炉外精炼法生产中碳锰铁工艺

D0I:10.13374/i.issn1001053x.1989.01.003 第11卷第4期 北京科技大学学报 Vol.l1 No. 198)年7川 Journal of Universily of Science and Technology Beijing Ju1y1989 炉外精炼法生产中碳锰铁工艺 周进华 (宿金原理教研作) 摘要：用炉外摇也精炼法代格冷装电硅热法生产小碳钻铁，电耗从883kW.,降 至823kW,h:t,爸回问收率由61.31提高到80.02。炉外精练附，终渣减度控制在1.1~ 1.25、低班硅活合金含硅量控制年11"。~13。范形内效果最好。 关键词：摇包精炼，低硅硅话合金，波度 On Shaking Ladle Refining Process for the Production of Medium-carbon Ferromanganese Zhou Jinhua ABSTRACT:Cold charging electric arc furnace process was replaced by shaking ladle refining method to produce medium-carbon ferromangancse.The power comsumption for the new mcthod decreased from 1883 kW.h/t to 823 kW.h/t.Thc recovery of manganesc incrcased from 61.34%to 80.02%.The optimum slag basicity was 1.1~1.25 and the suitable silicon content was 11% ~13%for shaking ladle refining process. KEY WORDS:shaking ladlc refining,low-silicon ferro-silicon-manganesc, basicity 中碳锰铁(M>78%,C<1.5%)是炼拊和制造电焊条的重要原料，长期以来，它是 采用冷装电硅热法生产的。即将锰矿、灰和硅锰合金(Si一17%，M65%)冷装入电 炉，通电熔化，用石中的MO氧化精炼硅锰合金中的硅，共反应是： 2 MnO+Si=2Mn+SiO2 (1) 当硅锰合金的含硅量由17%以上降到2%以下时，则硅锰合金变成了中碳锰铁。 1987一12一29收薪 307

第工 卷 第 期 北 京 科 技 大 ， ‘ 年 、 、 学 学 报 。 ， ， 。 炉外精炼法生产 中碳锰铁工艺 周 进 华 冶 金凉 理 教 研室 、 摘 要 川 炉 外摇 包 精 炼法 浅 抖冷 装 电硅 热 法 生 产 中碳 锰 铁 ， 毯耗从 厂降 至 · 「 ， 余孟 八 收 率 由 」夕 提 高到 怀 。 犷 ，外精 炼旧 ， 终 渣 碱度 控 制在 ， 低 硅 硅 锰 合 金 含硅 最控 制 久 一 工 ，。 范 围 内效 果最 好 。 关 键词 摇 包 精 炼 ， 低 硅 石 锰 合 金 ， 成度 一 “ 、 ‘ 、 、 一 。 、 、 · 一 、 手 · 。 工 手 一 、、 一 ， 二 一 · ， 、 、一 一 一 ， 、 龟 中碳 锰 铁 ， · 是 炼 钢 和 制造 电焊 条 的贡 要原 料 ， 长 期 以来 ， 它是 采 川冷 装 电硅热 法 生 产 的 。 即将 锰矿 、 石灰和 硅 锰 合金 ， 人 户 冷装入 屯 炉 ， 通 电熔 化 ， 用 矿 石 中的 氧化精 炼硅锰 合金 中的硅 ， 共反 应 是 一 一 二 一卜 当硅 锰 合金 的含硅量 由 以上 降到 以下 时 ， 则硅锰 合金 变 成 了中碳锰 铁 。 ‘ 吕 一 一 收 稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1989．04．003

