％；磷含量小于0.02wt％，(CaO+MgO)/SiO₂质量比1.3，Mn/Fe质量比35的液态锰渣；液态锰渣中，渣铁质量比范围为2～2.1之间。

步骤三

启动摇包运转20min，得到中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金和含锰很低的渣，渣送去水淬；所述中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金中，Si的质量百分含量为14％、碳的质量百分含量小于等于0.2％、磷的质量百分含量小于等于0.1％、锰的质量百分含量为70％；

步骤四

将步骤三所得中硅、低碳、低磷、锰高的液态合金直接用锭模浇注或返回精炼炉热装进一步深加工；

步骤五

按中硅低碳低磷锰液100份，含锰43wt％的锰矿100份，石灰60份进行原料配比，待精炼炉出完炉先加入锰矿、石灰，预热，再热装入中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金并升温至1450℃，精炼90min；生产出低碳锰铁高附加值产品，且低碳锰铁余渣热装摇包回收利用。

步骤六

矿热炉连续生产、精炼炉间断生产，液态炉渣进入摇包重复步骤二、三、四五。重复上述步骤，使得整个工艺得以连续进行。重复生产得到成品15吨，随机抽取100个试样；检测其各组分的范围为：

表1

实施例2；

其他的参数完全和实施例1一致，不同之处在于：所述筛下物粉中Mn的质量百分含量为65％；

表2

从实施例可以看出，本发明所得产品的成分已经很稳定了，完全超出了现有技术中成品成分的稳定性。

Claims (9)

1.一种中硅低碳低磷锰块的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一

锰系铁合金在产品精整时产生的筛下物粉，将所述筛下物粉加入提质炉中补入含硅添加料、氧化脱碳剂，经过提质炉升温、降碳、降磷提质后，得到液态低碳锰硅中间合金；所述产品为高碳锰铁或普通锰硅合金；所述液态中间合金中，Si的质量百分含量为22-30％、碳的质量百分含量小于等于0.2％、磷的质量百分含量小于等于0.1％、锰的质量百分含量为50.5-54.5％；

步骤二

电炉冶炼高、中低碳锰铁过程中副产的液态锰渣选择炉前热装，与提质炉出来的液态中间合金先后加入摇包；所述电炉包括矿热炉、精炼炉中的至少一种；

步骤三

启动摇包运转，得到中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金和含锰很低的渣，渣送去水淬；所述中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金中，Si的质量百分含量为12.5-15.5％、碳的质量百分含量小于等于0.2％、磷的质量百分含量小于等于0.1％、锰的质量百分含量为68.5-72.5％；

步骤四

将步骤三所得中硅、碳低、磷低、锰高的液态合金直接用锭模浇注或返回精炼炉热装；

步骤五

精炼炉出完炉后，先加入锰矿、石灰，预热，再热装入步骤三所得中硅、碳低、磷低、锰高的液态中间合金并升温至1350-1550℃，精炼深加工出低碳锰铁或电炉金属锰。

步骤六

矿热炉连续生产、精炼炉间断生产，液态炉渣进入摇包重复步骤二、三、四五。

2.根据权利要求1所述的一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，其特征在于：步骤一中，按质量份数计，产品精整时产生的筛下物粉100份，硅68wt％～90wt％的含硅添加料20份，氧化脱碳剂1～2份；配取筛下物粉、含硅添加料、氧化脱碳剂；并将配取的筛下物粉、含硅添加料、氧化脱碳剂加入提质炉中，经过提质炉升温、降碳、降磷提质后，得到液态低碳锰硅中间合金；所述筛下物粉中Mn的质量百分含量为58％～66％。

3.根据权利要求1所述的一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，其特征在于：步骤二中，矿热炉和/或精炼炉冶炼结束后，采用渣铁混出方式出炉，炉渣利用渣铁比重差异从铁水包上部溢流口流出后进入摇包，出炉结束后，铁水包上部残渣也倒入摇包。

4.根据权利要求1所述的一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，其特征在于：在采用矿热炉生产高碳锰铁或精炼炉生产精炼锰铁过程中，控制炉渣碱度在1.0～1.4之间、即炉渣中(CaO+MgO)/SiO₂质量比1.0～1.4；控制硅回收率控制范围在50％～80％之间；控制渣铁质量比范围为1.5～5.8之间。

5.根据权利要求1所述的一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，其特征在于：矿热炉冶炼过程生产出高碳锰铁的牌号为：FeMn75C8.0，同时得到锰含量为11wt％～17wt％、磷含量小于0.02wt％，(CaO+MgO)/SiO₂质量比1.0～1.4，Mn/Fe质量比为10～30的液态锰渣。

6.根据权利要求1所述的一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，其特征在于：精炼炉冶炼过程生产出低碳锰铁的牌号为：FeMn88C0.2，同时得到锰含量15wt％～25wt％；磷含量小于0.02wt％，(CaO+MgO)/SiO₂质量比1.0～1.4，Mn/Fe质量比15～50的液态锰渣。

7.根据权利要求1所述的一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，其特征在于：液态锰渣进行炉前热装摇包。

8.根据权利要求1所述的一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，其特征在于：步骤二中，按质量份数计；液态渣A100份、含锰含硅中间合金15～25份，配取液态渣、含锰含硅中间合金热装摇包10至30分钟的冶炼，生产出中硅低碳低磷锰块成品，且生产中硅低碳低磷锰块所得的余渣中的锰含量3wt％～5wt％；所述液态渣A中锰含量11wt％～25wt％、磷含量小于0.02wt％、CaO+MgO)/SiO₂质量比1.0～1.4、Mn/Fe质量比为10～50；所述含锰含硅中间合金中，Si的质量百分含量为22-30％、碳的质量百分含量小于等于0.2％、磷的质量百分含量小于等于0.1％、锰的质量百分含量为50.5-54.5％。

9.根据权利要求1所述的一种中硅低碳低磷锰块铁合金的生产方法，其特征在于：循环操作时，精炼电炉内，以质量份数计；热装入步骤三所得中硅低碳低磷锰液100份，含锰34wt％～52wt％的锰矿80～120份，石灰50～70份进行原料配比，采用精炼电炉进行1至2个小时的深加工冶炼。