封闭炉冶炼高硅硅锰

大型封闭炉冶炼高硅硅锰工艺探讨

前言：

高硅硅锰做为普通硅锰产品的一种深加工。因其杂质含量低，尤其是低C，低S,低P产品，高硅硅锰传统的冶炼电炉为敞口或半封闭炉。

1.封闭炉冶炼高硅硅锰的原理

高硅硅锰合金生产的原理和冶炼普通硅锰合金的原理相同。主要化学反应式如下：

（MnO)+(1+X)C=[MnCx]+CO

(SiO2)+2C=[Si]+2CO

(SiO2)+2C+[MnSiCx]=MnSiCx+2CO

高硅硅锰和普通硅锰合金的区别在于合金含硅量不同，对以生成的碳化物的破坏形式不同。当[Si]<23.5%时，破坏碳化物的形式为：(MnFe)7C3+7Si=(MnFe)Si+3C

当[Si]>23.5%时，硅破坏碳化物的形式为：

(MnFe)7C3+10Si=7(MnFe)Si+3SiC

碳还原出来的硅和锰结合生成MnSi,从而改善了还原条件，合金中含硅越高，SiO2开始还原温度也越高。生产硅14%的硅锰时，SiO2开始还原温度是1475℃；生产含硅20%的硅锰时，SiO2的开始还原温度是1490℃，含硅28%的高硅硅锰时，SiO2开始还原温度是1510℃。

2.大型封闭炉冶炼高硅硅锰的难点

2.1电极居高不下，不易下插，刺火严重；炉口温度高，设备损坏大；无功损失大，功率因数低。

2.2高硅硅锰合金铁水温度高，出炉时间长，出铁口氧化侵蚀严重易烧穿，难于维护。

2.3高硅硅锰合适渣型的选择。

2.4炉温高，烟气和粉尘产生量大，烟道与煤气净化系统负荷大。

3.大型封闭电炉生产高硅硅锰的条件

3.1 高硅硅锰合金成分及牌号

3.2 原料的合理搭配

高硅硅锰冶炼和普通硅锰冶炼所需的原料一样为锰矿、焦炭、硅石。但冶炼高硅硅锰比冶炼普通硅锰更讲究矿的搭配合理，锰矿的品位、杂质含量、熔点、硬度、矿物结构和矿物组成等，都对冶炼过程产生影响。在充分考虑矿的冶金特性的同时，还要考虑块矿，粉矿、熟料、生料搭配，来保证炉料的透气性，还原性。在选择入炉品位高的同时，还要考虑原料的矿性要好，锰矿还原是从高价锰逐步向低价锰还原。

527℃900℃1172℃

MnO2→Mn2O3→Mn3O4→MnO

熔化

从MnO2到Mn2O3,到Mn3O4,再到MnO,每一步都需要消耗

焦炭，因此，氧含量高的锰矿需要消耗更多的焦炭，比如使用含氧量低的褐锰矿比使用软锰矿和硬锰矿冶炼效果更好一些；硫是炉渣熔体的表面活性物质，对MnO的熔态还原起催化作用；MnCO3可直接分解为MnO和CO2,从而减少了还原过程的焦炭用量，因此碳酸锰和高硫矿对指标的改善比较明显。冶炼高硅硅锰入炉品位必须保证36%以上。

3.3 还原剂（焦炭）的选择

高硅硅锰所需焦炭即要具有良好的化学性能又要有良好的物理性能。即：反应性能好、比电阻高、固定碳含量高、强度大、块度适宜、透气性和热稳定性好、价格便宜。

某铁合金厂冶炼高硅硅锰使用的还原剂（焦炭）主要是冶金焦。也可以搭配硅石焦和气煤焦。通过近几年在几台大型电炉上的使用效果较好。各台电炉在焦炭品种固定的情况下，在粒度上进行了不断的摸索和尝试。我们认为12500—16500KVA的电炉焦炭粒度应在18—25mm,在25000KVA的电炉上使用22—35mm,或25—40mm。