此法的缺点是冶炼米期合金的含硅量太低，因而'j其半衡的废渣中的舍锰量很高(~ 15%)、放锰的回收卡低：义由于炉料都是冷的，耗电量也很高。为了提高锰：收率和降 低电耗，国内外提出：了许多生产中碳锰铁的新方法〔1~4」。我企吸牧因内外经验的基础 上，钻合我国情况，提了炉外精炼法1)。 1炉外精炼法生产中碳錳铁的特点 为外精炼法生产中碳锰铁的生产流程如图1所小。 中碳锰铁炼：成斤，将含锰约15%的高锰 液（初渣）倒入摇包，耳将液态硅锰合金兑 Manme heon 1e-51in 入摇包，摇动10min,硅将渣中的MnO还原 S,.-12n) 进人合金，高锰渣变成含锰小于5%的低锰 Silwvo mangane urnace K51 液（终渣），硅锰合金变成低硅(Si~12%) 硅锰合金。此合金再进人电炉，并过量的c: slag (in~v13% ladle 「，'roniangancsc 低矿和石灰继续脱硅精炼，得中碳锰铁和高 储渣，此渣再倒人摇包精炼下一炉的硅锰合 金。 1外精头湛.小碳猛铁流图 1984年我院JZ厂合作，用炉外精炼法 Fig.1 Flow chart for the shaking ladlc refining method for the production 代替冷装电硅热法生产中碳锰铁的经济技术 of medium-carbon ferromanganese 指标如表1所示。 表1炉外精炼法与冷装电硅热法技术经济指标的比较 Table 1 Thc comparison of economic and technical data betwern the shaking ladle refining method and the cold electric arc furnace proc'ss 生产方法 电托 综合能耗 锰回收来 刊润 时 kw.bit 标煤，t/t 元t 冷装电硅热法 1883 3,38 61.31 166,46 1983 :外精东让 823 2,48 80,02 557,24 138.9~1981,12 外情烁的上要下段是摇包精炼，摇包精炼前后合金和炉渣成份的变化如表2所小示。 表2摇包精炼前后合金和炉渣平均成份的变化 Table 2 The change of alloy and slag composition before and after shaking ladle refining 硅锰介金成份，。 渣 CaO +Mgo Mn Si C P Mn, SiO2 摇包桁炼刑 66.5 19.01.029.162 17.37 1,46 摇包精炼行 73,2111.641,010.146 .8 1,16 308

此 法 的缺点 是冶炼 末期合金 的含硅量太低 ， 因而 ’ 共 平衡的废法中的 含锰 曦很高 一 肠 ， 故锰 的 回 收 率低 又 由于炉 料 都 是 冷 的 ， 耗 电量 也很 佰 。 为 提 高锰 印卜收 率和 降 低 ，匕耗 ， 国 内 外 提 出 ’ 许 多 生产 中碳 锰 铁 灼新方法 〔 ‘ 一 ， 〕 。 丁吃们 在吸 收 内外经 验 的 墓 础 上 ， 要介合我 国情 况 ， 提 出 了炉 外精 炼法 〔 ” 。 炉 外精炼 法生 产 中碳锰铁的特 点 炉 外精炼 法 生产 中碳 锰 铁 的生产 流程 如 图 所 示 。 中碳锰 铁 炼 成 后 ， 将 含锰 约 的高锰 户 左 初渣 倒 入摇 包 ， 再将 液态 硅锰 合金 兑 入 摇 包 ， 摇动 ， 硅将 渣 中的 还 原 进 入 合金 ， 高 锰 渣 变 成含锰 小 于 的低锰 洗 终渣 ， 硅锰 合金 变成低 硅 一 硅 锰 合金 。 此 合金再 进 入 电炉 ， 并 加过 量 的 锰 矿 和 石灰 继续 脱硅精炼 ， 得 中碳 锰铁和 高 锰渣 ， 此清再 倒 人摇 包精炼 下一 炉 的硅锰 合 金 。 年 我 院 ‘ 厂 合 作 ， 用 炉 外精炼法 代替冷 装 电硅 热 法 生产 中碳 锰铁 的经济 技术 指标 如表 所 示 。 门 毛人 ‘ 守讨 ‘ 二 一犷 浅 扩 ，‘ · 精 沃 涟 、 ’ ， ， 屯 ‘ ，碳 屯‘ 铁 流 叭 图 认 · 「 一 ‘ 飞 冬 ‘ ‘ 〕 ‘ 。 一 一 ‘夕 畜 乏 表 炉 外精 炼 法 与冷袭 电硅 热 法 技 术经 济指 标 的比较 ‘ ’ ’ ’ 、 ‘ 、 一。 一。 产 。 ， ‘ 。 。 、 产 方 法 电 耗 · 综 合 能 耗 标煤 ， 锰 回 收 率 萝 于 润 时 ， 冷 装 电硅 热 法 怕 外 精 旅 法 。 。 。 。 吕 。 。 艺 炉 外精 炼 的 上 要 手段是 摇包精炼 ， 摇包 精炼前后 合金和 炉渣 成份 的变化如农 所小 。 表 摇 包精炼 前 后合 金 和炉注 平均 成份 的变化 ‘ ‘ 一 一 声 炉 之查 卜 间 摇 包 精 炼 网 摇 包 梢炼后 硅 锰 合金成 份 ， 少 。 苏 。 丁 。 幻 。 。 太了 。 丁

