硅锰合金的冶炼要点文档格式.docx
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0.3
0.19
FeMn83C0.4
一类硅锰
SiMn-1
20.0
66.0
0.5
FeMn80C0.7
二类硅锰
SiMn-2
19.0
67.0
0.8
FeMn78C1.0
三类硅锰
SiMn-3
17.0
68.0
1.3
FeMn75C1.5
生产硅锰合金的原料有锰矿、富锰渣、硅石、焦炭。
生产硅锰合金可使用一种锰矿或几种锰矿（包括富锰渣）的混合矿。
为保证炼出合格产品，矿石中的锰铁比和锰磷比应满足一定要求，见表1-2所示。
所用的锰矿含锰越高，
表1-2
炼制合金
要求
Mn%≥
Mn/Fe≥
P/Mn≤
37
7
0.0020
35
6
0.0025
33
5.5
31
5.0
Mn60Si20
4.5
Mn60Si17
30
0.0030
Mn60Si14
3.5
0.0035
图1-1
各项指标越好，图1-1为锰矿品位对硅锰合金技术经济指标的影响。
锰矿中二氧化硅含量通常不受限制。
采用含二氧化硅较高的锰矿（30~40%SiO2）来冶炼硅锰合金在技术上是允许的，在资源利用上是合理的。
锰矿中的杂质P2O5要低，P2O5使合金中磷含量升高。
锰矿粒度一般为10~80mm，小于10mm不超过总量的10%。
对于硅石的要求，SiO2≥97%，P2O5＜0.02，粒度10~40mm，不带泥土及杂物。
对于焦炭的要求，固定碳≥84%，灰分≤14%，焦炭粒度，一般中小电炉使用3~13mm，大电炉使用5~25mm。
对于石灰的要求与碳素锰铁对石灰的要求相同。
为了改善硅的还原，炉料中必须有足够的SiO2使在酸性渣中进行冶炼，渣中SiO2过高，会使排渣困难，通常冶炼硅锰合金的炉渣成分：
（SiO2）=34~42%，
CaO+MgO
=0.6~0.8Mn＜8%
SiO2
锰的高价氧化物不稳定，受热后容易分解和被CO还原成低价的氧化物MnO，在1373K~1473K的温度区间，锰的高价氧化物已经分解或还原成MnO。
MnO较稳定，只能用碳直接还原，由于炉料中SiO2较高，MnO在没开始还原时就与它反应成硅酸盐，富锰渣中的硅锰也是硅酸盐的形式存在，因此从MnO中还原锰的反应，实际上是液态炉渣的硅酸盐中进行还原的。
由于锰与碳组成稳定的化合物Mn3C，用碳还原MnO得到的不是纯锰，而是锰的化合物Mn3C。
MnO·
SiO2+
4
C=
1
Mn3C+SiO2+CO
3
炉料中的氧化铁比氧化锰容易还原，还原出来的铁与锰组成共熔体，大大改善了MnO的还原条件。
温度升高，硅也被还原出来，其反应式是：
SiO2+2C=Si+2CO
由于硅与锰生成比Mn3C更稳定地化合物MnSi，当硅遇到了Mn3C时，Mn3C中的碳被排挤出来，使合金含碳量下降，其反应式为：
1/3Mn3C+Si=MnSi+1/3C
被还原出来的硅越多，碳化物破坏得越彻底，合金的含碳量就越低。
用碳还原炉料中的硅和锰生产硅锰合金，其总反应式：
SiO2+3C=MnSi+3CO△Fo=3821656.6-2435.67T
由于还原出来的硅与锰结合生成MnSi，从而改善了还原条件。
合金中的含硅量越低，SiO2的开始还原温度越低，例如，冶炼硅锰20时，SiO2开始还原温度为1763K，冶炼硅锰14时为1748K。
生产硅锰合金的工艺与生产碳素锰铁基本相同，但在炉况的掌握上比生产碳素锰铁要难些。
