锰硅合金生产中入炉锰矿的优化搭配.doc

锰硅合金生产中入炉锰矿的优化搭配王庆刚(遵义铁合金有限责任公司 遵义 563004)摘 要 通过对以往配矿思路的缺陷分析 , 引入炉料含锰的概念和配矿思路 , 相应补充和推导部分配矿参数 , 浅谈了这些参数的应用方法及步骤 , 以达到合理配矿和优化配比的目的及效果 。关键词 锰矿石 配矿 锰硅合金OPTIM UM P ROPO RTIO N OF MANGANESE O RES FO RFERROSIL ICO2MANGANESE P ROD UCTIO NWang Qinggang( Zunyi Ferroalloy Co . , L t d. ,Zunyi563004)AbstractThrough analyzing t rain of t hought about p revious ore matching for t he shortage , itint roduces t he co ncep t of manganese co ntent in t he charge and t he t rain of t hought about ore matching ,supplement s and deduces partial relevant parameters , briefly discusses applicatio n met hod and step s for t he p urpose and result of reaso nable ore matching and op timum charge ratio n.Key words Manganese ore , ore matching , ferro manganese2silico n使锰矿资源得到充分利用 。近几年来 , 我们在锰硅合金的入炉矿石1前言搭配上也作了一些探讨和尝试 , 通过补充 、锰矿石的选择搭配是锰硅合金工艺操作的关键环节和改善生产技术指标的重要措 施 。针对国内锰矿石品位低 、化学成分相差大的现状 , 合理搭配使用锰矿石和充分利用 锰矿资源 , 是生产科技人员探讨和研究的重 点 。在锰硅 合 金 冶 炼 中 , 入 炉 矿 石 搭 配 合 理 , 既可获得高质量的产品 , 又能使炉况活跃顺行 , 改善产量 、能耗等技术经济指标 ,还能降低原料成本 、获取好的经济效益 , 且推导及应用部分配矿参数 , 基本摸索出一条合理搭配矿石的有效途径 , 收到了良好效 果 。问题的提出2长时间以来 , 对锰硅合金入炉锰矿石的优劣评价和搭配思路 , 与冶炼高碳锰铁的 用 、配矿相类似 , 即为满足所炼产品的质量要求而严格控制入炉矿石的锰铁比和磷锰比 。在合理搭配矿石来改善生产的技术经济指标 上 , 基本遵循矿石锰含量高则技术经济指标 好的思路 , 对提高入炉锰矿石的品位非常注重 , 相 反 对 矿 石 所 含 的 炉 渣 成 分 ( SiO2 、Al2O3 、CaO 、MgO) 考虑较少或只有定性而无定量的考虑 。这势必会产生以下问题 :1) 入 炉 矿 石 锰 含 量 高 , 而 矿 石 所 含SiO2 低时 , 为满足产品硅含量的质量要求或工艺规律 , 必须配加的硅石也多 。2) 入炉矿石的锰含量高 , 而造渣物质 的含量不理想 , 配人的熔剂 (白云石) 以及 上述的硅石等辅助原料多 , 不仅会改变炉内 反应的热力学条件 , 而且会增大渣量或渣比 , 导致冶炼的单位电耗上升 , 不利于指标 改善 。