与冷装电硅热法相比，外精炼法的主要优点有： (1)炉内脱硅任务少。用冷装法生产时，需将含硅大于17%的硅锰合金中的硅脱到2% 以下，而钟外精炼法只需将12%左右的低硅硅锰合金中的硅脱到2%以下： (2)由于脱硅量的减少，因而生成SO2的量和配加的万灰量也减少，结果使渣量、化渣 耗电量和渣中含锰量都减少： (3)此法使用的低硅硅锰合金是液态的、不用电熔化，而冷装法砂用的硅锰合金是固 态的： (4)用炉外精炼法产时，中于清经过摇包处脚。终渣含猛小于5，而冷装法终渣 含锰为15%。 故的外精炼法比冷装地硅热法优越。 2生产工艺参数的研究 为了提高外精炼法的精炼效果，我们不仅在试验室里研究了渣各组元对MO的影 响5】，而且还对JZ厂1984年下半年的生产数据用计算机进行了处理，研究了摇包精炼时各 参数对生产的影响。其结果如下。 2.1表观平衡常数 反应(1)的表观平衡常数K&=〔%Mn)2·(%SiO2)/(%MnO)〔Si〕是反应进行完全 程度的主要标志，K。愈大，说明反应进行得愈好。从生产实践与前人的研究中可知，温度与 碱度对表观平衡常数都有影响，但碱度的影响更大。将生产数据经计算机处理后，得终渣碱 度B2=(CaO+Mg0)1SiO2与K之关系如下： K6=-3358+6005,1B2-1920.5B-250.6B (2) 从（2)式中可知、K随着碱度的增加而变大，当碱度小于1.2时，它与按G.J.W,KOR的 经验公式〔) 1ogK4a,s,=1.575B0893+0.88 (3) 求出的数据相差不多。如当B=1.2时，K(2)和K6(3)分别为649和541。但当碱度进一步提 高，K(2)不是增加，而是减少。这可能是在实际生产中，当碱度增加后、渣的熔点升高， 黏度增加，因而不利反应的进行。故摇包精炼终渣三元碱度控制在1.1~1.26范用内比较 好。 4 2.2硅锰合金和低硅硅锰合金的含硅量 从上面的分析中可以看出，终渣碱度对K,和终渣(MO)的影响较大。当我们研究低硅 硅锰合金中硅含量对(MO)的影响时，为了减少碱度的影响、先将数据按碱度的不同(1.0 <B:1.1:1.1<B。<1.2;1.2<B≤1.3)分成3组，再分析每组合金含硅量与终渣 (MnO)之关系，所得结果如下： (1)当1.0<B21.1时， (6fn0)=193.38+67.81〔6Si)-8,28L%Si)? (4) 309

与冷装 电硅 热 法相 比 ， 护外精炼法 的主 要优 点 有 炉 内脱硅任 务少 。 用 冷 装 法 生 产时 ， 需将 含硅大 于 的硅锰合金 中的硅脱到 忿 以 下 ， 而怕 外精炼法 只需将 左右 的低硅硅 锰 合金 中的硅脱到 以下 由于 脱硅量 的减少 ， 因而 生 成 心 的量和配加 的石灰量也减少 ， 结果 使渣 量 、 化渣 耗 电量和渣 中含锰量 都减 少 此法 使 用 的低硅硅 锰 合金 是液 态 的 ， 不甭 用 电馆 化 而 冷装 法 协 用的硅 锰 合金是 固 态 的 用扩 ‘外精炼法 ’ 屯产时 ， 由千护演经过摇 包 处理 终渣 含锰 小 千 弓 叼 ， 而 冷装法终渣 含 锰 为 。 故刃 ，外精炼法 比冷装 电硅热 法 优越 。 生 产工 艺参数的研究 为 了提 高炉 外精炼法 的精炼效果 ， 我们 不仅 在试验 室 里研究 了怕 浓 各组 元 对 人 的影 响 〔 〕 ， 而且还 对 厂 年下半 年 的生 产 数据用 计算机 进 行 了 处理 、 研究 了摇 包精炼 时各 参 数 对 生 产 的影 响 。 其 结 果如下 。 、 协 门 表观 平衡常数 反 应 的表观 平衡 常数尤 。 二 〔 〕 “ · 〔 主 “ 〔 叮 〕 是 反应进行完全 程 度的主要标 志 ， 。 愈大 ， 说 明反应进 行得愈好 。 从生产实践与前人 的研究 中可知 ， 温 度与 碱 度对表观 平 衡 常数都有 影 响 ， 但碱 度的影 响更大 。 将 生产 数据经 计算机 处理后 ， 得终渣碱 度 。 义 ‘ 与 、 之 关系如下 。 一 。 一 。 呈一 。 从 式 中可 知 ， 。 随 着碱 度 的增 加而 变大 ， 当碱 度小 于 时 ， 它 与按 的 经验公式 〔 〕 ，了。 ， ， “ “ 求 出的数据 相差 不多 。 如 当 时 ， 。 和 。 〔 。 分 别为 和 。 但 当碱 度进 一步提 高 ， 。 、 不 是增加 ， 而 是减少 。 这 可 能是在实际 生 产 中 ， 当碱 度增加 后 ， 渣 的熔点 升高 ， 粘 度增 加 ， 因而 不 利 干反应 的进 行 。 故摇 包精炼终渣 三 元碱 度拉制 在 。 一 范 围 内 比较 好 。 硅 锰 合 金 和低硅 硅锰 合 金 的 含硅 量 从 上 面 的分 析 中可 以看 出 ， 终渣碱 度对尤 ‘和终 渣 人仆 的影 响 较大 。 当我们研 究低硅 硅 锰合金 中硅含量对 的影 响 时 ， 为 了减 少碱 度的影 响 ， 先将 数据 按碱 度 的不 同 凡 红 · · 凡 或 · · 负 戈 · 分成 组 ， 再 分 析每 组合金 含 硅量 与终渣 之 关系 ， 所 得结 果如下 当 。 时 ， 夕石人 二 〔 〕 一 。 〔 〕

