CN113564359A

CN113564359A - 一种锰硅合金冶炼装置和方法

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Publication number: CN113564359A
Application number: CN202110851547.2A
Authority: CN
Inventors: 于洪翔
Original assignee: Beris Engineering and Research Corp
Current assignee: Beris Engineering and Research Corp
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2021-10-29

Abstract

本发明公开了一种锰硅合金冶炼装置，包括干式球磨机、润磨机、圆盘造球机、链篦机、回转窑、和直流矿热炉。本发明还提供了一种锰硅合金冶炼方法，包括：将锰粉矿、硅石、焦炭、白云石与膨润土按预定比例进行配料，得到混合料；混合料依次经过干式球磨机和润磨机研磨之后送入圆盘造球机进行造球，得到球团；球团经过链篦机干燥、预热之后进入回转窑进行预还原；预还原物料送入直流矿热炉进行冶炼。本发明能够将冶炼电耗降低至3100kWh/t，并实现锰粉矿的完全利用，从而降低了生产成本。

Description

一种锰硅合金冶炼装置和方法

技术领域

本发明属于锰硅合金冶炼技术领域，具体地，本发明涉及一种锰硅合金冶炼装置，还涉及一种锰硅合金冶炼方法。

背景技术

锰硅合金冶炼的原料包括各类锰矿、焦炭、硅石、白云石等。常规的冶炼装置是交流埋弧电炉(或者称为交流矿热炉)。各类合格粒度的矿石原料按照一定配比混匀，然后直接输入交流矿热炉冶炼获得锰硅合金。

交流矿热炉存在电抗损耗、集肤效应以及涡流损耗，电能浪费较大。采用常规方法冶炼锰硅合金的电耗高，冶炼电耗准入值是4000kWh/t，冶炼先进指标能够达到3800kWh/t。参考标准是铁合金单位产品能源消耗限额GB21341—2017)，具体如下：

表1铁合金矿热炉生产企业单位产品能耗等级

目前，锰硅合金冶炼的原料处理，至多是增加粉矿烧结成块工序，然后烧结矿与锰矿、焦炭、硅石、白云石等搭配入炉。但是，这样无法实现全部粉矿利用，并且冶炼电耗居高不下。

鉴于锰硅合金冶炼过程中存在的上述问题，目前行业内亟需一种锰硅合金冶炼装置和方法，以便克服锰硅合金冶炼过程中存在的电耗高和原料利用率低的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的锰硅合金冶炼装置和方法。

具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种锰硅合金冶炼装置，包括干式球磨机、润磨机、圆盘造球机、链篦机、回转窑、和矿热炉，所述矿热炉是直流矿热炉；混合料依次经过干式球磨机、润磨机、圆盘造球机、链篦机、回转窑、和直流矿热炉的处理得到锰硅合金。

可选地，所述直流矿热炉包括：炉体、炉盖、电极柱系统、加料系统、烟气导出系统、供电系统、冷却水系统和液压系统；所述炉体由炉底、从外向内依次设置的炉壳和炉衬组成，用于容纳炉料；所述炉盖设置在炉体上方，用于保证所述炉体密封；所述电极柱系统穿过所述炉盖伸入炉膛；所述加料系统用于将物料加入炉膛，包括设置在所述炉体外部的料仓和一端连接所述料仓的出口且另一端伸入炉膛的下料管；所述供电系统设置在所述炉体外部，用于为所述电极系统供电；所述冷却水系统设置在所述炉体外部，用于冷却所述直流矿热炉的需冷却的部分；所述液压系统设置在所述炉体外部，用于为所述电极柱系统提供动力。