3) 追求矿石锰品位 , 忽视了矿石所含 对于锰硅合金冶炼有用的成分 , 导致部分锰品位偏低而综合成分较适于该品种冶炼的锰 矿石得不到利用 , 浪费了锰矿资源 。M n矿 入炉锰矿石含锰量 , % ;A 以 100 kg 入炉矿石所算料比需补充 的硅石量 , kg ;B 以 100 kg 入炉矿石所算料比需补充的熔剂量 , kg ;C 以 100 kg 入炉矿石所算料比的焦炭 量 , kg 。从 (1) 式可看出 , 即使入炉矿石锰含 量高 , 如果补充配入的硅石 、白云石等辅料多 , 说明该炉料入炉锰含量并不高 , 必将影 响冶炼效果 。相反矿石锰含量适当 , 矿石所含 SiO2 、Al2 O3 、CaO 、MgO 等合理 , 不需补充或少量补充硅石 、白云石等辅料 , 表明 入炉炉料含锰量高 。炉料含锰量高 , 不仅说 明矿石锰品位高 , 而且弥补了前述以矿石锰 品位评价的不足 , 还表明入炉原料的有用成分多 , 成渣和无用成分少 , 渣比下降 , 电能 利用率和合金有用元素的收得率相应提高 , 单位功率和时间内电炉熔化和还原的炉料 多 , 生产效率和冶炼的技术经济指标也就相应改善 。因此 , 在搭配锰硅合金入炉锰矿石 上 , 不只是考虑产品质量要求和矿石锰含量3入炉锰矿石的合理搭配高低的问题 , 更重要的是从利于工艺控制 、从以上分析可知 , 以矿石锰含量高低作为锰硅合金入炉锰矿石优劣评价和在矿石搭 配上追求入炉矿石锰含量是不全面的 , 也不 尽合理和科学 。要达到合理搭配锰硅合金入 炉锰矿石的目的 , 除了注重锰矿这一重要品 位指标外 , 更为重要的是确立以炉料含锰量 来评价和搭配锰矿石 , 且分析预测其经济效炉况顺行和生产稳定 , 以及能改善综合技术经济指标的角度出发 , 以炉料含锰量的高低 作为入炉锰矿石选择搭配的依据 。依据以上分析和以炉料含锰配矿的思路 要求 , 我们在锰硅合金入炉硅石的选择搭配 上 , 除了根据所炼产品的质量要求 , 充分利用锰铁比 、磷锰比和硫含量控制值等常规参 数外 , 还根据锰硅合金冶炼的特点 , 补充了 SiO2 / M n 、 ( CaO + MgO) / M n 、Al2 O3 / M n等计算参数 。31111 锰铁比 、磷锰比及硫含量果 ,311导确定最佳矿石配比的配矿思路 。炉料含锰的概念 、含义及相关系数推所谓炉料含锰量就是包括入炉料比中的还原剂 、附加硅石 、熔剂 、添加剂等在内的 锰含量 , 可用下式表达 :M n料 = 100 M n矿 / (100 + A + B + C)(1)式中 , M n料 入炉炉料含锰量 , % ;锰铁比 、磷锰比分别是指锰矿石的锰 、铁 、磷三种元素含量的比值 。根据资料 1,锰铁比 、磷锰比的控制可用以下公式计算 :M n矿 / Fe矿 M nFe/Mn(2)Fe3 第 3 期王庆刚 锰硅合金生产中入炉锰矿的优化搭配Mn/ M nP (3)P矿 / M n矿 P量相对较少 , 含量比例类似或接近该品种冶炼的炉渣成分 。因而可将 (5) 、(6) 两式中 焦炭带入部分忽略不计 。通过前述的假设 ( A = 0 和 B = 0) , 将式中 , M n矿 、Fe矿 、P矿 分 别 表 示 入 炉 锰矿石中的锰 、铁 、磷含量 , % ;M n、 Fe、 P分别表示所炼产(4)式分别代入 (5) 、(6) 两式整理得 :品牌号的锰 、铁 、磷含量要求 , % ;Mn 、Fe 、P 分 别 表 示 锰 、铁 、磷 入合金率 , % 。在锰铁合金的冶炼中 , 硫元素入合金的 比率不到 1 % , 且还原剂带入的硫量占炉料总硫量的比例较大 , 故对矿石的含硫量一般不作具体要求 。