为此在操作上更要求做到精心细致，正确的判断炉况和及时处理。
正常炉况的标志是电极插入深度合适，炉料均匀下沉，炉口冒火均匀，成分稳定和各项技术经济指标良好。
准确的配料比是保证得到正常炉况的关键。
配料比中的主要问题是配碳量问题。
当炉料中还原剂过多时，炉料导电性增强，电流上涨电极上抬，坩埚缩小，疵火塌料现象增多，炉口的外观和炼硅铁时的还原剂过多时有些相同，由于炉料中有过多的还原剂，二氧化硅还原较多因而合金中硅高。
若还原剂过剩量太大，电极上抬很严重，炉底温度低，合金中硅含量反而下降。
当炉料中还原剂不足时，电极下插深，炉口火焰低，发暗，由于还原剂不足，渣中二氧化硅高，渣发粘，出铁时铁渣不分，合金中硅低碳高。
配碳量是根据公式计算出来的，但要把炉上的一些实际情况考虑进去。
例如炉渣碱度大渣稀，出铁带走的生料多，配料量可以大些，又如旧的出铁口炉眼大，出铁时带走的焦炭多，配碳量也要大一些。
炉渣的碱度对硅锰合金的冶炼也有很大的影响。
碱度过高，成渣温度大大下降，炉内温度提不高，加之CaO与SiO2结合成硅酸盐，这些都使SiO2的还原困难，合金含硅量上不去。
此外，碱度过高，炉渣过稀，出铁时带走的生料多，出铁口也容易烧坏，炉眼也不好堵，因此碱度太高是不好的。
碱度太低，渣发粘，排渣困难，排渣不彻底，容易引起翻渣，碱度太低，电阻大，炉渣的导电性大大下降，常常给不满负荷，因而炉温低，坩埚缩小，化料速度慢，生产率低。
由于炉温低和渣发粘，SiO2还原发生困难，合金中硅低碳高，渣中跑锰多。
生产中可根据渣量和渣的流动性来判断炉渣碱度，正常冶炼时，每炉的渣量和铁量在一定范围内波动。
若出渣过多，出铁较少，说明碱度高；
若渣量少，流不出来，出铁口挂渣，说明碱度低。
炉渣的流动性和碱度直接相关，渣稀，碱度就高、渣粘、碱度就低。
二氧化硅是较难还原的氧化物，它的还原程度与还原剂的用量特别是与炉温有关。
因此，冶炼硅含量较高的硅锰合金除适当增加还原剂的用量外，关键是怎样提高炉内的温度。
我们知道，在连续冶炼法中，炉渣的熔点对炉温有很大的影响。
在冶炼硅锰合金时，因为炉渣中的SiO2和MnO在12400C会组成低熔点的共晶体，而从MnSiO3中还原得到含硅20%的开始还原温度为14900C，因此冶炼高硅硅锰合金的主要困难也是炉温问题。
锰矿的品位和块度对炉温是有影响的。
锰矿含锰越高，渣量就少，炉温容易上去。
锰矿块度大，透气性好，整个炉口冒火，料层均匀下沉。
原料预热好，落入下部反应区时带入较多的热量，同时块度大，熔化很慢，成渣温度也高，这都有助于炉温的提高。
提高合金的含硅量，还要有一个合适的炉渣成分。
生产实践指出，当碱度（CaO/SiO2）在0.5~0.7之间，合金含硅量高。
此外，炉渣中含有少量的（5~7%）MgO能大大改善炉渣的流动性，又利于炉温的提高，这都能促进SiO2的还原。
电极工作端的长度对炉温是有直接影响的。
9000~12500KVA的电炉冶炼硅锰合金时电极的正常埋入深度为1.2~1.4米，工作电压为130~145V；
3000~6000KVA的电炉冶炼硅锰合金时电极的正常埋入深度为600~800mm。
此外，如出铁口处炉壁变薄，出铁口炉眼太大造成出铁时淌生料严重，也都影响炉温的提高，从而影响合金中硅含量的提高。
锰的回收率是生产硅锰合金的一项重要指标。
提高锰的回收率就是要减少进入炉渣和随同炉气逸出的锰。
炉渣中锰量与炉渣碱度有关。
生产统计中有如下关系，见表1-3。