可选地，所述电极柱系统包括6根电极。

可选地，所述回转窑设置为高架形式，其下方设置有保温料罐；所述回转窑输出的物料通过所述保温料罐输送至所述直流矿热炉。

可选地，所述直流矿热炉与所述回转窑之间设置有气体回流路径；可选地，所述气体回流路径上设置有气体净化单元。

一种锰硅合金冶炼方法，包括以下步骤：

(1)将锰粉矿、硅石、焦炭、白云石与膨润土按预定比例进行配料，得到混合料；

(2)所述混合料依次经过干式球磨机和润磨机研磨之后送入圆盘造球机进行造球，得到球团；

(3)所述球团经过链篦机干燥、预热之后进入回转窑进行预还原；

(4)将步骤(3)得到的预还原物料送入直流矿热炉进行冶炼。

可选地，在步骤(1)中，按照如下比例进行配料：

①锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝1.5～2.4；

②焦炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.17～0.23；

③白云石质量满足：所有原料中氧化钙和氧化镁质量之和÷所有原料中氧化硅质量＝0.3～0.35；

④膨润土质量＝所有原料总质量×0.8％～3.0％。

可选地，在步骤(2)中，所述球团的粒径是12mm至22mm。

可选地，在步骤(3)中，回转窑内温度是1100℃～1350℃，回转窑内气氛是氮气气氛。

可选地，在步骤(4)中，直流矿热炉内条件是二次侧电压是140～165V，电极电流5.5万安培至6.5万安培，冶炼温度不低于1500℃。相比于现有技术，本发明的锰硅合金冶炼装置和方法，至少具有如下有益效果：

本发明在锰硅合金冶炼领域中首次提出“物料预还原+直流矿热炉高温熔分还原”的生产工艺，第一次将直流矿热炉高温熔分处理预还原物料的工艺引入到锰硅合金冶炼领域，对物料进行预还原处理之后将预还原物料热装入直流矿热炉冶炼进行冶炼。由于直流矿热炉没有电抗损耗、集肤效应以及涡流损耗，电能利用效率高，并且电弧稳定、更加强烈，适合处理预还原物料。借此，将锰硅合金冶炼电耗低至不超过3100kWh/t。

此外，本发明的工艺能够100％利用锰粉矿，相对块矿降低物料成本。在生产过程中还进一步回收冶炼煤气，并将其用于回转窑物料预还原。借此，既降低了对环境造成的不利影响，同时又极大的降低了生产成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的锰硅合金冶炼的工艺流程图。

图2是本发明采用的直流矿热炉的结构示意图。

图3是本发明采用的直流矿热炉的俯视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

针对目前锰硅合金冶炼过程中存在的能耗高、成本高的问题，本发明的发明人对冶炼装置和冶炼方法进行了深入的分析和研究，从而创造性地提出了在锰硅合金冶炼过程中采用“物料预还原+直流矿热炉高温熔分还原”的发明构思。

基于该发明构思，本发明的发明人对冶炼装置和冶炼方法进行了创造性地改进，从而提出了一种锰硅合金冶炼装置和冶炼方法。

第一方面，本发明提出了一种锰硅合金冶炼装置。

本发明的锰硅合金冶炼装置包括依次设置的干式球磨机、润磨机、圆盘造球机、链篦机、回转窑、和直流矿热炉。在使用时，混合料依次经过干式球磨机、润磨机、圆盘造球机、链篦机、回转窑、和直流矿热炉进行处理。

优选地，如图2和图3所示，在本发明中直流矿热炉包括：炉体、炉盖、电极柱系统、加料系统、烟气导出系统、供电系统、冷却水系统和液压系统。

炉体1包括炉壳2、炉衬3和炉底(图未示出)。其中，炉壳2和炉衬3由外向内依次设置；炉底位于底部，与炉壳2和炉衬3包围形成炉膛4，用于容纳炉料。炉体1的侧壁上设置有一个或多个出料口13。

炉盖6设置在炉体1的上方，炉盖6与炉壳2之间进行密封设置，用于保证炉体1的密封性。

电极柱系统5包括若干根电极柱，每根电极柱包括阴极和阳极。电极柱穿过炉盖6深入到炉膛4，电极端头可直接插入炉料中，利用直流电弧对炉膛4中的炉料进行加热熔化。阴极和阳极的电极在直流矿热炉内交错布置。电极可以采用多种形式，例如石墨电极等。

加料系统7包括料仓8和下料管9。料仓8设置在炉体1外部的上方，料仓8的出料口与下料管9的一端连接，下料管9的另一端穿过炉盖6进入炉膛4。料仓和下料管可设置一组，也可设置多组，可根据需要确定。

供电系统10设置在炉体1的外部，用于向电极柱系统5的电极供电。供电系统10包括整流器和变压器(图中未示出)。变压器一次侧输入交流电，交流电经过变压器调整为直流矿热炉冶炼所需的电压，变压器二次侧与整流器连接，整流器输出阴极和阳极两组接口，分别连接至阴极和阳极的底部机构(即阴极接口与阴极电极相连，阳极接口与阳极电极相连)，一个变压器配一套整流器，对应于阴阳两个电极，组成一套供电系统。每套供电系统均可独立供电。供电系统10与液压系统(图中未示出)连接，液压系统用于为电极柱系统5提供动力。

