锰系铁合金基础知识

1、第五章第五章 锰系铁合金锰系铁合金l锰系铁合金产品分类锰系铁合金产品分类l锰系铁合金冶炼方法锰系铁合金冶炼方法l锰矿的预处理锰矿的预处理l锰系铁合金炉外精炼技术锰系铁合金炉外精炼技术2 锰系铁合金产品分类锰系铁合金产品分类1）Mn元素性质及其工业应用元素性质及其工业应用2）锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用）锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用3）锰铁合金产品生产对原料条件要求）锰铁合金产品生产对原料条件要求3Mn元素性质及其工业应用元素性质及其工业应用Mn元素性质：元素性质：M=54.93 =7380 kg/m3 Tm=1517 K Tb=2365 KT=1555时，时，Mn蒸汽压为蒸汽压为0.133

2、atm，升华条件？锰中，升华条件？锰中毒？毒？金属锰元素的工业应用领域：金属锰元素的工业应用领域：钢铁冶金钢铁冶金锰系铁合金锰系铁合金有色冶金有色冶金MnCu合金（阻尼材料，热敏材料）合金（阻尼材料，热敏材料）4 锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用 中碳锰铁中碳锰铁 FeMn80FeMn80 FeMn78 FeMn78 FeMn75 FeMn75 高碳锰铁高碳锰铁 FeMn78FeMn78 FeMn74 FeMn74 FeMn68 FeMn68 低碳锰铁低碳锰铁 FeMn85FeMn85 FeMn80 FeMn800.2-0.7 1.0-2.0 0.1-0.3 0.0

3、20.2-0.7 1.0-2.0 0.1-0.3 0.021.0-2.0 0.7-2.5 0.2-0.4 0.021.0-2.0 0.7-2.5 0.2-0.4 0.027.0-7.5 2.5-4.5 0.33-0.4 0.037.0-7.5 2.5-4.5 0.33-0.4 0.03C Si P SC Si P S碳锰铁合金碳锰铁合金其他有害金属元素要求？国外有标准，国内正在制订。其他有害金属元素要求？国外有标准，国内正在制订。5 锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用(2) 锰硅铁合金锰硅铁合金 Mn+Si C P SFeMn68Si18 83 1.5 0.21 87

4、 0.4 0.21 97 95 93 90% P 90% MnMn、SiSi回收率根据工艺水平有变化回收率根据工艺水平有变化产品产品原料条件原料条件入炉入炉MnMnMnMn/Fe/FeP/P/MnMn碳锰碳锰FeMn78C8.0FeMn78C8.040%40%8.88.80.0020.002FeMn65C7.0FeMn65C7.034%34%4.54.50.0030.003锰硅锰硅FeMn65Si18FeMn65Si1834%34%6 60.0020.002(1) (1) 原料中的原料中的MnMn/Fe/Fe和和P/P/MnMn比值比值7 锰矿按其工业上的用途可分为化工用锰矿和锰矿按其工业上的

5、用途可分为化工用锰矿和冶金用锰矿两大类。冶金用锰矿两大类。 锰矿石分类锰矿石分类锰矿石锰矿石化工用锰矿化工用锰矿电池氧化锰，高锰酸钾电池氧化锰，高锰酸钾锰矿类型：氧化锰矿（铁合金）锰矿类型：氧化锰矿（铁合金） 碳酸锰矿（电解锰）碳酸锰矿（电解锰）锰矿中的锰矿中的MnMn/Fe/Fe比，比，P/P/MnMn比比锰矿中锰矿中MnMn 30%30%，富，富MnMn矿矿冶金用锰矿冶金用锰矿我国冶金级锰矿分类标准及所占比例我国冶金级锰矿分类标准及所占比例品级品级MnMn%MnMn/Fe/FeP/P/MnMn各占比例各占比例% %产地产地一一40407 70.0040.0045 5广西广西湖南湖南贵州贵州

6、二二35355 50.0050.005三三30303 30.0060.006四四25252 20.0060.0067070辽宁辽宁五五1818不限不限不限不限2525我国贫矿多、富矿少，且我国贫矿多、富矿少，且SiOSiO2 2含量高，因此，锰矿进口量逐年提高，含量高，因此，锰矿进口量逐年提高，与国内矿搭配使用。与国内矿搭配使用。8MnMn锰系铁合金冶炼方法（非高炉法）锰系铁合金冶炼方法（非高炉法）矿热炉冶炼工艺矿热炉冶炼工艺无溶剂法无溶剂法有熔剂法有熔剂法高碳锰铁，锰硅铁合金高碳锰铁，锰硅铁合金硅热冶金硅热冶金富锰渣（除富锰渣（除P，提高，提高Mn/Fe比）比）炉外冶炼工艺炉外冶炼工艺中、低

