浅谈高硅锰硅合金的生产方法

1、浅谈高硅锰硅合金的生产方法2005年第5期总第184期铁合金FERRO.ALLOYS2005NO.5T0t.184浅谈高硅锰硅合金的生产方法崔先云(湖南铁合金集团有限公司湘乡中国411400)摘要介绍了生产高硅锰硅合金的几种方法.通过对这些方法选择合适的供电制度及调整矿热炉用料结构等技术措施,找到了切实可行的办法,从而使生产正常进行.关键词高硅锰硅合金生产工艺技术经济指标中图分类号TF642.3.7文献标识码B文章编号1001.1943(2005)05.0001.07SIMPLEDISCUSSlONONPRODUCTIONMETHODOFTHEHIGH.SILICONSILICOMANGANE

2、SECuiXianyunHunanFerroalloyCo.,Ltd.,Xiangxiang,China411400)AbstractItintroducesafewmethodsofsilicomanganesewithhigh-siliconinproductionpractice.Technicalmeasuressuchaschoosingproperpowersupplysystemandadjustingmaterialstructureofsubmerged-arcfurnaceareadoptedinaccordancewiththesemethods,appmachestos

3、olvetheproblemarefeundoutwhichcaninsureproduction'snormaloperation.Keywordssilicomanganesewithhigh-silicon,productiontechnology,technico-economicalindex1前言高硅锰硅合金是湖南铁合金有限公司近年开发的新品种,为增强适应市场的能力,该公司以一步法生产为基础,还分别实施了普通自用锰硅重熔制取出口高硅锰硅合金和摇包生产高硅锰硅合金的工作.矿热炉一步法目前存在的主要问题是如何提高硅的回收率;而以低P锰硅合金加55%左右硅铁的热兑法生产高硅锰硅合

4、金,还存在如下问题:硅铁从冶炼二厂转至冶炼一厂约需15min,粘包现象严重,加之炉前快速分析和热兑前的计量不易管理等原因,使硅铁实际成本过高.从产品结构调整及供需平衡出发,2004年年底该公司202炉的中碳锰铁生产由百分之百副产中锰渣改为将部分液渣加硅铁摇包法生产高硅锰硅合金.通过实践分析,对不同方法采取了相应技术措施,特别是选用了合理的摇包配料制度,高硅锰硅合金生产技术指标明显改观.2冶炼方法简介2.1产品执行标准(见表1)表1产品标准%Tab.1Standardsofproduction%2.2冶炼原理高硅锰硅合金是一种高品质,低杂质(低c,P,s)含量的纯净铁合金,一般认为矿热炉生成过程

5、由以下三个阶段组成.2.2.1锰矿石的热分解和初还原阶段炉料中的锰矿石不仅接触到高温,同时也接触到从熔池逸出的CO气体,其高价氧化物既可受热分解,又可被CO还原.即:作者简介崔先云男,1963年11月出生,1986年毕业于北京钢铁学院冶金物化专业,高级工程师.现从事铁合金科研与生产工作.收稿日期2005.03.17铁合金2005年MnO2.Mn203_Mn304及MnCO3MnO2.2.2液态硅酸盐的形成阶段由于炉料中配入了较多SiO,大部分MnO首先与之结合生成硅酸盐:MnSiO,MnzSiO和(Mn?Ca)SiO,这三种物质的熔点分别是l523k,1788k和1513k.2.2.3硅化锰的

6、生成阶段首先,炉渣中的液态硅酸盐与碳质还原剂反应:(MnO)+(1+x)C=MnC】+CO(siOz)+2C:Si】+2C0然后被还原出来的Mn和Si结合生成硅化物:MnC】+【Si】=【Mn?Si】+xC(SiOz)+2C+MnC】=【MnSiC】+2C0合金中的si含量取决于反应的开始进行温度(温度越低,其合金中的含si量也越低),正常情况下si一般可达23%.另外,Mn是易挥发元素,温度越高其挥发损失越大,如要把si提到25%以上,附加硅铁是比较快捷的一种方法.2.3一步法一步法生产低碳高硅锰硅合金对锰矿的要求除了入炉品位和Mn/Fe比外,还对CaO/SiO比提出了要求.表现在冶炼上就是