(2)当1.1<B:1.2时 (%Mn0)=54.41-11.26〔%Si)+0.86C%Si)2-0.02(%Si门3 (5) (3)当1.2<B2≤1,3时 (%Mn0)=29.85-4.21〔%Si门+0.24[%Si门2-4.27〔%Si门3 (6) 3组的图形如图2所示。其中(4)式在a=0.01水平显若：（5)式在a=0.1水平显 著，(6)式不显著。 从图2中可以看出H,在碱度相同的条件下，终渣(MO)随着低硅韭锰合金含硅量的增加 而下降，但当含硅量超过11%以后，(MO)下降的幅度很小。因此，过高地提高低硅硅锰合 金的含硅量，不仅不能有效地降低渣中的(MO),而且还增加了炉内脱硅的任务，削弱了炉 外精炼效果，故低硅硅锰合金的含硅量控制在11%~13%范围内较好。 分析结果还发现，佳锰合金的含硅量对终渣(MO)的影响不明显。 2.3初渣和终渣的碱度 初渣三元碱度B:对终渣(MO)的影响很明显（图3），两者之关系可用下式表示之： (%Mn0)=21.45-14.05B,-0.1B+1.6B (7) 从图3中可知，终渣(MO)随着初渣三元碱度的增加而下降，但下降的幅度也在逐渐变 小，因此，初渣三元碱度控制在1.35~1.5之间较好。 15 12 10 111315 361.01.31.6 CSi) 用2终渣碱度湘同时，低非建证介金砟终淡 3初洗三元城度B:与终流(MnO)之关系 (MnO)之关系 a:1<B2≤1.13 b:1.1<B2≤1.2： Fig.3 The relation between basicity of c:1,2<B2≤1.3 high manganese slag B and (MnO)of the final slag Fig,2 The relation between (MnO)in the final slag and Si content in the low silicon Fe-Si-Mn alloy under the same basicities of final slag 终渣三元碱度B,对终清(MnO)也行影响，研究了含硅最在以下2个范围（11%<Si< 12%,12%<Si13%)内，终渣碱度'终渣(0)之关系见图4，得到了下列方程式： (1）411%<Si12%时. (Mn0)=29,67-37,24B2+14.35B号 (8) 310