7、碳锰铁，中、低碳锰铁，金属锰金属锰吹氧脱碳吹氧脱碳高碳锰铁高碳锰铁910 高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）冶炼原理：冶炼原理： (MnO)渣渣 + C = Mn + CO 主反应主反应 (FeO)渣渣 + C = Fe + CO Mn4+ Mn3+ Mn2+ Mn3C 直接还原直接还原 C的直接还原的直接还原 CO间接还原间接还原 (P2O5)渣渣 + 5C = 2P + 5CO (SiO2)渣渣 + CaO或或MgO = (CaO或或MgO)n(SiO2)m MnOSiO2 + CaO = CaOSiO2 + MnO副反应副反应11 高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）高碳锰铁冶炼

8、工艺（熔剂法）冶炼原理：冶炼原理： FeO + CO = Fe + CO2 G4932440.13T T始始=1229 K (956) MnO + CO = Mn + CO2 G412664172.16T T始始=2396 K (2123) MnO + C = Mn + CO G575266339.78T T始始=1693 K 2MnO + 8/3C = 2/3Mn + 2CO G510789.6340.8T T始始=1499 K (软熔带软熔带)间接还原间接还原直接还原直接还原12 熔剂法生产高碳锰铁工艺制订原则熔剂法生产高碳锰铁工艺制订原则1) 混合配矿中的混合配矿中的Mn/Fe比：比：F

9、eMn78C8.0 产品产品 Mn/Fe=7.89 FeMn74C7.5 产品产品 Mn/Fe=5.1 FeMn68C7.0 产品产品 Mn/Fe=3.42) 混合矿中的碱度控制：混合矿中的碱度控制： 配加石灰或白云石配加石灰或白云石 4 . 12 . 1Ca2 SiOO8 . 16 . 1M4 . 1Ca2 SiOgOO13 为什么碱度并非愈高愈好？为什么碱度并非愈高愈好？ 渣中残渣中残Mn含量含量 Mn的回收率的回收率Mn=78%82% 渣渣/铁比铁比 粘度粘度 相分离相分离 炉渣的熔点不能太高炉渣的熔点不能太高 Mn的挥发的挥发14 无熔剂法生产高碳锰铁无熔剂法生产高碳锰铁条件：条件：

10、矿石中矿石中Mn/Fe比远高于碳锰产品中的比远高于碳锰产品中的Mn/Fe比比 获得低获得低P的富的富Mn渣用于生产锰硅合金或金属硅渣用于生产锰硅合金或金属硅工艺水平：无熔剂法工艺水平：无熔剂法Mn的直收率低一点，但结合后续的直收率低一点，但结合后续MnSi铁铁 合金生产，使锰的综合回收率很高。合金生产，使锰的综合回收率很高。 无熔剂法生产高碳锰铁的工艺案例无熔剂法生产高碳锰铁的工艺案例牌号牌号SiMn/FeFeMn78C8.047.8FeMn74C7.545.1FeMn68C7.01028的富锰渣，试问应如何设计高碳锰铁的产品牌号？的富锰渣，试问应如何设计高碳锰铁的产品牌号？l锰硅铁合金常用牌

11、号：锰硅铁合金常用牌号：FeMn68Si18, FeMn64Si14, FeMn60Si28 (1) 配料的配料的Mn/Fe比？比？ (2) 产品中的碳含量？产品中的碳含量？(涉及产品用途涉及产品用途)l锰硅铁合金冶金原理：锰硅铁合金冶金原理： 第一种论述第一种论述 MnOSiO2 + 3C = MnSi(Fe) + 3CO 第二种论述第二种论述 MnOSiO2 + 4/3C = 1/3Mn3C + SiO2 + CO (低温低温) SiO2 + 2C = Si + 2CO (高温高温) 1/3Mn3C + Si = MnSi + 1/3C (Mn3C是中间产物是中间产物) 第三种论述第三种论