7、渣型选择,炉况的好坏,技术经济指标的优劣都受炉渣性能的影响,例如,炉渣碱度过高,炉渣粘度增大,合金过热太多,就会增加电耗.一般炉渣碱度应控制在0.8左右,同时还应考虑粘度和电导率.2.4重熔(二步)法除一步法外,还有普通锰硅+固态硅铁重熔或液态热兑.重熔又分为电炉法和中频炉法.所不同的是电炉法需要造渣,产量高;而中频炉法原料范围广但炉衬挂渣厉害.相比之下热兑法的热利用率要高,但车间联动性较弱.二步法的最大特点是炉况较易控制,容易进行渣型转换.2.5摇包法低碳高硅锰硅合金也可采用液态中锰渣+硅铁在炉外摇包中生产.操作与普通生产中碳锰铁一样,适当控制炉渣碱度,保持渣中一定的锰含量,通过倒包,摇包中

8、加硅铁,镇静等操作来完成.元素si既是还原剂又是添加剂,能方便地制得符合要求的低碳高硅锰硅合金.2.5(MnO?SiOz)+6(CaO)+1.5si】=0.5Mn】+4【2(Cao.75Mno.25)0?SiO2】3物料平衡3.1原料组成(见表2)表2原料的化学组成%Tab.2Chemicalcompositionofrawmaterial%类别MnSiC目PsFe4.72831.5,5.89CaO1.1O10MsO2.4410备注进口块矿48.200.075国内块矿330.10富锰渣350.02加纳矿290.07中锰渣18.600.022焦炭79.550.01465.4018.281.720

9、.201再制铁65.7O22.920.490.17969.270.494硅铁76.350.2060.04中锰791.81.80.2硅石熔剂0.063O.O2O0.008230.0050.033.7728.002.246.721.77855.8025292726.9643.8293作为备用灰分18.13%筛下物块状粉状块状主要是跳汰CaO:Ca=3:23.2炉料配比以混合锰矿重为计算基准,再制锰硅合金中Mn,si,ICe,P100%入合金;在硅铁中Fe,P100%人合金,si82%人合金.重熔炉渣元碱度1.4,表3,表4,表5分别列出了生产试验确定的料比组成,炉料的综合成分及按此配料生产出的炉渣

10、成分及重量.第5期崔先云浅谈高硅锰硅合金的生产方法.3.表5炉渣成分及重量Tab.5Compositionofslaganditsweight4生产试验简介4.1一步法冶炼高硅锰硅合金该公司曾于1985年,1994年和2001年进行过一步法高硅锰硅合金生产,其中401炉(设备主要参数见表6)是从德国引进的具有八十年代先进水平的锰硅合金大电炉(单相变压器,波纹管把持结构),通过消化,吸收,于2000年达产达效.表6电炉设备主要参数Tab.6Mainparametersoffurnaceequipment现将2001年9月l821日在401炉进行低碳高硅锰硅合金试生产的结果列于表7.在生产过程中,

11、原料含Mn=29.89%,P/Mn=0.0016,硅石配人量为10%,出铁流动性好,但合金含磷偏高,渣量大,易烧坏出铁口.后来改用原料含Mn为33.82%,P/Mn为.铁合金2005年0.0012,硅石配入量为3%时,其产品含磷即达要求.4.2重熔法生产高硅锰硅合金4.2.1电炉重熔法该公司202精炼电炉(其设备主要参数见表6)2001年还进行了重熔法生产高硅锰硅合金的尝试.首先进行了两种方案的对比试验,原料配比见表8.表8条件试验配比kgTab.8Testproportioningundercertaincircumstancekg结果发现:在炉料中加入锰矿时化料速度稍快,挥发及热损失减少;

