CN114908263B - 一种硅锰合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅锰合金制备方法，具体包括原料预热和精准配料和原料混合，完成混合后将原料输送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼。完成冶炼后进行冷却、分离和后处理，完成硅锰合金的制备。本发明冶炼过程中的热量来自于点燃引发剂所产生的热量，而不使用电力作为能源，大大降低了生产过程中的电力成本；同时不使用体积较大且构造复杂的电炉作为反应容器，降低了生产的设备和场地投资。另外应用本发明还可以提高锰回收率，同时可以降低碳、磷和硫等元素的质量分数。

Description

一种硅锰合金制备方法
技术领域
本发明涉及一种铁合金冶炼方法，尤其是一种炉外法制备硅锰合金的方法。
背景技术
硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的一种合金。在众多铁合金中硅锰合金的产量相对较大，同时其用途也相当广泛。锰硅合金通常作为炼钢中的复合脱氧剂，同时也被当做还原剂用于生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰。目前制备硅锰合金的常用方法为电炉法，具体来说就是将锰矿石、硅石和焦炭等还原剂按工艺要求进行配料混合，然后将混合后的原料输送至电炉内进行治炼。电炉为连续还原冶炼，定时间歇出铁。出炉的铁水铸锭成形后经精整破碎，包装出厂。采用电炉法生产硅锰合金，还原电炉是主要治炼设备，在电炉内硅、锰矿石和还原剂在电炉中靠电弧放电来引发反应，进行冶炼，加热熔炼物料及进行反应所需的能量为电能。采用这种方法来生产硅锰合金所耗费的电能相当巨大，生产一吨硅锰合金大约要消耗5500kW•h~6500kW•h，因此生产成本相对较高。同时电炉的体积较大并且结构复杂，因此其对于生产场地的要求较高，这也为电炉法生产硅锰合金的应用带来一定的困难。另外采用电炉法生产硅锰合金的锰回收率相对较低，一般低于80%，同时产品的碳、硫和磷的质量分数较高，硅锰合金产品无法达到相关标准的要求。
发明内容
为了解决现有技术中电能消耗较高、设备复杂且占地面积较大、锰回收率较低且碳、硫和磷的质量分数较高的问题，本发明提供了一种硅锰合金制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备。
进一步地，所述锰矿石中锰的质量分数不小于20%，锰与铁的质量比不小于5。
进一步地，所述步骤（1）中预热温度为200℃~900℃。
进一步地，所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂0.5~2份，硅铁粉2-8份，锰矿石为2-8份，原料经搅拌混合后温度为150℃~450℃。
进一步地，所述步骤（3）中引发剂为镁屑。
进一步地，所述造渣剂为石灰造渣，所述脱硫剂为白灰，所述硅铁粉为75#硅铁粉。
进一步地，所述步骤（3）中冶炼的温度为1300℃~1600℃，冶炼时间为10min~20min。
进一步地，所述步骤（4）中，经过人工精整后的硅锰合金中锰的质量分数不小于60%，硅的质量分数不小于17%。
进一步地，所述步骤（4）中，经过人工精整后的硅锰合金中碳的质量分数不大于0.15%，磷的质量分数不大于0.05%，硫的质量分数不大于0.003%
应用本发明所提供硅锰合金制备方法的有益效果为：
本发明采用炉外法代替了原有的电炉法，冶炼过程中的热量来自于点燃引发剂所产生的热量，而不使用电力作为能量的来源。这种方法在冶炼过程中不使用电力，因此大大降低了生产过程中的电力成本。同时不使用体积较大且构造复杂的电炉作为反应容器，而是使用结构相对简单且体积较小的反应炉，这也大大降低了硅锰合金冶炼过程中对于生产场所的要求，从另一方面也降低了生产的设备和场地投资。应用本发明所提供的硅锰合金制备方法，由于出料过程中没有热出料的过程，避免了锰的挥发流失，因此大大提高了锰的回收率，同时可以降低碳、磷和硫等元素的质量分数，其中碳的质量分数不大于0.15%，磷的质量分数不大于0.05%，硫的质量分数不大于0.003%，提高硅锰合金的产品质量。
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。
图1为本发明硅锰合金制备方法的流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1
本实施例采用如图1所示硅锰合金制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为33%，锰与铁的质量比为5。所述步骤（1）中预热温度为900℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂1份，硅铁粉4份，锰矿石为4份，原料经搅拌混合后温度为400℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1500℃，冶炼时间为10min。
以本实施例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为60%，硅的质量分数为25%，锰的回收率为83%，碳的质量分数为0.13%，磷的质量分数为0.04%，硫的质量分数为0.003%。
实施例2
本实施例采用如图1所示硅锰合金制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为34%，锰与铁的质量比为6。所述步骤（1）中预热温度为200℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂0.5份，硅铁粉4份，锰矿石为4份，原料经搅拌混合后温度为150℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1300℃，冶炼时间为10min。
以本实施例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为63%，硅的质量分数为21%，锰的回收率为82%，碳的质量分数为0.14%，磷的质量分数为0.04%，硫的质量分数为0.003%。
实施例3
本实施例采用如图1所示硅锰合金制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为35%，锰与铁的质量比为5。所述步骤（1）中预热温度为900℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂1份，硅铁粉4份，锰矿石为6份，原料经搅拌混合后温度为450℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1600℃，冶炼时间为20min。
以本实施例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为65%，硅的质量分数为20%，锰的回收率为83%，碳的质量分数为0.15%，磷的质量分数为0.04%，硫的质量分数为0.002%。
实施例4
本实施例采用如图1所示硅锰合金制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为36%，锰与铁的质量比为6。所述步骤（1）中预热温度为500℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂2份，硅铁粉8份，锰矿石为8份，原料经搅拌混合后温度为300℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1400℃，冶炼时间为15min。
以本实施例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为65%，硅的质量分数为28%，锰的回收率为84%，碳的质量分数为0.14%，磷的质量分数为0.03%，硫的质量分数为0.002%。
实施例5
本实施例采用如图1所示硅锰合金制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为38%，锰与铁的质量比为5。所述步骤（1）中预热温度为500℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂2份，硅铁粉4份，锰矿石为8份，原料经搅拌混合后温度为300℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1600℃，冶炼时间为10min。
以本实施例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为65%，硅的质量分数为25%，锰的回收率为85%，碳的质量分数为0.12%，磷的质量分数为0.03%，硫的质量分数为0.002%。
实施例6
本实施例采用如图1所示硅锰合金制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为35%，锰与铁的质量比为5。所述步骤（1）中预热温度为500℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂1份，硅铁粉6份，锰矿石为6份，原料经搅拌混合后温度为300℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1300℃，冶炼时间为15min。
以本实施例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为65%，硅的质量分数为23%，锰的回收率为82%，碳的质量分数为0.14%，磷的质量分数为0.04%，硫的质量分数为0.003%。
实施例7
本实施例采用如图1所示硅锰合金制备方法，具体包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为35%，锰与铁的质量比为5。所述步骤（1）中预热温度为900℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂1份，硅铁粉4份，锰矿石为6份，原料经搅拌混合后温度为450℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1300℃，冶炼时间为20min。
以本实施例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为67%，硅的质量分数为23%，锰的回收率为84%，碳的质量分数为0.12%，磷的质量分数为0.02%，硫的质量分数为0.002%。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为33%，锰与铁的质量比为5。所述步骤（1）中预热温度为900℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂1份，硅铁粉4份，锰矿石为4份，原料经搅拌混合后温度为400℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1500℃，冶炼时间为10min。
对比例1与实施例1的区别在于，对比例中没有加入脱硫剂。以本对比例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为60%，硅的质量分数为25%，锰的回收率为83%，碳的质量分数为0.13%，磷的质量分数为0.12%，硫的质量分数为0.006%。在没有加入脱硫剂的情况下，硅锰合金中磷的质量分数和硫杂质元素相对较高。
对比例2
本对比例包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备；
其中锰矿石中锰的质量分数为33%，锰与铁的质量比为5。所述步骤（1）中预热温度为900℃。所述步骤（2）中造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂1份，硅铁粉4份，锰矿石为4份，原料经搅拌混合后温度为400℃。所述步骤（3）中引发剂为镁屑。冶炼的温度为1500℃，冶炼时间为10min。
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2中的脱硫剂与造渣剂、硅铁粉和锰矿石一同进行混拌和进料。以本对比例方法制备的硅锰合金中锰的质量分数为60%，硅的质量分数为25%，锰的回收率为83%，碳的质量分数为0.13%，磷的质量分数为0.10%，硫的质量分数为0.005%。将脱硫剂与其他原料共同进行混拌和进料的情况下，硅锰合金中磷的质量分数和硫的质量分数与对比例1相比有一定降低，但是脱硫脱磷效果并不显著。
以上仅为本发明的具体实施例而已，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 (6)