12、述 MnOSiO2 + SiC MnSi(Fe) + 3CO 锰硅铁合金冶炼锰硅铁合金冶炼MnMn锰系铁合金冶炼中的几点问题锰系铁合金冶炼中的几点问题 (1) 配料碱度问题配料碱度问题 锰硅合金冶炼工艺中，终渣碱度不仅取决于炉料配方，同锰硅合金冶炼工艺中，终渣碱度不仅取决于炉料配方，同时与冶炼过程时与冶炼过程SiO2的还原率有关，书上常讲的的还原率有关，书上常讲的CaO/SiO2为为0.50.7应针对具体渣系而言才对（应针对具体渣系而言才对（Al2O3型渣，型渣，MgO型渣）；型渣）； (2) 冶炼锰硅合金时，炉内功率密度大，以获得冶炼锰硅合金时，炉内功率密度大，以获得Si还原必须还原必须 的

13、高温条件；的高温条件； (3) 锰硅合金生产中，炉况有周期性，炉腔愈炼愈小，其原锰硅合金生产中，炉况有周期性，炉腔愈炼愈小，其原 因是生产高硅锰铁时，炉腔内含形成因是生产高硅锰铁时，炉腔内含形成SiC的积累，因此，的积累，因此， 转炼工艺十分重要；转炼工艺十分重要； (4) 配碳量控制和焦炭层的作用。配碳量控制和焦炭层的作用。17 高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意图矿热炉炉膛结构示意图1.松散的烧结料；松散的烧结料；2. 软熔带；软熔带；3. 渣焦混合物；渣焦混合物；4. 焦炭层；焦炭层；5. 渣层（有焦炭）；渣层（有焦炭）；6. 渣层；渣层；7. 金

14、属；金属；8. 死料区；死料区；9. 电极碎块；电极碎块；10. 电极；电极；11. 碳砖；碳砖；12. 出渣口；出渣口；13. 出铁口出铁口直接还原：（直接还原：（MnO）+CMn+CO 间接还原：（间接还原：（MnO）+COMn+CO （MnO2）+CO(MnO)+CO2 烧结工艺烧结工艺单单 位位 负负 荷荷 的的 炉炉 膛膛 深深 度度 m m/ /M MW W单单 位位 负负 荷荷 的的 极极 心心 圆圆 面面 积积 m m2 2/ /M MW W单单 位位 负负 荷荷 的的 熔熔 炼炼 区区 域域 体体 积积 m m3 3/ /M MW W高高 于于 理理 论论 用用 焦焦 量量

15、的的 比比 例例 % %锰系铁合金生产中的存在问题锰系铁合金生产中的存在问题 粉矿 n矿产资源 状况 原料预处理 贫矿n炉子大型化对炉 粒 度透气性 料理化性能要求 还原度焦耗、电耗不同锰矿种类的理化性质不同锰矿种类的理化性质n几种原矿的理化指标n几种原矿的差热曲线（DTA）锰矿石的物理性质锰矿石的物理性质矿名矿名主要矿物主要矿物化学式化学式晶体结构晶体结构总水量总水量/%结晶水结晶水/%吸附水吸附水/%烧损烧损/%澳州锰矿澳州锰矿硬锰矿硬锰矿4MnO2 2H2O单斜单斜5.334.440.8914.7澳州锰矿澳州锰矿软锰矿软锰矿MnO2立方立方1.601.611.3加蓬锰矿加蓬锰矿软锰矿软锰

16、矿MnO2立方立方4.9704.9714.7南非锰矿南非锰矿褐锰矿褐锰矿Mn2O3四方四方0.4500.452.9越南锰矿越南锰矿软锰矿软锰矿MnO2立方立方变化变化0变化变化9.0阿根廷锰阿根廷锰矿矿菱锰矿菱锰矿MnCO3三斜三斜变化变化0变化变化38以以MnCO3为菱锰矿成分计算为菱锰矿成分计算矿物矿物化学式化学式颜色颜色密度密度/gcm-3晶体结构晶体结构 硬度硬度(莫氏莫氏)软锰矿软锰矿MnO2黑色黑色4.85.6立方立方25硬锰矿硬锰矿4MnO22H2O钢灰色钢灰色3.9单斜单斜46褐锰矿褐锰矿Mn2O3黑棕色黑棕色4.74.9四方四方66.5黑锰矿黑锰矿Mn3O4黑色黑色4.74.