12、在产品化学成分上两配比相差不大.笔者认为合金成分除P外(理论计算很难达标)其它部分元素未达要求的主要原因是使用了粉料(从成品一库转入的锰硅筛下物及清仓硅铁粉).后改用成品四库及外购硅铁块料,合金中除P外,其它元素均达要求.经过分析,笔者认为本次试验是在中锰生产周期后段利用该电炉进行的,炉衬变薄,但随着转炼的继续,炉底出现上涨,通过加萤石等促进化料.在试验过程中,出现以下几个现象:4.2.1.1电负荷上升快,但化料不均匀或不化料.这可从烟尘量与电弧声来判断,冶炼中锰时就没有出现这类情况,即对比中锰生产发现高硅锰硅合金熔炼性能稍差.4.2.1.2挥发损失:从试验过程来看,出现了挥发及热损失大于理论

13、计算值的现象,但渣量增大时隋况稍轻.这虽然与电炉炉况以及电压等级有关,也反映出高硅锰硅合金可以冶炼,但仍需努力提高回收率.此间全炉累计生产低碳高硅锰硅合金454.382t,累计耗电量为904.74MWh,累计消耗锰硅合金430t,硅铁72t.排除设备事故和冶炼产品品种不同的因素,在同样条件下,电炉生产率为试验期502kg/MWh和中锰期800kg/MWh;而单位产量锰硅合金消耗分别为946kg/t及1050kg/t.4.2.1.3脱磷保锰探讨根据下式:2P】+4(FeO)+CaO:(CaO?P205)+4Fe】=一767166+283.3即<1964K可实现脱磷保锰;又由Go=一

14、RTlna/a;a,在一定温度下,(MnO)活度较高时,锰铁合金中%P】较低;而(MnO)活度一定时,温度较高,%P】也随之升高.为使%P】0.1,就必须控制温度和提高(MnO)活度.应当指出,钙系渣脱磷主要是依靠游离钙与合金中的磷作用生成ca,P2而达到预期目的的.采取脱磷措施前后的结果见表9.4.2.2中频炉重熔法2004年该公司利用中频感应炉(其设备主要参数见表10)进行了重熔法生产高硅锰硅合金的试验.有关试验配比如表11所示.第一方案的试验产品除磷为组外基本符合要求,第二方案的试验产品完全符合要求.4.3电炉热兑法生产高硅锰硅合金2002年我公司为了多渠道生产高硅锰硅合金,第5期崔先云

15、浅谈高硅锰硅合金的生产方法.表10中频炉主要参数Tab.10Mainparametersofintermediatefrequencyinductionfurnace及时兑现出口合同,把102锰硅炉与203硅铁炉联动进行了高硅锰硅合金热兑法生产,有关数据见表l2和l3.参加热兑的硅铁由转运小车从冶炼二厂送至冶炼一厂,其产品情况见表l3.4.4中锰渣加硅铁粉摇包法4.4.1准备将硅铁破碎至5mm并包装成2O一袋.202炉的中低碳锰铁生产基本按正常工艺进行,仅将碱度调高至1.2一1.3,以满足炉外法摇包反应的要求.4.4.2加铺底硅铁中碳锰铁出铁时,在渣流入第三梯渣罐内有一定量时,依次加入袋装75

16、硅铁粉到第三梯渣罐内,至第三梯渣罐无流入时,铺底硅铁粉也同时加完.表1l条件试验配比k窖Tab.11Testproportioningundercertaincircumstancekg4.4.3中锰渣进行倒渣脱硅反应.4.4.4加精炼硅铁倒渣结束后,先将第三梯渣罐吊出,即可往摇包内倒渣,同时往摇包内加入精炼硅铁,硅铁加入时要求均匀撒开.当摇包渣倒入完毕,精炼硅铁粉也同时加完.4.4.5摇包上述步骤结束即进行摇包.摇包时间为15min,摇完后镇静.在摇包的同时,进行未摇包的中锰渣和合金浇铸.4.4.6镇静后吊出摇包,扒贫渣后浇铸,精整,取样,入库,贫渣作弃渣出厂.4.4.7中锰渣倒入摇包内要控