当 时 。 一 。 〔 〕 〔 〕 一 。 〔 〕 ， 当 时 。 一 〔 〕 。 〔 乡石 〕 生 一 刁 。 〔 叱 〕 组 的图形如 图 所 示 。 其 中 式在 “ 水 下 显著 式在 。 水 平显 著 式不 显著 。 从 图 中可以 看 出 ， 在碱 度相同 的条件下 ， 终淡 随 着低硅 硅锰合 金含 硅量 的增加 而 下 降 ， 但 当含 硅量超过 以 后 ， 下 降 的幅 度很小 。 因此 ， 过高 地提 高低 硅 硅锰 合 金 的含硅量 ， 不 仅 不 能有效地 降 低演 中的 ， 而 几还 增 加 了炉 内脱 硅 的任 务 ， 削 弱 了炉 外精炼效果 ， 故低硅 硅 锰 合金 的含硅 量控制在 一 范围内较 好 。 分析结 果还 发现 ， 硅锰 合 金 的含硅 量 对终 渣 的影响 不明 显 。 。 初渡 和终涟 的玻度 初渣三元碱 度 工对终渣 的影 响很明 显 图 ， 两者之 关系可 用下 式 表示之 二 。 一 。 ， 一 荃 全 从 图 中可 知 ， 终 渣 随 着初渣 三元碱 度的增加而 下 降 ， 但下降的幅 度也在逐渐变 小 ， 因此 ， 初渣 三元碱度控制在 一 之 间较好 。 褚 哀一 议 下 「 ，闷目‘ 目 甲喧 ，尸 ，肠‘ ‘ ’ 叹 声 、 、 ︶求芝︵‘ 尸 ︵弓昌 〔伙石 图 终 渣 碱度 相 同时 ， 低 硅 日 注 杏 金 含 硅 吼 ‘ 歹终 液 之 关系 蕊 一 鉴 。 蕊 。 百 一 一 一 「 圈 初浓 几元碱 度月 与终 洗 之 关系 卜 刀 。 石 终 渣 三 元碱 度 对 终 渣 也有影 响 ， 研 究 了含 硅 最在以 下 个范 围 ‘ ， 内 ， 终 渣碱 度 与终 渣 之 关系见 图 ， 得到 了下 列方 程 式 当 百时 ， “ 石 一 卜

(2)当12%<Si≤13%时， (%Mn0)=36.63-48.19B2+18.14BΞ (9) 127 10 1.01.11.2 B 图1含硅量相同时，终浓碱度与终波(MO)之关系 a:11%<CSi)≤12%b:12%<CSi]≤13 Fig.4 The relation between (MnO)and basicity of final slag B2 under the same Si content in alloy 终渣(MnO)随着碱度的增加而下降，当碱度超过1.3后，(MnO)下降不大，因此，终渣 碱度控制在1.1~1.25之间为好。这K对应的最佳碱度范围是-一致的。 3结 论 (1)用炉外精炼法代替电硅热法生产中碳锰铁，电耗下降1060kW·h什，锰回收率提高 18.68%,每吨经济效益增加390.68元； (2)通过数据处理，得到最佳工艺参数如下： ①低硅硅锰合金的含硅量控制在11%~13%范周内较好： ②初渣三元碱度控制在1.35~1.5之间较好； ③终渣三元碱度控制在1.1~1.25之间较好： ④K随终渣三元碱度的增加而增大，但超过1.26后，K。又开始下降，K。的最大值为 600。 参考文献 1周进华。铁合金。1980；(4)：25 2田长阴等.铁合金。1982：(2)：18 3 Nagoya et al.美国专利4282032Aug.4.1981 4尾上慎一。1983年第三届国际铁合金会议文集。155 5周进华.铁合金.1986：(3)：1 6 KOR G J W.Met.Trans.B 1979:(10B):367 311

当 时 ， 。 一 遵 。 。 ‘ 节 灸、 、 女 比 曰孟 、 卜 ︵定次 、 图 含硅量相 同时 ， 终渣碱度与终 演 之关 票 〔 〕镇 ，百 〔 〕成 几补 盛 丫五 五 终渣 随 着碱 度的增 加而 下 降 ， 当碱 度超过 后 ， 下 降 不大 ， 因此 ， 终渣 碱 度控制 在 一 之 间为好 。 这 写 。对应 的最 佳碱 度范 围是 一致 的 。 弓 结 论 用炉 外精炼法 代替 电硅热 法 生产 中碳 锰 铁 ， 电耗下 降 · ， 每 吨经济效益增加 元 通过 数 据处 理 ， 得到 最 佳工艺 参数如下 ① 低 硅 硅锰 合金 的含硅量 控制在 一 范 围内较好 ② 初渣三 元碱 度控制在 一 之 间较好 ③ 终渣 三元碱 度控制 在 之 间较好 ④ 。 随 终渣 三元碱 度的增 加而增大 ， 但超过 后 ， ‘ 。 又开 始下 降 ， 。 锰 回收 率提高 尤 。 的最大值 为 参 考 文 献 周进 华 铁 合金 田长 阴等 铁 合金 。 美 国专利 · · 尾上 慎 一 。 年 第三 届国际铁 合金 会议 文集 。 周进 华 铁 合 金 入厂， 。