高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼工艺研究

2019-01-03唐庚飞

中国金属通报 2019年8期

兰忠，唐庚飞

（1.靖西市大西南锰业有限公司，广西百色 533803；2.广西大锰锰业集团有限公司，广西南宁 530008）

近年来，国内外许多的厂家在高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼工艺方面都进行了大量的探索，并不断的将其引入到实践中，尽管现在国内外各厂家在高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的原料要求和渣型选择等许多方面都有不同的意见，但是大家都认为高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的效果与电炉参数、原料物化性质以及炉前操作制度都有着紧密的联系。

1 高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼工艺的技术措施

大量的实验结果表明：通过提高入炉的有效功率、确定合理的配矿原则和掌握正确的炉前操作制度可以有效的降低硅锰合金冶炼渣、铁比[1-3]。

1.1 提高入炉的有效功率

实验表明，提高高功率矿热炉内生成硅锰合金的冶炼反应的温度可以保证渣中氧化锰和二氧化硅能够最大程度的进入到硅锰合金中，而且氧化锰和二氧化硅对反应温度的要求也十分严格。由于高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼是属于渣法冶炼，所以炉渣碱度会对硅锰合金在高功率矿热炉中分配平衡产生一定的影响。通常终渣碱度越高，表观平衡常数就会越大，渣中的氧化锰浓度就会降低。但是锰的回收率的高低并不只是由渣中氧化锰的浓度决定，这是因为终渣碱中的浓度是由高功率矿热炉中原料配入的溶剂量和渣中的二氧化硅所决定。如果采用增加高功率矿热炉中的氧化钙和氧化镁的配入量来达到提高炉渣碱度的目的，那么终渣中的氧化锰的含量就会降低，但是锰的实际回收率会受到渣量增加的影响，所以锰的实际回收率通常都比较低，因此还会一定程度的阻碍二氧化硅发生反应。因此，厂家会通过提高硅的回收率以使终渣碱的浓度增大，进而提高锰的回收率，最终使高功率矿热炉中的溶剂配入量降低，最终实现高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的目的。

1.2 确定合理的配矿原则

我国的高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的渣比通常都比较高，这主要是因为我国所使用的锰矿磁材料大多都为贫矿和高锰渣，所以锰矿原料中的含有的三氧化二铝的组分很难被还原，基本上都留在了终渣里。如果终渣中的三氧化二铝的含量过高，且高功率矿热炉的温度较低的时候，那么排渣就会变得比较困难。通常在实际的生产过程中可以采用添加造渣原料的方法解决排渣困难的问题。几年来我国进口锰矿的使用量逐渐增加，为我国的高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼工艺提供了一个良好的环境。但是我国在实际的配矿方面对高功率矿热炉原料中的三氧化二铝组分的重视度还远远不够，因此并没有将铝锰比低的原料投入到高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼工艺中[4-6]。

理论上高功率矿热炉中炉渣的粘度是决定终渣能否顺利排放的主要因素，而炉渣的粘度的大小则是由渣的组成成分和炉渣的温度所决定。通常情况下，当高功率矿热炉中炉渣中的二氧化硅的含量一定的时候，炉渣中的三氧化二铝的含量是影响炉渣粘度大小的主要因素。如果高功率矿热炉中炉渣的稳定超过了1500℃，那么炉渣中的三氧化二铝的含量的变化对渣的粘度的影响就不会太明显。为了保证排渣足够的顺畅，既可以适当的降低原料的硅锰比，也可以适当的提高冶炼的温度。

1.3 掌握正确的炉前操作制度

高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的实际过程中，高功率矿热炉的内炉料融化和渣中的主要组分为氧化锰和二氧化硅，氧化锰和二氧化硅的还原反应是在同一时刻进行的。在一个高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的周期内，实现低渣比冶炼的重要环节是如何使炉内的化料速度与反应速度保持一致。通常一个合理的炉前操作制度主要表现在一下三个方面。

（1）保证电极在炉料中的埋入深度满足标准要求。

单位时间内输入高功率矿热炉中的有功功率转变的热能主要分为两部分：一部分热能主要用于维持熔池反应区的温度，这既可以有效的提高锰、硅的反应速度，又可以提高锰、硅的还原程度；另一部分热能主要用于提高炉料区的温度，进而提高炉料融化的速度，保证熔池反应区的物质不会出现短缺的现象。合理的分配有功功率转变的热能是高功率矿热炉能够平稳高效运行的基本保障。在实际的高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼过程中只有保证电极在炉料具有合理的埋深之后才能通过调整“操作电阻”得到最佳的“炉料配热系数”。调整“操作电阻”主要根据电极间电压梯度的大小，来适当的增减炉料中焦炭配入量，同时还需要对焦炭的粒度级配进行适当的调整。

（2）高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼应该选择恒功率的操作制度。

进行高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的时候，炉膛中的炉渣温度和焦炭厚度都是呈周期性发生变化。为了确保高功率矿热炉能够平稳高效的运行，那么应该前一次出炉至下一次出炉之间的电极顶端位置处的移动保持稳定，这不仅能够确保高功率矿热炉中的还原反应保持稳定，而且还可以保证输入的有功功率保持恒定。如果在进行高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的时候采取恒定电流的操作方式就达不到上述的要求，通常在实际的生产过程中，炉前仪表工实现恒功率操作主要是依据电极把持器，根据电极把持器的位置，形成一个电极电流先升后降的控制模式，进而形成恒功率。

（3）确定合理的高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼周期。

理论上高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的周期应该是由熔池反应区的容积和渣中锰、硅元素的还原程度所决定。但是实际的高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼过程中，炉内通常都不会发生“翻渣”的现象，因此可以适当的延迟高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼的时间，尽可能的降低热量的损失，有效的提高炉膛的温度。高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼时的入炉有功功率的提高可以保证炉内焦炭层反应区的温度处于稳定状态，这样才可以有效的提高锰、硅的还原率。而且在这种情况下，延长硅锰合金低渣比冶炼的时间很容易使出铁时的温度过高，导致硅锰合金中的锰挥发，最终使得锰的回收率降低。如果氧化锰的含量已经接近了还原平衡的“乏渣”，还将氧化锰保留在高功率矿热炉中加热，就会使得硅锰合金低渣比冶炼需要消耗的电量大幅度的增加。所以在确定硅锰高功率矿热炉中的冶炼周期应该取决于实际生产中消耗的电量、材料用量等重要指标。