冷却水系统11，设置在炉体1的外侧，通过管道与直流矿热炉的待冷却机构连接以便为这些待冷却机构提供冷却水。待冷却机构例如包括炉体1、炉壳2、炉底、供电系统10、烟气导出系统12。

烟气导出系统12包括炉气烟道，炉气烟道一端穿过炉盖6伸入炉膛4。

供电系统、冷却水系统和液压系统的具体位置可以由本领域技术人员根据实际生产需要来进行合理设置。

更优选地，电极柱系统5包括6根电极，其中3根为正极，另外3根为负极。同时，配套设置3台整流器，相邻两根电极连接整流器的输出端，一根为正极一根为负极。6根电极直流矿热炉，相对于其他形式的直流矿热炉能够平衡利用电网，避免造成电网不稳定。

直流矿热炉在使用时，物料装入料仓8中，然后物料通过下料管9进入炉膛4中。可以采用连续加料的方式，下料管9始终处于充满的状态。当炉膛4中料面随着产品由出料口13输出而下降时，料仓8中的物料受重力作用通过下料管9自动补充至炉膛4中。电极柱系统5利用直流电弧对炉膛4中的物料进行加热熔化、冶炼。熔炼过程中产生的气体由烟气导出系统12导出。熔炼完毕，冷却水系统11向炉体1、炉壳2、炉底、供电系统10、烟气导出系统12提供冷却水。

优选地，在本发明中，回转窑设置为高架形式，直接伸入矿热炉所在主车间。回转窑的下方设置有保温料罐，保温料罐带有导向轮，可以沿着轨道行驶到矿热炉的炉顶料仓上方。借助该设计，能够将经过回转窑预还原的高温物料经保温料罐输送至直流矿热炉冶炼，提高炉料入炉温度，充分降低冶炼电耗。

在本发明中，干式球磨机、润磨机、圆盘造球机、链篦机、回转窑、保温料罐均可采用常规设备，此处不做赘述。

第二方面，本发明提出了一种锰硅合金冶炼方法。该方法包括：

(2)混合料依次经过干式球磨机和润磨机研磨之后送入圆盘造球机进行造球，得到球团；

(3)球团经过链篦机干燥、预热之后进入回转窑进行预还原；

(4)将步骤(3)得到的预还原物料送入直流矿热炉进行冶炼。

作为一种优选的实施方案，参考图1，结合本发明的冶炼装置对本发明的锰硅合金冶炼方法进行说明，如下。

(1)配料

本发明的冶炼方法以锰粉矿、硅石、焦炭、白云石与膨润土为原料。可选地，在配料之前，先对锰粉矿、硅石、焦炭和白云石进行干燥处理。

综合考虑选择性还原所需炭量、产品和碱度，经过干燥处理的锰粉矿、硅石、焦炭和白云石与膨润土按照如下规则进行混合配料，得到混合料：

①锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝1.5～2.4，即得到的值在1.5至2.4的范围内，例如1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等；

②焦炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.17～0.23，即焦炭质量是锰粉矿与硅石质量之和的17％至23％，例如17％、18％、19％、20％、21％、22％或23％等；

③白云石质量满足：所有原料中氧化钙和氧化镁质量之和÷所有原料中氧化硅质量＝0.3～0.35，例如0.30、0.31、0.32、0.33、0.34或0.35等；

④膨润土质量＝所有原料总质量×0.8％～3.0％，即膨润土质量是所有原料总质量的0.8％至3.0％，例如0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2.0％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％或3.0％。

本发明对锰粉矿、硅石、焦炭、白云石与膨润土等原料没有特殊要求，常规使用的锰粉矿、硅石、焦炭、白云石与膨润土均可应用于本发明中，只需各物质的用量满足上述配料规则即可。

(2)研磨与造球

将混合料送入干式球磨机中进行干磨，得到粒径在0.074mm以下的物料。然后，将该物料加湿至含水量6％～10％(重量)，送至润磨机中进行润磨，借助润磨，能够使物料混合更加均匀。随后，将润磨得到的物料送至圆盘造球机进行造球，得到的球团的粒径优选是12mm至22mm，例如12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm等，球团粒度适宜，矿热炉透气性以及物料反应速度兼顾。