表1-3
碱度（CaO/SiO2）
0.21~0.3
0.24~0.4
0.41~0.5
0.51~0.6
0.61~0.7
0.71~0.8
0.81~0.9
渣中含Mn量
10.3
9.6
8.35
8.41
7.25
5．76
4.88
碱度越高，渣中含锰量越低，但不应由此得出结论。
碱度越高锰的回收率越高。
因为碱度越高，渣量就越大，虽然渣中的锰的百分比下降，炉渣中总的跑锰量不一定下降。
生产经验认为：
碱度由0.2增大到0.7~0.8时，锰的回收率随着碱度的增加而提高，碱度再高，锰的回收率反而下降。
为了减少随炉气逸出的锰，就要避免高温区过于集中，减少锰的挥发。
因此，二次电压不能过高，电极插得深，料柱厚，炉气外逸时有比较长的行程，以便炉料吸收部分挥发的锰，可以减少锰的汽化损失。
封闭电炉炼硅锰合金时，判断炉况除根据原料情况（粒度、成分）电极位置、炉渣碱度、合金成分、渣量（同敞口炉）外，还要考虑炉气成分，炉膛各部分温度变化等情况对冶炼过程进行全面分析，综合判断，如:
（1）炉膛出口压力波动，炉盖温度局部升高说明炉膛内局部翻渣或刺火。
（2）炉气出口压力增大，炉盖温度未升高，二次电流下降，说明炉内有塌料现象。
（3）炉气出口压力增大，炉盖温度升高，电极波动，出炉压力显著下降，是炉膛内翻渣的象征。
（4）炉气分析中氢含量急剧上升，在原料湿度不变情况下，说明炉内设备有严重漏水现象，应立即停电处理。
如氧气含量增加，说明密封不好，应搞好密封。
近年来，俄罗斯有的工厂利用碱性铝代硅酸盐冶炼硅锰合金，使合金产量提高，单位电耗降低，锰和硅收得率提高。
如当用伟晶花岗岩代替石灰石及一部分硅石时。
按末渣中（Na2O+K2O）为5~7%计算，硅收得率从43.8%提高到48.4%，锰收得率则从73.1%提高到79.3%。
炉渣中合金珠的数量将减少5/6~6/7。
表1-4为利用伟晶花岗岩熔炼硅锰合金的技术经济指标。
伟晶花岗岩，碱性花岗岩这类材料均是电炉铁合金工业的新型溶剂。
普通工业炉渣的粘度在1773K时为0.5~1.0Pa·
s，而在1723K时为0.8~2.0Pa·
s。
当炉渣含7.4%（Na2O+K2O）时，其粘度应降低25%，而当炉渣含15.3%（Na2O+K2O）时，其粘度几乎降低50%，达0.4Pa·
表1-4利用伟晶花岗岩冶炼硅锰合金的主要指标
指标
炉料
采用伟晶花岗岩的炉料
普通炉料
PM3-16.5型炉子工作的昼夜数
9.0
炉子生产能力：
t/d
102.3
96.0
原料中平均锰含量：
%
43.87
43.91
原料单位消耗量：
Kg
锰原料
1730
1885
硅石
257
382
焦炭
420
454
石灰石
-
43
伟晶花岗岩
161
单位电耗：
kW·
h
3820
4060
炉渣的平均化学成分：
MnO
22.2
21.2
48.6
50.3
CaO
11.7
13.5
MgO
1.0
2.2
Al2O3
10.2
8.5
Na2O3+K2O
6.2
3.9
炉渣碱度：
（CaO+MgO）/SiO2
0.26
0.33
（Na2O+K2O）/SiO2比例
0.128
0.078
渣铁比
0.93
1.03
合金元素中各元素的回收率：
Mn
79.3
73.1
Si
48.4
43.8
P
88.1
80.8
俄罗斯有的铁合金厂，使用次石墨作还原剂冶
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