CN113604661B - 一种利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于合金加工技术领域，涉及一种利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法。该工艺方法，包括：1.原料预处理；2.制备高锰烧结矿，将碳酸锰矿粉和兰炭粉混合并进行生料烧结，获得高锰烧结矿；3.制备高铁烧结矿，将碳酸锰矿粉、硫酸渣、兰炭粉、电炉回炉渣粉混合并进行生料烧结，获得高铁烧结矿；4.制备锰硅合金，将高锰烧结矿、高铁烧结矿混合并投入矿热炉内进行冶炼，获得锰硅合金。该工艺方法，可提高效碳酸锰矿资源的利用，降低生产成本，提高锰的回收率。

Description

一种利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法

技术领域

本发明属于合金加工技术领域，涉及一种利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法。

背景技术

锰硅合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金，是一种用途较广、产量较大的铁合金。锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂，又是低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。国内锰矿石质量较差，以贫矿为主，贫锰矿储量占全国总储量的93.6％。世界上锰矿储量约为17亿吨，95％以上的锰矿集中在南非、乌克兰、澳大利亚、加蓬、巴西、印度等国家，我国每年要从国外进口数百万吨锰矿以满足国民经济发展需求。

锰矿和富锰渣是生产锰硅合金的主要原料，是锰硅合金中锰的主要来源，要求使用的锰矿具有更高的锰铁比和锰磷比；然而，这样的矿石比较少，生产中一般都采用搭配部分富锰渣的方法来满足对这两个比值的要求。锰矿的质量直接影响到锰硅合金的冶炼指标和产品质量；入炉锰矿石品位一般要求混配后的入炉矿含锰在30％以上。锰矿的含锰量是影响冶炼指标的主要因素，对单位产品电耗及锰的回收率有着较大的影响；在冶炼锰合金时，锰入合金率常随入炉矿的含锰量的增加而提高，随之产量也得到提高。按铁合金行业准入条件，锰矿品位每降低1％，锰硅合金电耗升高100KW·h，因而，尽可能的提高入炉锰矿石的品位，是提高锰的回收率、降低电耗，改善其他各项指标的重要手段。通常采用几种锰矿石相互搭配生产锰硅合金，在保证冶炼出合格产品的同时，能够稳定和改善炉况，取得良好的经济技术指标；除了混合矿的锰铁比和锰磷比需要满足一定的要求外，混合矿的各种有效成分也应当接近于工艺控制要求。

综上，开发低品位锰矿石冶炼锰硅合金的技术，尤其是利用全碳酸锰烧结矿生产锰硅合金的技术，能够有效缓解现有锰硅合金冶炼领域的诸多问题和不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法，有效解决现有锰硅合金冶炼技术和工艺的诸多不足，提高效碳酸锰矿资源的利用，降低生产成本，提高锰的回收率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下。

一种利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法，包括如下工艺步骤：

(1)原料预处理：将碳酸锰矿破碎筛分为粒度≤6mm的碳酸锰矿粉；将兰炭破碎筛分为粒度≤6mm的兰炭粉及粒度18mm～35mm的兰炭粒；将硫酸渣烘干至水分≤3％；将电炉回炉渣破碎筛分为粒度≤6mm的电炉回炉渣粉；其中，采用的碳酸锰矿为加纳碳酸锰矿；

(2)制备高锰烧结矿：按照碳酸锰矿粉90～100份、兰炭粉3～10份的质量份数将上述原料进行混合，再投入烧结机内进行生料烧结，获得高锰烧结矿；

(3)制备高铁烧结矿：按照碳酸锰矿粉55～65份、硫酸渣25～35份、兰炭粉5～10份、电炉回炉渣粉3～8份的质量份数将上述原料进行混合，再投入烧结机内进行生料烧结，获得高铁烧结矿；

(4)制备锰硅合金：按照高锰烧结矿75～85份、高铁烧结矿15～25份的质量份数将上述物料进行混合，再投入密闭式矿热炉内进行冶炼，获得锰硅合金；上述配比为高锰烧结矿和高铁烧结矿的合理配比，从而得到合适锰铁比的综合入炉锰矿。