Mn) /(7)SiO2矿 / M n矿 = 2114 ( Si(Si )M n(CaO + MgO) 矿 / M n矿 = 2114 (Si(8)Mn Si渣 R) /M n31113Al2 O3矿/ M n矿(Si)在锰硅合金冶炼中 , 进入炉内的 Al2 O3一般不被还原 , 也不会挥发 , 几 乎 全 部 入 渣 。且因 Al2 O3 属中性氧化物 , 对炉渣的熔 点 、流动性 , 以及锰 、硅二元素在炉渣2金属液相间的分配和回收率 , 都有较大的影响和作用 , 是决定炉渣性质 , 影响渣比及锰硅 合金技术经济指标的主要因素 。为此用低Al2 O3 矿石 , 造高 Al2 O3 炉渣 , 一直是科技人员长期研究的课题和目标 。然而实践证 明 , 由于工艺 、设备参数和所炼牌号的炉温 区别 , 渣中 Al2 O3 含量也不尽一致 。因而在 实际生产当中 , 要结合实际情况来确定炉渣 的渣型和渣中 Al2 O3 的含量 。通过锰硅合金炉渣的普遍物质组元和上 述定义可得出 :Al2O3入渣/ (SiO2入渣 + CaO入渣 + MgO入渣) 31112SiO2矿 / M n矿( CaO + MgO) 矿 / M n矿依据 (1) 式可知 , 当补充配入硅石和熔剂最少 ( 即 A 、B 都等于零) , 而含锰量 最高的矿石 , 才是最理想的入炉锰矿石 , 即炉料含 锰 最 高 。根 据 锰 硅 合 金 冶 炼 中 锰 、 硅 、铁等元素的主要还原反应可推导出如下参数式 (均以 100 kg 入炉锰矿石为基准) :合金产量 G = M n矿 Mn/ M n(4)硅石配比 A = ( G Si60/ 28) /Si -SiO2矿 - C SiO2焦 / SiO2 石熔剂配比 B = ( G Si(5)60/ 28 ) (Si渣/Si) R -( CaO + MgO) 矿 - C ( CaO + MgO) 焦 / ( CaO + MgO) 熔剂(6)式中 , Si要求 , % ;表示所炼产品牌号的硅含量Si 、Si渣 分别表示硅入合金和入渣的比率 , % ;SiO2矿 、SiO2焦 、 SiO2石 分 别 表 示 矿石 、焦炭和硅石的二氧化硅含量 , % ;(Al2O3) /(SiO2) + (CaO) + (MgO) (9)通过代入和整理可得到 :Al2O3矿/ Mn矿 2114 SiMn Si渣 ( Al2O3 ) ( 1 + R) / MnSi (SiO2) + (CaO) + (MgO) (10)(CaO + MgO ) 矿 、( CaO + MgO ) 焦 、式中 , Al2O3入渣 、Al2O3矿 、 (Al2O3 ) 分别表示 Al2O3 入渣量和在锰矿石 、炉渣中的含量 ; SiO2入渣 、( SiO2 ) 分别表示 SiO2 入渣量和在炉渣中的含量 ;CaO入渣 、 ( CaO) 分别表示 CaO 入渣量和在炉渣中的含量 ;MgO入渣 、 ( MgO) 分别表示 MgO 入(CaO + MgO) 熔 分别表示矿石 、焦炭 、熔剂的氧化钙和氧化镁含量 , % ;R 表示炉渣碱度 , 一般控制在 016 018 之间 。其余与 (1) 、(2) 、(3) 式相同 。 根据国内铁合金生产所用还原剂焦炭化学 成 分 的 普 遍 情 况 , 焦 炭 带 入 的 SiO2 、Al2 O3 、CaO 、MgO 主要来源于灰分 , 其数渣量和在炉渣中的含量 。其余与前面公式相同 。从上几 式 可 知 , 对 入 炉 锰 矿 石 的 锰 铁 比 、磷锰比 、硅锰比 、铝锰比以及 ( CaO + MgO) / M n 的具体要求 , 都与所炼产品的 化学成分和各元素入合金的比率有关 , 而元 素入合金率又受渣型 、还原剂 、炉型及设备 参数等因素的影响 。