提高锰硅合金品级率途径的探讨

杨忠姚,朱仕林,唐继洪

(云南文山斗南锰业股份有限公司,云南砚山 663101)

锰硅生产以混合锰矿搭配一定量的硅石(也可以不加硅石),以焦炭为还原剂,在矿热炉内进行还原反应,以获得一定含锰、含硅量的铁合金生产过程。其冶炼过程中,根据所生产的牌号,通过控制用料结构、炉渣碱度、用碳量、用电制度,达到控制合金含锰、含硅、含碳、含磷、含硫量的目的。

诸多同行对如何提高锰硅合金品级率,做了大量实践,本文就如何采取有效措施提高锰硅合金品级率进行论述。

1 用料结构的选择

1.1 使用碳锰渣、水洗烧结、富锰渣,提高混合锰矿二氧化硅含量

在锰硅冶炼中,混合锰矿中的SiO2是有益成分,提高混合锰矿SiO2含量,减少硅石用量,有利于炉料正常的温度梯度分布,否则,由于硅石中 SiO2的主要晶相以单晶Si形式存在,熔点高,用量过多,会造成炉料温度梯度大,还原反应难以进行,Si回收率降低。

碳锰渣富含 MnO、SiO2、CaO、MgO 等有益成份,其中SiO2含量35％以上、CaO含量35％以上、碱度及锰铁比高的化学特性,既可以代替白云石调整炉渣碱度,又可以用于调整混合锰矿的锰铁比,还可以有效提高混合锰矿SiO2含量、减少硅石用量。

水洗烧结富含MnO、Fe2O3、SiO2等有益成份,其中SiO2含量35％以上、锰铁比低的化学特性,既可以有效提高混合锰矿SiO2含量、减少硅石用量,又可以调整混合锰矿的锰铁比。

富锰渣富含MnO、SiO2等有益成份,其中SiO2含量30％以上、Mn含量26％以上的化学特性,可以有效提高混合锰矿SiO2含量。

2010年6-8月,斗南锰业铁合金二厂,先后使用碳锰渣、水洗烧结、富锰渣在12 500 kVA电炉上冶炼锰硅合金,硅回收率及硅元素合格率获得了大幅提升。统计数据见表1～3。

表1 未使用碳锰渣、水洗烧结、富锰渣的统计数据

表2 使用碳锰渣、水洗烧结的统计数据

表3 使用碳锰渣、水洗烧结、富锰渣的统计数据

从表1～3的统计数据可以看出,使用碳锰渣、水洗烧结、富锰渣后,混合锰矿的二氧化硅含量由20.5％提高到了24.1％,SiO2与 Mn品位之比由0.63提高到了0.8,硅石用量由205 kg/批减少到了55 kg/批,硅元素的回收率由38％提高到了45％,硅元素合格率由60.72％提高到了95.41％,效果十分明显。

1.2 选用贵州焦作为主要还原剂

贵州焦具有还原活性好、孔隙度大、高温下比电阻高的特性,选用贵州焦作为主要还原剂,可提高硅回收率,且获得稳定适宜的渣型、及渣色。2010年6-8月,斗南锰业铁合金二厂,在12 500 kVA电炉上进行了焦碳结构调整实验,实验数据如表4～6。

表4 未使用贵州焦的实验数据

从表4～6实验数据可以看出,在锰矿石结构不变的情况下,随着贵州焦配比的增加,硅回收率由43％提高到了50％,硅元素合格率由93.12％提高到了 97.23％,渣中的 SiO2含量由 45.3％降至35.43％。贵州焦的还原效果十分理想。

2 工艺参数的选择

2.1 炉渣碱度的选择

炉渣碱度一般控制在0.5～0.8之间为宜。应该强调的是,炉渣碱度的提高不是一味地靠提高初渣碱度,而是靠提高硅回收率来实现。

表5 使用58％贵州焦的实验数据

表6 全部使用贵州焦的实验数据

2.2 用电制度的选择

用电制度的选择也很重要,一次电流及二次电压的选择应合理搭配,通过实践证明：在变压器性能允许的情况下,选择相对偏高的一次电流及二次电压,有利用提高温度、提高元素回收率、增加产量[1]。