17、8四方四方5水锰矿水锰矿Mn2O33H2O钢灰色钢灰色4.24.4斜方斜方4.24.3菱锰矿菱锰矿MnCO3玫瑰红玫瑰红-暗红色暗红色3.3三斜三斜3.54.6锰方解石锰方解石(Ca,Mn)CO3白、灰白带微红白、灰白带微红2.73.1三方三方3.54.5蔷薇辉石蔷薇辉石MnOSiO2淡红色淡红色3.53.7三斜三斜6锰橄榄石锰橄榄石MnSiO4淡红色淡红色4.04斜方斜方5.56硫锰矿硫锰矿MnS绿棕色绿棕色3.94.1立方立方3.54方锰矿方锰矿MnO翠绿色翠绿色5.4八面体八面体5.6 主要的含锰矿物主要的含锰矿物矿名矿名成成 分分/%结晶水结晶水/%吸附水吸附水/%主要主要矿物矿物Mn

18、SiO2CaO MgO FeO Al2O3PS澳洲锰矿澳洲锰矿 48.655.322.540.663.293.500.056 0.0534.440.89硬锰矿硬锰矿澳洲锰矿澳洲锰矿 50.039.431.020.655.520.860.035 0.0384.60软锰矿软锰矿加蓬锰矿加蓬锰矿 50.174.030.290.463.824.620.102 0.0294.97软锰矿软锰矿南非锰矿南非锰矿 51.495.024.910.6612.50.390.040 0.1400.45褐锰矿褐锰矿越南锰矿越南锰矿 46.648.941.130.247.843.330.093 0.030软锰矿软锰矿一些

19、进口锰矿的成分和矿物结构一些进口锰矿的成分和矿物结构矿名矿名成成 分分/%主主 要要 矿矿 物物MnSiO2CaO MgOFeOAl2O3PS娄底锰矿娄底锰矿 约约30约约2314.33.65.14.60.162.08硫锰矿、锰橄榄石硫锰矿、锰橄榄石洮江锰矿洮江锰矿 约约29约约2220.44.53.24.10.060.45 方锰矿、锰橄榄石等方锰矿、锰橄榄石等湘潭锰矿湘潭锰矿 约约30约约2712.93.73.75.80.171.10方锰矿、锰橄榄石方锰矿、锰橄榄石照东锰矿照东锰矿 约约30约约201.02.51.48.20.060.34锰橄榄石等锰橄榄石等建昌锰矿建昌锰矿 约约23约约21

20、3.92.4约约142.20.071.8菱锰矿、锰方解石等菱锰矿、锰方解石等我国一些锰矿的成分和矿物结构我国一些锰矿的成分和矿物结构使用锰矿原矿带来的不利因素使用锰矿原矿带来的不利因素n粒度问题粒度问题炉料未熔化层的透气性炉料未熔化层的透气性n锰矿结晶水高温脱除引起电能额外消耗锰矿结晶水高温脱除引起电能额外消耗锰矿石在升温过程中的物理化学变化锰矿石在升温过程中的物理化学变化311.硬锰矿硬锰矿2.菱锰矿菱锰矿4MnO2 2H2OMnO2Mn2O3Mn3O44MnO2 2H2O+附着水附着水 100 150 400 500 527 900 4MnO2 2H2OMnCO3+附着水附着水 H2OH2

21、OMnCO3MnO100 150 H2O525 CO2锰矿冶炼过程中的脱水与价态变化锰矿冶炼过程中的脱水与价态变化 吸附水吸附水 150n矿中总水份（矿中总水份（%） 结晶水结晶水 500nMn价态变化价态变化 MnO2 Mn2O3 MnO Mn 预还原（烧结过程）预还原（烧结过程） 终还原终还原33矿热炉节电的技术措施矿热炉节电的技术措施 炉料热装工艺炉料热装工艺Ni,Fe,SiCO SiO2,MgO,CaO H（已知）（已知）H1H2镍铁水镍铁水炉渣炉渣T1500T=25 T=500 /600 / 700 H =H1+ H2反应物反应物炉气炉气 镍烧结矿镍烧结矿 焦炭焦炭 镍烧结矿镍烧结矿 焦炭焦炭生成物生成物热装法冶炼镍铁合金节约电耗计算原理图热装法冶炼镍铁合金节约电耗计算原理图34低硅、高硅镍铁合金及冷装、热装法低硅、高硅镍铁合金及冷装、热装法理论电耗比较理论电耗比较3937.44313.83566.43396.93220.1376.4747.4916.91093.7一吨镍铁理论电耗一吨镍铁理论电耗（kwh)高硅镍铁高硅镍铁 低硅镍铁低硅镍铁 低硅低硅500 低硅低硅600 低硅低硅700 MnMn中、低碳锰铁合金的生产方法和原理中、低碳锰铁合金的生产方法和原理35生产方法生产方法冶金原理冶金原理高碳锰铁吹氧脱碳高碳锰铁吹氧脱碳硅热法