17、制不超过摇包内径高度的三分之二,防止过满造成在吊运和摇包机上铁合金2005生表13203炉硅铁情(2002年8月)晃动而溅出伤人.Tab.13Circumstanceof203fumaceofferrosilicon5冶炼工艺的探讨与存在的问题5.1试产效果及分析401大电炉在进行锰硅合金生产时,si的回收率较普通炉型要高10%,因此把提硅的重点放在了炉内配碳提硅上,对于直接在炉料中附加硅铁的方案只在中小电炉上考虑.根据测算并结合公式H=,cPlnK心/21TU在组织一步法生产FeMn60Si25产表14202炉中锰渣热装摇包试产高硅锰硅合金数据(2005年1月)Tab.14Silicoman

18、ganesewithhish-silicondataof202furnaceproducedbyadoptingthecraftofchargingmediummanganesewithshakingladleintrimtest注:-k为多炉入库后平均值品时,原料应满足P/Mn<O.001,S/Mn<O.O1,以及/,比在0.70.9ml-I之间,可使炉况顺行.重熔法生产高硅锰硅合金时,合金磷含量的控制,在矿热炉内进行锰硅合金生产时,对锰矿P/Mn比的要求一般控制在0.0012就能生产出P0.1%的合格产品;当采用重熔时,可考虑加碱性渣15%一25%来降低炉料对P

19、/Mn比的要求.配料顺序为高熔点物,低熔点物,萤石,石灰,且CaO:CaF应在3:2左右.然后是出铁倒包的环节,鉴于低温对脱磷有利,在不影响浇铸的情况下尽量多倒包,强化脱磷的动力学条件,这样使出铁后合金含磷降到低限.转炼后期电石气味明显变浓,充分说明了元素钙的脱磷效果.由于后期料面太高,重熔法炉墙特别是出铁口侵蚀严重,跑眼的现象时有发生,造成洗炉次数增加,因此要加强对料面的控制.摇包法生产低碳高硅锰硅合金时合金中含si波动大但含C,P含量均很低,它是用来冶炼超低碳锰铁的极好方法.5.2成本分析2001年9月1821日,401炉生产高硅锰硅,由于原料等方面的原因只进行了三天,二次电压16级,每班

20、出3炉铁,平均13产94.338t.由于电耗超过平均水平800kWh/t,其生产技术经济指标受到一定影响,主要是炉内配碳不合理,直接影响了产品成本的降低.采用热兑法进行高硅锰硅合金生产时,每班出3炉铁,平均日产51.291t.由于参与联动的硅铁车间成本控制不好,如果按FeSi45成本5000元/t计,生产出来的高硅锰硅合金实际利润为40元/t,结果不如普通锰硅合金.以现行价为测算依据,高硅锰硅合金生产方法的车间成本(含税)列于表15.可见一步法成本较低.5.3问题与改进从对上述高硅锰硅合金生产方法的跟踪情况来看,笔者发现:5.3.1一步法具有很好的发展前景.但由于原料第5期崔先云浅谈高硅锰硅合

21、金的生产方法.7.组织方面的原因,401炉未进行还原剂(特别是粒度)方面的探讨,另外提硅附加硅铁的时间还有待进一步摸索.5.3.2中频炉法能提高品种的综合回收率,具有操作灵活等特点,但只适用于多品种,小批量生产;对于大容量中频炉重熔法的实践,笔者还在炉内附加三相电弧加热装置进行了辅助加热尝试,原料的适用范围更广;与500kg中频炉相比,3t中频炉的炉衬捣制要严格得多,且炉龄稍短.5.3.3摇包法生产低碳高硅锰硅合金时自热利用率高,但它是以牺牲中低碳锰铁回收率为代价的,其次对中锰渣与硅铁的开始反应温度以及反应数量的控制还需进一步摸索,如在同样操作条件下摇包的产量起伏很大,有时甚至无铁这种现象来看,就要采取提温等措施强化"金属雨"效应;另外还应提高操作自动化以及喷粉机械化程度,争取