2.3 混合锰矿锰铁比的选择

由于氧化锰较SiO2容易还原,产品锰品位的控制关键就是混合锰矿锰铁比的控制,根据混合锰矿锰品位、锰回收率及合金含硅量的不同,混合锰矿锰铁比的取值也略有不同,一般选择5.5～6.5之间。

2.4 混合锰矿磷锰比的选择

炉料中磷的氧化物在较低温度下即被还原,还原反应按下式进行：

2/5P2O5+2C=4/5P+2CO △G=85 100-81.32

其开始反应温度为773℃,在锰硅合金冶炼温度下,炉料中的磷约有75％进行合金,是极易还原入合金的元素[2],故而,必须严格控制混合锰矿磷含量,混合锰矿磷锰比控制0.002 5以下,可有效避免产品含磷超标。

3 产品质量的跟踪及调整

3.1 对用碳量的判断及调整

不同的炉型,正常生产期间,电极的插入深度在一定范围内,当电极插入过浅,电流声大,出炉时排渣排铁困难、渣量减少,渣含锰偏低,合金含硅偏高,此用碳量过足,应适当在料批中减少焦碳用量,若情况严重的,可直接向炉口电极附近附加一定量的无焦碳料或从料批里配一定量的无焦碳料批；当电极插入过深,炉口有翻渣现象,出炉时排渣排铁容易、渣量偏多,渣含锰偏高,合金含硅偏低,此用碳量过少,应适当在料批中增加焦碳用量,若情况严重的,可直接向炉口电极附近附加一定量的焦碳。

3.2 对炉渣碱度的判断及调整

生产中常常通过观察渣量和炉渣的流动性来判断炉渣碱度,同一电炉,在用料结构、用电制度、用碳量一定的情况下,炉况正常时,每炉所出的渣铁体积比基本一致。如果渣多铁少,渣流动性很好,说明碱度偏高,应适当降低料批中的初渣碱度；如果渣量少,渣发黏,流不出来,出铁口挂渣,电极脚陪有翻渣现象,说明碱度偏低,应适当提高料批中的初渣碱度,情况严重的,可直接向电极脚附加高碱度的矿石及白云石。

另外,决定炉渣碱度的因素,还有焦炭的用量,由于许多因素的影响,在冶炼过程中炉渣碱度随时会有变化,同样的配碳量也会出现碳量不足或过剩现象,需要及时调整,这些调整必须全面准确判断炉况后再进行,因为炉况的各种变化因素都是互相影响的。例如当炉渣碱度偏低时,可能是焦炭量不够,SiO2不能按预期比例还原,导致炉渣碱度偏低,此时应增加焦炭用量；也有可能是由于炉渣碱度的偏低,焦炭颗粒被粘稠的渣液包裹,熔液中的传质速度大大降低,妨碍了SiO2的还原[1],此时就应提高初渣碱度。

3.3 对产品化验结果的判断及调整

当合金含锰超过67％时,为减少锰金属的浪费,应向炉口电极附近附加一定量的高铁锰矿石或铁矿石(建议附加铁矿石),适当降低料批锰铁比。

当合金含锰低于65％时,可向炉口电极附近附加一定量的高锰铁比矿石或从料批中配加一定量的升锰料批(由高锰铁比矿石、硅石、焦碳组成的料批,使用该料批可在两炉次内将产品含锰提升1％～2％。),并适当提高料批锰铁比。

当合金含磷超标时,应适当降低料批磷锰比。

当合金含硅低标时,应根据炉况、出炉情况、硅石、焦碳用量综合分析,并作出相应调整,炉况好的,可从料批中配加一定量的升硅料批(由高二氧化硅矿石、硅石、焦碳组成的料批,使用该料批可在两炉次内将产品含硅提升0.5％～1.5％。)。

4 结论

1)锰硅生产应优先使用碳锰渣、富锰渣提高混合锰矿二氧化硅含量,尽可能减少硅石、白云石、萤石等辅料用量；

2)选择还原活性好、孔隙度大、高温下比电阻高的贵州焦作为主要还原剂；

3)及时跟踪炉况、化验数据,并及时作出相应调整,可获得比较高的品级率。

[1]赵乃成,张启轩.铁合金生产实用技术手册[M].北京：冶金工业出版社,1998.

[2]刘卫.铁合金生产[M].北京：冶金工业出版社,2005.