(3)预还原

首先，将球团送至链篦机进行干燥、预热。然后，将球团送入回转窑进行预还原。

在回转窑中，预还原温度设置为1100℃～1350℃，例如，1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃或1350℃等。采用该温度，能够保证球团粒度适宜，矿热炉透气性以及物料反应速度兼顾。

在回转窑中，需要保证还原气氛，以便避免经过预还原的物料被二次氧化。还原气氛例如是氮气气氛，即向回转窑中吹入氮气，使回转窑体系中氧气含量低于2％。借此，避免空气中氧气含量高，导致预还原球团氧化。

(4)冶炼

将经过回转窑预还原的球团从回转窑的窑头卸入保温料罐。保温料罐通过自身的导向轮沿着轨道移动到直流矿热炉炉顶料仓上方，卸放物料至料仓内。通过利用保温料罐运输经过回转窑预还原的球团，能够提高炉料入炉温度，充分降低冶炼电耗。

随后，料仓内的物料通过料管不断进入直流矿热炉炉膛内进行冶炼，得到锰硅合金，此外还产生炉渣和煤气。本发明利用直流矿热炉相对于交流矿热炉具有明显的优势，能够节能、提高产量并降低冶炼电耗，能够将电耗降低至3100kWh/t。

例如，直流矿热炉内条件是二次侧电压是140～165V(例如140V、146V、150V、156V、160V或165V等)，电极电流5.5万安培至6.5万安培(例如5.5万安培、5.6万安培、5.7万安培、5.8万安培、5.9万安培、6.0万安培、6.1万安培、6.2万安培、6.3万安培、6.4万安培或6.5万安培等)，冶炼温度不低于1500℃，大约2.5小时出料一次。

优选地，直流矿热炉冶炼过程中产生的煤气经过净化回收，返回至回转窑用于预还原。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

(1)将锰粉矿、硅石、焦炭、白云石分别干燥，然后与膨润土按照如下比例配料：

①锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝1.5；

②焦炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.17；

③白云石质量满足：所有原料中氧化钙和氧化镁质量之和÷所有原料中氧化硅质量＝0.3；

④膨润土质量＝所有原料总质量×0.8％。

(2)将混合料送入干式球磨机中进行干磨，得到粒径在0.074mm以下的物料。然后，将该物料加湿，送至润磨机中进行润磨。随后，将润磨得到的物料送至圆盘造球机进行造球，得到的球团进入筛选装置，选择粒径是12mm至22mm的球团进入下一步骤。

(3)将球团送至链篦机进行干燥、预热。然后，将球团送入回转窑进行预还原。回转窑预还原温度为1100℃；回转窑内保证还原气氛，避免物料被二次氧化。

(4)将经过回转窑预还原的球团从回转窑的窑头卸入保温料罐。保温料罐通过自身的导向轮沿着轨道移动到直流矿热炉炉顶料仓上方，卸放物料至料仓内。料仓内的物料通过料管不断进入直流矿热炉炉膛内进行冶炼，该直流矿热炉为30MVA六电极矩形炉膛直流矿热炉，冶炼温度在1500℃以上。电极电流为59000A。最终获得锰硅合金、炉渣；矿热炉冶炼产生的煤气净化回收用于回转窑预还原。

本实施例冶炼得到的锰硅合金中锰的含量是65.5％(重量)，硅含量17.3％(重量)。本实施例冶炼电耗为3000kWh/t。

实施例2

①锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝2.4；

②焦炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.23；

③白云石质量满足：所有原料中氧化钙和氧化镁质量之和÷所有原料中氧化硅质量＝0.35；

④膨润土质量＝所有原料总质量×3.0％。

(2)将混合料送入干式球磨机中进行干磨，得到粒径在0.074mm以下的物料。然后，将该物料加湿，送至润磨机中进行润磨。随后，将润磨得到的物料送至圆盘造球机进行造球，得到的球团进入筛选装置，选择粒径是16mm的球团进入下一步骤。

