中低碳錳鐵生產方法及其冶煉原理
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      中低碳錳鐵生產方法及其冶煉原理

      • 2021年08月26日 09:35
      • 來源:中國鐵合金網

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      • 關鍵字:錳礦,鐵合金,鋼鐵,硅鐵
      [導讀]中低碳錳鐵生產方法及其冶煉原理

      中低碳錳鐵生產方法及其冶煉原理

      中低碳錳鐵生產方法主要有電硅熱法、搖爐法和吹氧法三種,均采用間斷式操作。

      1.電硅熱法

      電硅熱法冶煉中低碳錳鐵的實質是用礦熱爐生產的錳硅合金中的硅作為還原劑,在精煉爐內還原礦石中的氧化錳,待合金中的硅降到規定限度后,其產品即為中低碳錳鐵。

      配入爐料的錳礦石在受熱過程中,錳的高價氧化物隨著溫度的升高逐步分解,變成低價氧化物。

      錳礦受熱分解生成Mn3O4以后,在繼續升溫的同時,部分高價氧化物直接與硅反應生成低價氧化物和錳金屬,其反應為

      2Mn3O4+Si=6MnO+SiO2 (1)

      Mn3O4+2Si=3Mn+2SiO2  (2)

      沒有還原的Mn3O4,熱分解生成MnO,熔化進入爐渣中。繼續被合金熔液中的硅還原。其反應式為

      2MnO+Si=2Mn+SiO2 (3)

      由于反慶生成物SiO2與MnO結合生成(MnO•SiO2),造成反應物MnO的活度降低,正向反應變得困難,為國提高MnO的還原效果,提高錳的回收率,需要在爐中配入一定量的石灰,將MnO從硅酸鹽中置換出來,其反應式為

      CaO+MnOSiO2=MnO+CaOSiO2 (4)

      2CaO+MnO•SiO2=MnO+2CaO•SiO2 (5)

      爐渣堿度與MnO活度系數的關系如下表所示。 

      爐渣堿度與MnO活度系數的關系表

      n(CaO)/n(SiO2)

      1

      1.1

      1.2

      1.3

      γMnO

      0.3

      0.43

      0.6

      0.81

       2.搖爐法

      搖爐法冶煉中低碳錳鐵是20世紀70年代后才發展起來的一種節能冶煉新技術,其中搖爐用于中低碳錳鐵預煉的方法稱為搖爐電爐法,搖爐用于直接產出中低碳錳鐵的方法作搖爐硅熱法。

       (1)搖爐電爐法

      搖爐電爐法是搖爐冶煉應用的主要方法,實行搖爐電爐法的基本前提是三爐聯動,生產流程如圖1所示。

      首先將精煉爐副產品中錳渣兌入搖爐,再將礦熱爐生產的液態錳硅合金兌入搖爐。

      以55~60r/min的轉速晃動搖爐,在良好的動力學條件下,利用錳硅合金中的硅還原錳渣中MnO,反慶切換釋放的化學熱保證冶煉正常進行,其化學反應方程式見反應(3).待渣中MnO貧化到規定要求后傾爐,倒出的廢渣經水淬后用于生產建材,液態合金對入精煉爐直至煉出合格的中碳錳鐵;精煉爐內的化學反應與電硅熱法相同。

      (2)搖爐硅熱法

      搖爐硅熱法生產中低碳錳鐵由日本水島鐵合金首創并投入正規化生產,我國也有兩家鐵合金廠進行試驗并獲得成功。它是先將在豎爐內預熱到600~800℃的錳礦石和石灰放入搖爐,然后兌入礦熱爐生產的液態錳硅合金,開始搖爐,搖速為1~65r/min,操作時視爐內化學反應的激烈程度 而逐步提高搖速,錳氧化物的主要還原反應式為

      2Mn2O3+Si=4MnO+SiO2
      2MnO+Si=2MnO+SiO2

       脫硅反應中大部分奪是在熱兌錳硅合金的過程中完成,小部分是靠搖爐的充分攪動繼續完成。待合金中的硅基本上氧化完畢,反應趨于平靜時傾爐,倒出的渣液冷凝后破碎供礦熱爐冶煉錳硅合金使用。液態合金澆鑄后分牌號精整堆存。

      3.吹氧法

      (1)吹氧脫碳法

      吹氧脫碳法生產中低碳錳鐵以高爐或礦熱電爐冶煉的液態高碳錳鐵為原料,熱兌到轉爐中,通過氧槍吹入氧氣,氧化高碳錳鐵中的碳的冶煉過程。1975~1978年在國內進行了工業試驗獲得成功。

      當環境溫度低于1300℃時,高碳錳鐵各元素的氧化物穩定性依Si,Mn,C,P,Fe順序排列,隨著溫度升高,排列順序發生改變;吹氧脫碳法就是利用溫度高于1670℃以上時CO的穩定性大于Si,Mn,Fe的氧化物這一原理,在抑制Mn元素過量氧化的基礎上脫碳保錳,生產中低碳錳鐵。

       吹氧脫碳法的主要化學反應式為

      各元素氧化反應自由能變化與溫度的關系如圖2所示。

      在吹煉過程中合理的溫度控制是關鍵,熔池溫度低于1550℃時主要是碳和錳元素氧化入渣;溶池溫度高于1850℃時錳元素揮發在4%以上,特別是在中心氧焰區液面溫度高達2200~2700℃,造成錳元素大量揮發。實際生產要求熔池溫度控制在1650~1850℃范圍內,溫度過高時應加冷卻劑(中碳錳鐵)。吹煉結束時,錳元素氧化入渣量約占高碳錳鐵帶入錳量的30%左右,需添加錳硅合金進行后期處理,出爐的合金待鎮靜冷卻后澆鑄,渣液待冷卻后破碎返至錳硅合金冶煉車間使用。

       (2)吹氧脫硅法

       吹氧脫硅法是以礦熱電爐生產的液態錳硅合金為原料熱兌入轉爐,通過氧槍吹入氧氣氧化錳硅合金中的硅,制取中低碳錳鐵。其操作工藝與吹氧脫碳法相似。1978年國內進行液態錳硅合金吹氧脫硅煉制中低碳錳鐵試驗獲得成功。吹煉過程中爐溫需控制在1500~1600℃。渣液堿度在1.5~1.6,為此需要不斷加入干燥錳礦石、煅燒石灰和螢石等配合料造渣控溫,待吹至樣品含硅量合格后出爐澆鑄,高堿度中錳渣排棄。

      • [責任編輯:tianyawei]

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