上述技术方案，先将各个原料处理为合格的使用状态，保证后续工艺的顺利进行和产品的质量；再将碳酸锰矿粉与不同原料进行混合配比，并分别烧结成高锰烧结矿和高铁烧结矿，为后续冶炼提供所需的烧结矿原料；再将烧结后的两种矿进行混合冶炼，从而获得锰硅合金，实现采用全碳酸锰烧结矿进行锰硅合金的冶炼技术和工艺。

进一步地，该工艺方法的步骤(1)中，碳酸锰矿的破碎筛分过程为，将碳酸锰矿投入振动筛，将筛出的粒度在6mm～30mm之间的矿石投入单传动高压辊磨机进行破碎，并将获得的粒度≤6mm的碳酸锰矿粉收集待用；通过高压辊磨机获得粒度满足烧结需求的碳酸锰矿粉。

进一步地，该工艺方法的步骤(1)中，经过振动筛后，筛出的粒度≥30mm的矿石投入多缸圆锥破碎机进行破碎，再返回投入至振动筛进行筛分；通过进一步破碎和回收筛分不合格粒度的矿石，使碳酸锰矿资源得到更好的回收和利用，减少资源浪费、进一步提高资源利用率。

进一步地，该工艺方法的步骤(4)中，投入矿热炉的原料条件为，锰含量≥35％，锰/铁≥5.5，三元碱度为0.6～0.8，Al₂O₃≤4.3％，水分含量≤3％，粒度为10mm～80mm。

进一步地，该工艺方法的步骤(4)中，根据入炉高锰烧结矿和高铁烧结矿的综合成分计算兰炭的配比量，并将粒度在18mm～35mm的兰炭粒作为锰硅合金生产的还原剂投入矿热炉内进行使用，具有调节炉料比电阻的作用。

进一步地，该工艺方法的步骤(4)中，将硅石作为锰硅合金生产的溶剂投入至矿热炉内，具有提供合金中Si元素的来源以及调节炉渣碱度的作用。

本发明利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法的有益效果为：

(1)以碳酸锰矿为原料，将其与不同原料进行混合配比，并分别烧结成高锰烧结矿和高铁烧结矿，再将烧结后的两种矿进行优化配比后，采用密闭式矿热炉冶炼，从而获得锰硅合金，实现采用全碳酸锰烧结矿进行锰硅合金的冶炼技术和工艺；

(2)全碳酸锰烧结矿受热分解产生的高温气体减少，并在分解过程中减少炸裂、粉化等现象；

(3)合理降低辅料的配入量，料批配入兰炭代替焦炭，单一的烧结加纳碳酸锰矿，成品烧结矿锰含量富集，锰铁比太高，不能直接满足生产锰硅合金的需求；配入合适的高铁低锰烧结矿可以改善其质量，控制适当的炉渣碱度，优化料批结构，对炉况及电极维护、操作管理等都有极大地改善作用；

(4)使用碳酸锰烧结矿配比后，一定程度上优化了料批结构，降低了渣铁比，有效改善了各项技术经济指标，从而达到企业降本增效的目的；

(5)综合利用碳酸锰矿制备高锰烧结矿和高铁烧结矿，进行优化配比后采用密闭式矿热炉生产锰硅合金，打破了传统的以氧化锰矿为主导、原矿与烧结矿相搭配的生产锰硅合金的工艺及原料配比模式，代替目前氧化锰矿或碳酸锰矿需要进行焙烧还原后生产锰硅合金的工艺方式，大量降低原辅材料用量，提高锰硅合金生产的各项经济指标；打破了传统的采用焦炭充当还原剂生产合金的方式，采用兰炭替代焦炭生产锰硅合金，有效降低生产成本，提高经济效益；该工艺方法，全部采用碳酸锰矿生产，且生产运行稳定。

附图说明

图1为本发明利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法的流程结构图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种明利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法，包括如下工艺步骤。

(1)原料预处理：将加纳碳酸锰矿通过破碎筛分系统破碎筛分为粒度≤6mm的碳酸锰矿粉；加纳碳酸锰矿的成分分析表如下。

具体的，碳酸锰矿的破碎筛分过程为，将烘干后的碳酸锰矿投入振动筛，经过上层振动筛将粒度≥30mm的矿石筛出，并投入多缸圆锥破碎机进行破碎，经过圆锥破碎机破碎后的矿石再返回投入至振动筛进行筛分；同时，中层筛上粒度在10mm～30mm的矿石以及下层筛上粒度在6mm～10mm的矿石落入单传动高压辊磨机进行辊磨，经过单传动高压辊磨机破碎的粒度≤6mm矿石进入配料站等待配料。