3.4 渣型的选择

高硅硅锰和普通硅锰渣型的选择一样有三种：镁渣型、钙渣型和铝渣型。从理论上说，使用镁渣型和铝渣型有利于硅的还原，对生产高硅有利。但某铁合金厂使用的矿中氧化镁和氧化铝含量较低，得另外增加含氧化镁和氧化铝较高的附加物来提高渣中氧化镁和氧化铝的含量。并且该厂自产的中锰渣较多，从综合利用

和降低成本考虑选择钙渣型。虽然SiO2和CaO易形成低熔点硅酸盐抑制硅的还原，不利于高硅硅锰生产。但通过生产实践，使用钙渣型同样能满足高硅硅锰的生产要求。合金含硅最高可达36%。

钙渣型、镁渣型、铝渣型其炉渣成分及优缺点见下表：

3.5 炉渣碱度的控制

高硅硅锰渣型的好坏需要炉渣的碱度来控制，碱度高低都各有利弊。使用高碱度操作虽然炉渣流动性好，渣中跑锰低。但是碱度高炉渣导电性增强，电极不易下插，炉口温度高，锰挥发严重，热损失大，设备损害大；碱度高炉墙特别是对出铁口的冲刷侵蚀严重，易造成出铁口烧穿；碱度高硅的利用率降低。

使用低碱度操作电极下插好，对出铁口损失相对较小，并且

硅的利用率高。但是炉渣的流通性不好，出铁口排渣困难，渣中跑锰高。因此高硅硅锰要有一个合适的炉渣碱度。通过实践认为碱度在0.6—0.75之间较为合适。渣型和碱度表：

3.6 二次电压的选择

在保持炉况良好的前提下，二次电压不应选择过低，以便使炉子达到最大的总效率，获得好的技术经济指标。

炉料中焦炭性质不同时，如其电阻较低，所用的电压应选择较低些。反之，焦炭的电阻较高时，所用的电压应选择高些。

不同容量的炉子所选的二次电压也不相同。容量越大，所用二次电压要越高，容量越小的炉子，所用电压应低些。

3.7 合理的供电制度，提高功率因数

合理的供电制度，既能保证电炉有效的利用电能，同时也能保证电炉有一个好的经济技术指标，高硅硅锰生产电极不易下插，功率因数低。但是低压无功补偿设备同时解决上诉两个问题，也为封闭电炉冶炼高硅硅锰创造了条件。

3.8 参数的选择

合理的电炉参数是冶炼任何品种的先决条件，由于冶炼高硅硅锰需要较高的炉膛温度，炉膛温度高有利于二氧化硅的还原且有利于合金硅的提高。因此高硅硅锰合适的极心圆直径比普通硅

锰小，比硅铬大。极心圆功率一般达到2100Kw/㎡即可满足要求。极心圆大，炉膛温度偏低，硅还原率低，合金提硅困难；极心圆小，炉膛功率过大，电极难以下插，热损失大，电耗增加。

3.9 出铁口的维护

高硅硅锰炉温高，渣铁温度高，对出铁口冲刷，侵蚀严重。使用率是普通硅锰的1/3。对此特点采取以下几项有效的措施：（1）缩短出炉时间

（2）在正常情况下，不能电烧开眼，要求用开眼机开眼。（3）堵眼要深堵，外口也要用泥球封好，减少氧化。

（4）调整渣型，合理控制炉渣碱度，合理控制电极工作端和电极位置。

3.10 煤气系统的超负荷运行

因高硅硅锰冶炼温度高，锰挥发大，粉尘多煤气系统和上升烟道承受压力大，烟道特别是煤气的下降管经常堵，冬天更是严重。鉴于寒冷气候及煤气湿法回收水处理投资大的特点建议用干法，锰尘回收利用。

4. 结论

（1）封闭炉冶炼高硅硅锰的入炉品位必保36%以上，且炉料搭配合理，矿的综合矿性好。

（2）焦炭粒度合适，25000KVA的电炉焦炭粒度22—40mm。（3）碱度控制在0.6—0.75之间。

（4）电极的极心圆不宜过大，合理电压，合理的供电制度。

（5）加强出铁口的维护，炉眼砖采用碳化硅砖砌筑，以防止氧化。

（6）干法除尘更适应封闭电炉冶炼高硅硅锰合金。