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硅锰合金
    发布时间: 2019-02-13 09:57    

硅锰合金


硅锰合金

        硅锰合金是由锰、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,又是生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。


基本常识

        锰和硅是碳钢中所用的主要合金元素。锰是炼钢过程中最主要的脱氧剂之一,几乎所有的钢种都需要用锰来脱氧。因为用锰来脱氧时所生成的氧产物熔点较低,易于上??;锰还能增大硅和铝等强脱氧剂的脱氧效果。所有的工业钢都需加入少量的锰作为脱硫剂,使钢能进行热轧、锻造及其它工艺而不致断裂,锰还是各钢种中最重要的合金元素,在合金钢中也会添加15%以上的锰以增加钢的结构强度。硅是生铁和碳钢中仅次于锰的最重要的合金元素。在钢生产中,硅主要用作熔融金属的脱氧剂,或作为合金添加剂使钢增加强度和改善其性能。硅还是一种有效的石磨化介质,它能使铸铁中的碳变成游离的石磨碳。加入标准灰口铸铁和球墨铸铁中的硅可达4%。而大量的锰和硅都是以铁合金的形式添加到钢液中的:锰铁、硅锰和硅铁。

        生产锰硅合金的原料有锰矿、富锰渣、硅石、焦炭、白云石(或石灰石)、萤石。生产锰硅合金可使用一种锰矿或几种锰矿(包括富锰渣)的混合矿。由于锰硅合金要求铁、磷含量比高碳锰铁低,故要求冶炼锰硅合金的锰矿有更高的锰铁比和锰磷比。所用的锰矿含锰越高,各项指标越好。


原理

        电炉冶炼硅锰合金与冶炼碳素锰铁一样,炉料中的 FeP先被还原,Mn的高价氧化物在上层分解或被CO还原成低价氧化物 MnO,低价氧化物MnO再与C反应生成碳化物,其反应式可写作         MnO+(1+x)C→MnCx+CO

        随着炉料的下沉进入高温区,C还原SiO2的反应开始发生        SiO2+2C=Si+2CO

        被还原出来的Si再与已生成的MnCx作用生成硅锰合金,并促进了Si的还 原,反应式为        SiO2+2C+MnCx=Mn·Si·Cx+2CO

        生成的Si愈多,碳化物被破坏的愈彻底,合金含碳量也愈低。当合金的含硅量 低于23.5%(如硅锰10、硅锰14、硅锰17和硅锰20),硅破坏碳化物的反应 可写作        (Mn,Fe)7C3+7Si=7(Mn ·Fe)Si+3C

        若含硅量较高,则破坏碳化物的反应可写作        (Mn,Fe)7C3+10Si=7(Mn·Fe)Si+3SiC [2] 


炉渣碱度

        冶炼硅锰合金时,硅和锰是从熔融态的硅酸锰中还原出来。MnO易被还原,而SiO2难被还原。为使SiO2能得到充分还原以保证合金成分,从控制炉渣成分角度来考虑,应选择低碱度炉渣为宜,且碱度愈低愈好。但当碱度低于0.5时炉渣粘度较大,难以从炉内排出;且由于导电性差 而影响电功率在炉膛载体内的均匀分布,难以得到广阔的高温区。结果会使 SiO2不能充分还原,还会导致炉况恶化。影响炉渣碱度的重要因素是SiO2的 还原率。提高炉渣的碱度的途径就是提高SiO2的还原率来实现,不能依靠添 加CaOMgO来实现,因为CaOMgO的增加限制了SiO2的还原,降低 了Mn的回收率。通常情况下,控制炉渣碱度CaO/SiO2=0.5~0.7、CaO+MgO/SiO2= 0.6~0.8较适宜,此时渣中SiO2含量在38~42%、MnO含量在10%左右。


配料计算

        做配料计算,一般按下列程序及要求进行。(1)原料 及产品规格:①确定硅锰合金生产牌号及成分;②确定原料及成分,包括入炉 锰矿、焦炭、硅石、熔剂等项原料。(2)参数选择:①元素分配系数的确定,包括 入合金、入炉渣及挥发损失;②炉渣碱度选择;③焦炭损失系数,包括炉口烧损 和出铁口挑碳,一般按12%计。(3)100 kg锰矿为基础计算:①锰矿搭配比 例计算,经计算得出入炉混合锰矿的搭配比及混合锰矿成分;②需碳量计算; ③硅石量的计算;④补加熔剂量的计算;⑤料批组成(kg),由以上计算得出料 批中锰矿、焦炭、硅石、熔剂等项原料的数量;⑥合金重量及成分计算;⑦炉渣 重量及成分计算。



工艺要点

        ①锰矿粒度:10 mm~80 mm,小于10 mm的不大于10%;②对焦炭的要求:应符合冶金焦条件,固定碳≥84%,灰分≤14%;粒度要求5 mm~25 mm。萤石 中的CaF2≥70%,粒度5 mm~40 mm。对原料的要求与电炉容量大小有关。

        冶炼参数要求:在变压器额定容量为12500 kVA矿热炉条件下:①常用电 压级为143 V;②合适的电极工作端长度1700 mm~2000 mm;③保持三相电 流电压平衡;④控制合适的炉渣碱度,控制 二元碱度R2=0.5~0.7,炉渣中 SiO235~43%、MgO5~9%;⑤料面透气性良好、冒火均匀、炉料均衡大面积下沉(封闭电炉使炉内压力稳定)、电极深而稳定地插入炉料中,这是冶炼过程中炉况正常的重要标志;⑥足够量的还原剂,还原剂不足,易导致翻渣、负荷波 动且送电不足,合金中SiMn的含量下降。

        硅锰合金是在矿热炉中用炭同时还原锰矿石(包括富锰渣)和硅石中的氧化锰和二氧化硅而炼制生产的。锰硅合金的生产在矿热炉内进行,使用碳质还原剂、锰矿石、富锰渣、烧结锰矿、焙烧锰矿和硅石作原料,石灰、白云石、萤石等作熔剂在电炉内连续生产。

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