将兰炭通过破碎机破碎、再通过振动筛筛分为粒度≤6mm的兰炭粉以及粒度在18mm～35mm的兰炭粒，并送入配料站等待配料；兰炭的成分如下表所示。

将水分含量在17％左右的硫酸渣，通过烘干机将其烘干至水分≤3％，并送入配料站等待配料；硫酸渣的成分如下表所示。

将电炉回炉渣利用颚式破碎机破碎并筛分为粒度≤6mm的电炉回炉渣粉，并送入配料站等待配料；电炉回炉渣的成分如下表所示。

Mn(％)	SiO<sub>2</sub>(％)	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％)	CaO(％)	MgO(％)
					7.93	43.77	9.87	19.58	12.43

(2)制备高锰烧结矿：在配料站中，采用料仓进行各种物料的配合，按照碳酸锰矿粉93％～94％、粒径≤6mm的兰炭粉6％～7％(合计100％即可)进行生料配制，再将配合完成的原料投入带式烧结机内进行生料烧结，从而获得高锰烧结矿；同时，在烧结的过程中，返矿13％～18％。在单独采用加纳碳酸锰矿进行烧结时，吨烧结矿矿耗＝100％/(1-27.15％)＝1.37吨；获得的高锰烧结矿的成分分析如下表所示。

(3)制备高铁烧结矿：在配料站中，采用料仓进行各种物料的配合，按照碳酸锰矿粉58％～59％、硫酸渣27％～28％、粒径≤6mm的兰炭粉7％～8％、电炉回炉渣粉4％～5％(合计100％即可)进行生料配制，再将配合完成的原料投入带式烧结机内进行生料烧结，从而获得高铁烧结矿；同时，在烧结的过程中，返矿20％～25％。

为了满足锰硅合金生产的需求，调整合适的原料配比，根据计算在用碳酸锰矿与硫酸渣混合烧结时，按照硫酸渣的配入比例28％、碳酸锰矿配入比例59％进行计算，吨烧结矿矿耗＝59％/(1-27.17％)+28％/(1-0.85％)＝1.43吨，获得锰铁比相对较高的烧结矿，其成分分析如下表所示。

(4)制备锰硅合金：在配料站中，采用料仓进行各种物料的配合，按照高锰烧结矿77％、高铁烧结矿23％将上述物料进行混合，具体的，按照高锰烧结矿770kg、高铁烧结矿230kg的配入量进行混合，再根据入炉锰矿的综合成分计算兰炭、硅石的配比量，加入226kg粒度在18mm～35mm的兰炭粒，220kg的硅石，并投入矿热炉内进行冶炼；同时，按照下表的入炉冶炼的原料条件进行冶炼，获得锰硅合金。

通过不同批次多次试验获得的锰硅合金的质量如下表所示。

同时，在生产过程中的生产状况如下表所示。

项目
		平均日产(吨)	145
矿石单耗	2.07
		电单耗	3800
焦炭单耗	0.51
		硅石单耗	0.40
电极糊单耗	0.03
		主元素回收率(％)	90％

根据以上表中高锰烧结矿、高铁烧结矿的品位，以及二者的配比，对25500VA矿热炉冶炼锰硅合金料批进行测算，料批的综合锰可提高到35.89％，其它综合有效成分也得到大幅度的提高，优化了料批结构，以此料批进行锰硅合金的生产，减少了价格较贵的澳锰矿配入量及白云石的配入量，且不配萤石。采用兰炭代替焦炭生产锰硅合金，采取合理使用碳酸锰烧结矿的有效措施后，相对料批中不用碳酸锰矿或少用碳酸锰矿的料批渣量明显减少，降低了渣铁比，提高了锰回收率。另外，全部采用烧结熟料生产锰硅合金，吨产品还原剂的消耗量降低约5％、锰回收率达到90％、产品成本降低283元/吨；全部采用兰炭代替焦炭生产，实现吨产品成本降低288元/吨；综合实现生产成本降低571元/吨。