1.一种硅锰合金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）原料预热，将锰矿石和硅铁粉输送至回转窑中进行预热烘干；
所述锰矿石中锰的质量分数不小于20%，锰与铁的质量比不小于5；
（2）精准配料混合，将造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按比例进行精准配料，精准配料后将造渣剂、硅铁粉和锰矿石输送至搅拌机中进行混拌；所述造渣剂为石灰造渣，所述脱硫剂为白灰，所述硅铁粉为75#硅铁粉；所述造渣剂、脱硫剂、硅铁粉和锰矿石按重量份配比为造渣剂1份，脱硫剂0.5~2份，硅铁粉2-8份，锰矿石为2-8份，原料经搅拌混合后温度为150℃~450℃；
（3）冶炼，在反应炉底铺置引发剂，将脱硫剂和混合后的原料输分别送至反应炉中，点燃引发剂，利用引发剂引发的高温完成硅锰合金的冶炼；
（4）冷却、分离和后处理，冶炼结束后利用空冷对硅锰合金进行冷却，冷却后将反应炉体、炉渣与硅锰合金进行分离，去除硅锰合金表层渣皮，将去除渣皮之后的硅锰合金输送至破碎机中进行破碎，破碎后的硅锰合金进过人工精整后包装入库，完成硅锰合金的制备。
2.根据权利要求1所述硅锰合金制备方法，其特征在于，步骤（1）中，预热温度为200℃~900℃。
3.根据权利要求1所述硅锰合金制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述引发剂为镁屑。
4.根据权利要求1所述硅锰合金制备方法，其特征在于，步骤（3）中，冶炼的温度为1300℃~1600℃，冶炼时间为10min~20min。
5.根据权利要求1所述硅锰合金制备方法，其特征在于，步骤（4）中，经过人工精整后的硅锰合金中锰的质量分数不小于60%，硅的质量分数不小于17%。
6.根据权利要求1所述硅锰合金制备方法，其特征在于，步骤（4）中，经过人工精整后的硅锰合金中碳的质量分数不大于0.15%，磷的质量分数不大于0.05%，硫的质量分数不大于0.003%。
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