(3)将球团送至链篦机进行干燥、预热。然后，将球团送入回转窑进行预还原。回转窑预还原温度为1350℃；回转窑内保证还原气氛，避免物料被二次氧化。

(4)将经过回转窑预还原的球团从回转窑的窑头卸入保温料罐。保温料罐通过自身的导向轮沿着轨道移动到直流矿热炉炉顶料仓上方，卸放物料至料仓内。料仓内的物料通过料管不断进入直流矿热炉炉膛内进行冶炼，该直流矿热炉为30MVA六电极矩形炉膛直流矿热炉，冶炼温度在1500℃以上。电极电流为65000A。最终获得锰硅合金、炉渣；矿热炉冶炼产生的煤气净化回收用于回转窑预还原。

本实施例冶炼得到的锰硅合金中锰的含量是66.3％(重量)，硅含量18％(重量)。本实施例冶炼电耗为2980kWh/t。

实施例3

①锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝2；

②焦炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.2；

③白云石质量满足：所有原料中氧化钙和氧化镁质量之和÷所有原料中氧化硅质量＝0.32；

④膨润土质量＝所有原料总质量×2.5％。

(3)将球团送至链篦机进行干燥、预热。然后，将球团送入回转窑进行预还原。回转窑预还原温度为1200℃；回转窑内保证还原气氛，避免物料被二次氧化。

(4)将经过回转窑预还原的球团从回转窑的窑头卸入保温料罐。保温料罐通过自身的导向轮沿着轨道移动到直流矿热炉炉顶料仓上方，卸放物料至料仓内。料仓内的物料通过料管不断进入直流矿热炉炉膛内进行冶炼，该直流矿热炉为30MVA六电极矩形炉膛直流矿热炉，冶炼温度在1500℃以上。电极电流为61000A。最终获得锰硅合金、炉渣；矿热炉冶炼产生的煤气净化回收用于回转窑预还原。

本实施例冶炼得到的锰硅合金中锰的含量是67.2％(重量)，硅含量17.6％(重量)。本实施例冶炼电耗为3100kWh/t。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种锰硅合金冶炼装置，包括干式球磨机、润磨机、圆盘造球机、链篦机、回转窑、和矿热炉，其特征在于，所述矿热炉是直流矿热炉；混合料依次经过干式球磨机、润磨机、圆盘造球机、链篦机、回转窑、和直流矿热炉的处理得到锰硅合金。

2.根据权利要求1所述的锰硅合金冶炼装置，其特征在于，所述直流矿热炉包括：炉体、炉盖、电极柱系统、加料系统、烟气导出系统、供电系统、冷却水系统和液压系统；所述炉体由炉底、从外向内依次设置的炉壳和炉衬组成，用于容纳炉料；所述炉盖设置在炉体上方，用于保证所述炉体密封；所述电极柱系统穿过所述炉盖伸入炉膛；所述加料系统用于将物料加入炉膛，包括设置在所述炉体外部的料仓和一端连接所述料仓的出口且另一端伸入炉膛的下料管；所述供电系统设置在所述炉体外部，用于为所述电极系统供电；所述冷却水系统设置在所述炉体外部，用于冷却所述直流矿热炉的需冷却的部分；所述液压系统设置在所述炉体外部，用于为所述电极柱系统提供动力。

3.根据权利要求2所述的锰硅合金冶炼装置，其特征在于，所述电极柱系统包括6根电极。

4.根据权利要求1所述的锰硅合金冶炼装置，其特征在于，所述回转窑设置为高架形式，其下方设置有保温料罐；所述回转窑输出的物料通过所述保温料罐输送至所述直流矿热炉。

5.根据权利要求1所述的锰硅合金冶炼装置，其特征在于，所述直流矿热炉与所述回转窑之间设置有气体回流路径；可选地，所述气体回流路径上设置有气体净化单元。

6.一种锰硅合金冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

(4)将步骤(3)得到的预还原物料送入直流矿热炉进行冶炼。

7.根据权利要求6所述的锰硅合金冶炼方法，其特征在于，在步骤(1)中，按照如下比例进行配料：

②焦炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.17～0.23；

④膨润土质量＝所有原料总质量×0.8％～3.0％。

8.根据权利要求6所述的锰硅合金冶炼方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述球团的粒径是12mm至22mm。

9.根据权利要求6所述的锰硅合金冶炼方法，其特征在于，在步骤(3)中，回转窑内温度是1100℃～1350℃，回转窑内气氛是氮气气氛。

10.根据权利要求6所述的锰硅合金冶炼方法，其特征在于，在步骤(4)中，直流矿热炉内条件是二次侧电压是140～165V，电极电流5.5万安培至6.5万安培，冶炼温度不低于1500℃。