上述工艺方法，将碳酸锰矿破碎加工后，与其它辅料混合并烧结得到两种成品矿，即高锰烧结矿和高铁烧结矿；经过烧结工艺后，富集了矿石中的锰含量，达到37％～41％，进而提升了矿热炉综合入炉锰含量；另外，采用兰炭代替焦炭生产锰硅合金，也可有效提升矿热炉综合入炉锰含量；在实际生产过程中，全部采用加纳碳酸锰矿烧结矿进行生产，打破了传统的以氧化锰矿为主导、原矿与烧结矿相搭配的原料配比模式，生产运行稳定，生产指标也居于行业领先水平。

实施例2

该碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法，其工艺原理如下。

(1)加纳碳酸锰矿粉的矿物较为简单，其主要金属矿物为菱锰矿，其次为软锰矿、硬锰矿、褐铁矿；是冶炼锰硅合金的优质原料。

(2)碳酸锰矿经破碎加工后与其它辅料混合后烧结得到两种成品矿，即高锰烧结矿和高铁烧结矿；使用碳酸锰矿时，配料中要少使用5％的还原剂。降低入炉还原剂配比数量的积极作用不仅在于降低生产成本，还在于减少单位炉料体积中的导电物质数量，使炉料比电阻增加，并有利于电极深插，提高电炉工作电压和输入电炉的功率，从而使锰的回收率更高。

(3)使用碳酸锰矿的主要优势为：1.储量大；全世界锰矿石的储量以非洲国家居多，但大多数都是氧化锰矿，而碳酸锰矿较少；加纳是碳矿，且储量世界第一；2.经过烧结后的碳酸锰矿成分稳定、储量大，稳定了锰硅合金生产的原料供应，有力的保障了硅锰矿热炉生产的稳定、顺行，提高了矿热炉设备的利用率，进而提升了经济利益；3.品位高：国内锰矿石品位只有13％左右，而加纳锰矿石品位达到28％以上，经过烧结工艺后，富集了矿石中的锰含量，达到37％～41％，进而提升了矿热炉综合入炉锰含量，优化了锰硅合金生产的各项经济指标。

(4)全部采用兰炭代替焦炭生产锰硅合金，有效降低生产成本；相比一般意义的焦炭产品，兰炭以其固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低、价格低的特性，以取代冶金焦炭生产锰硅合金。

Claims (6)

1.一种利用全碳酸锰矿生产锰硅合金的工艺方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

（1）原料预处理：将碳酸锰矿破碎筛分为粒度≤6mm的碳酸锰矿粉；将兰炭破碎筛分为粒度≤6mm的兰炭粉及粒度18mm～35mm的兰炭粒；将硫酸渣烘干至水分≤3%；将电炉回炉渣破碎筛分为粒度≤6mm的电炉回炉渣粉；所采用的碳酸锰矿为加纳碳酸锰矿；

（2）制备高锰烧结矿：按照碳酸锰矿粉90～100份、兰炭粉3～10份的质量份数将上述原料进行混合，再投入烧结机内进行生料烧结，获得高锰烧结矿；

（3）制备高铁烧结矿：按照碳酸锰矿粉55～65份、硫酸渣25～35份、兰炭粉5～10份、电炉回炉渣粉3～8份的质量份数将上述原料进行混合，再投入烧结机内进行生料烧结，获得高铁烧结矿；

（4）制备锰硅合金：按照高锰烧结矿75～85份、高铁烧结矿15～25份的质量份数将上述物料进行混合，再投入矿热炉内进行冶炼，获得锰硅合金。

2.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（1）中，碳酸锰矿的破碎筛分过程为，将碳酸锰矿投入振动筛，将筛出的粒度在6mm～30mm之间的矿石投入单传动高压辊磨机进行破碎，并将获得的粒度≤6mm的碳酸锰矿粉收集待用。

3.如权利要求2所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（1）中，经过振动筛后，筛出的粒度≥30mm的矿石投入多缸圆锥破碎机进行破碎，再返回投入至振动筛进行筛分。

4.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（4）中，投入矿热炉的原料条件为，锰含量≥35%，锰/铁≥5.5，三元碱度为0.6～0.8，Al₂O₃≤4.3%，水分含量≤3%，粒度为10mm～80mm。

5.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（4）中，根据入炉高锰烧结矿和高铁烧结矿的综合成分计算兰炭的配比量，并将粒度在18mm～35mm的兰炭粒作为锰硅合金生产的还原剂投入矿热炉内。

6.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（4）中，将硅石作为锰硅合金生产的溶剂投入至矿热炉内。

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