因此 , 上述 参 数 的 计 算 , 要综合产品质量 、原料条件 、矿热炉特 性和炉渣渣型的选择来确定 。312 参数的应用利用上述参数计算式 , 可确定入炉锰矿 石的最佳工艺配比 , 达到合理配矿和改善指 标的目的 , 其具体步骤如下 :1) 根据所炼品种牌号的化学成分要求 , 矿热炉特性 、回收率 、入渣率 、挥发率和适 宜渣型等条件 , 代入上述公式计算出该品种 牌号的理想配矿参数值 。2) 根据锰矿石的化学成分 , 初步确定 出若干满足锰铁比 、磷锰比要求的矿石配 比 。3) 计算出上述各配比混合矿的硅锰比 、 铝锰比及 ( CaO + MgO) / M n 等的比值 , 与第一步算出的理想参数值进行比较 , 得出与 各理论参数值最为接近的几个配矿比例 , 并 计算出各配比的炉料含锰量 , 以最高炉料含 锰量的锰矿搭配比例为最佳工艺配比 。由该 比例构成的入炉料 , 在实际冶炼过程中 , 工 艺易于控制 , 炉况较为稳定 , 炉 渣 渣 型 合 理 , 且渣铁比较小 , 生产的技术经济指标比 较理想 。313 选择确定最经济的配矿方案本可按如下公式计算 :吨混合矿成本 = 6 XiJ i(11)吨矿石所配辅料成本 = A J A + B J B +C J C(12)吨混合矿的锰含量 M n矿 = 6 Xi M n矿i(13)= M n矿 Mn/(14)吨矿 合 金 产 量( 吨 )M n综合整理得 :单位原料成本 = ( 6 XiJ i + AM nJ A + B J B + C J C )M n矿i)(Mn 6 Xi (15)/式中 , Xi 第 i 种锰矿石的搭配比例 , % , i为自定序号 ;J i 第 i 种锰矿石的单位价格 , 元/ 吨 ;J A 、J B 、J C 分别为硅石 、熔剂 、焦炭 的单位价格 , 元/ 吨 ;M n矿i 第 i 种锰矿石的含锰量 , % ;A 、B 、C 分别为 1 吨入炉锰矿石所需 配入的硅石 、熔剂 、焦炭量 , 吨 ;其余与前面公式相同 。 利用前述得出的最接近各理论配矿参数的矿石配比 , 通过 (15) 式进行单位原料成 本的预算 , 以成本最低的方案用于实际生产 , 即是最经济的配矿方案 。4结论锰硅合金冶炼工艺的入炉锰矿石搭配是一个简单而又复杂的工作 。要做到合理搭 配 , 不仅是上述参数的利用问题 , 还要考虑 矿石的粒度 、物相结构及理化指标等因素的 影响 。然而通过补充计算和设定参数值的方 法 , 从矿石成分上可达到充分利用 , 以及合 理 、有效搭配入炉矿石的目的 , 还可降低生 产成本 , 改善生产经营的效果 , 创取较好的 经济效益 。(下转 7 页)前已说明 , 合理搭配矿石的目的 ,不只是为稳定生产出合格产品和获取较好技术指标 , 更为重要的是充分利用锰矿资源 ,低的原料成本 , 创造较好的经济效益 ,是选择最经济的配矿方案 。用最也就根据单位重量锰矿石所产铁合金量 、辅配料比及各矿石原料的价格 , 其单位原料成7 第 3 期陈树泰 碳化硅砖在工业硅电炉出铁口上的应用化硅砖技术标准 。我厂选用的是类似某特种耐火材料厂 ( T G22) 牌号 ,含一定量 Al2 O3的 (刚玉) 碳化硅砖 ,性能见表 1 。出铁口分上下两个部分 ,每一部分各有一条 100 mm 的半圆流槽 ,接合面要求平整 光滑 ,并在生产厂进行预装配 。合格后的碳表 1 国内某特种耐火材料厂碳化硅制品标准化硅砖在现场砌筑时 ,