锰系合金的冶炼

5 锰系合金的冶炼锰铁的牌号及用途锰铁是锰与铁的合金，其中还含有碳、硅、磷及少量其他元素。电炉冶炼的锰铁，依据〔碳素锰铁、中碳锰铁和低碳锰铁三种，其牌号及化学成5-1表5-1 电炉锰铁牌号其化学成分〔GB/T3795-96〕在锰系合金中含有足够硅量的锰铁合金称为锰硅合金，其牌号及化学成分见表5-2。表5-2 锰硅合金牌号及其化学成分〔GB/T4008-96〕注：硫为保证元素，其余均为必测元素含有极少量的其他元素，而其余均为锰的合金称为金属锰，其牌号及化学成分见表5-3化学成分/%牌号Mn不小于CSi化学成分/%牌号Mn不小于CSiFePS大NiCuAI+Ca+Mg不于JMn9797.00.080.402.00.040.040.020.030.7JMn9596.50.100.52.30.050.050.020.030.7JMn95-A95.00.150.82.80.060.050.020.030.7JMn95-B95.00.150.83.00.060.050.020.030.7JMn93-A93.50.201.82.80.060.050.020.030.7JMn93-B93.50.201.84.00.060.050.020.030.7在锰系合金中还有一种含硅、碳、磷量与高碳锰铁相近，而含锰量仅为20%~30%，并且因其断面光亮如镜而得名的镜铁。钢的脱氧剂和脱硫剂。另外，锰铁还作为炼钢的合金剂参与钢中，改善钢的机械性能，增加钢的强度、硬度、延展性和耐磨性等。此外，锰铁还大量用于电焊条的生产，金属锰广泛用于生产锰青铜和铝合金。在化学工业中也得到利用。锰及其化合物的物理化学性质锰的主要物理化学性质相对原子量54.938密度7300kg/m3熔点l517K沸点2368K熔点热7.37kJ/mol蒸发热225.0kJ/mol锰有四种变化形态,各种变态的晶格也不同：α——小于1000K稳定，立方体；β——由l000K到1374K稳定，立方体；γ——由1374K到1410K稳定，面心四周体；δ——1410K1517K稳定，体心立方体。转变热为：，H＝2240J/mol；，H2281.81J/mol；，H＝ 1800.3J/mol。硅合金。冶炼温度越高、金属中的锰含量越高，合金中锰的损失就越大。锰化合物的性质2 3 3 锰与氧生成一系列的氧化物：MnO2、MnO、MnOMnO。锰的低价氧化物较高价MnO2 3 3 MnO280CMn2O350CMn3O4200CMnO5-1为锰铁状态图。Mn7C3，Mn3CMn23C65-2为锰碳状态图。Mn2Si、MnSi、Mn2Si3MnSi5-3为锰硅状态图。硅化锰是较碳化锰更稳定的化合物，当锰的碳素合金中硅的含量增高时，硅会将其中的碳置换出来，生成硅化物。锰硅合金中的硅含量与碳含量之间的关系如图5-4，含硅最量高，含碳量就愈低。Mn5P2、MnP、MnP2MnP3Mn5P2最稳定。Mn4N、Mn5N2Mn3N26%。锰和硫生成硫化物MnS和MnS2、MnS是格外稳定的化合物，在液态和固态锰中的溶解度者断很小； 锰矿的国家之一，大局局部布在中南和西南。150多种，但可作为工业锰矿石用的并不多，依据其矿物组成5-4。5-4主要含锰矿石SiO2、AI2O3、CaO、MgO等氧化物；锰矿中的杂质有铁、磷、碳、铅、锌、砷等。铁常以Fe2O3的形态存在；磷在冶金，故锰矿中硫含量影响不大。锰与铁含量之比及含锰凹凸又分成三类：接锰矿类型可分为氧化锰矿和碳酸锰矿。锰铁矿石含有相当数量的锰和铁，但 Mn/Fe＜1；含锰铁矿石主要含 Fe＞35%，含Mn5%~10%。按锰矿含锰凹凸分为富锰矿和贫锰矿。各国依其矿源条件不同，贫富锰矿的划分Mn30%的成品矿石称作富锰矿。含锰较高的氧化锰矿开采出来后〔有的经水洗CO2及其他挥发成分前方可作为成品矿石〔焙烧矿。碳酸锰矿的焙烧一般承受竖窑焙烧，用无烟煤作燃料，焙烧温度为l073～1273K，焙烧时碳酸锰矿中的主要碳酸盐按下式分解：MnCO3=MnO+CO2 △H298=116.60kJFeCO3=FeO+CO2 △H298=104.0kJCaCO3=CaCO+CO2 △H298=179.40kJMgCO3=MgO+CO2 △H298=103.16kJMnO再氧化。3MnO+CO2=Mn3O4+CO2MnO+CO2=Mn2O3+CO〔可降低杂质含量，提高锰的含量。除火法富集〔富锰渣法〕外，其他方法的选矿及焙烧等都在矿山进展。锰矿是冶炼锰系合金的主要原料，熔炼锰系合金对锰矿的主要要求如下：矿石中含锰量要高。含锰越高，产量越高，消耗越低，各项技术经济指标越好。40%35%；冶炼高炉锰铁时，30%。95%进入合金，因此要求锰矿有确定的锰铁比。由于生产锰3，5～10。锰矿中的磷约有75%被复原进入合金，为了使锰合金中磷的含量把握在规定范围0.002～0.005。锰矿中含SiO2要低，腺冶炼锰硅合金外，矿石中SiO2含量要低，这样可以减步渣量，降低电耗和提高锰的回收率。CaOMgO对冶炼过程中获得确定碱度的炉渣有利，故不加限制；锰MnSl%进入合金，故对锰矿中硫不加限制。〔65～75mm3mml0.6。〔7〕锰矿〔指烧结矿和球团矿〕应有足够的抗压强度〔大于0.5MPa8%。高碳锰铁冶炼冶炼方法高碳锰铁冶炼有高炉法和电炉法两种。高炉法此处不作介绍。和少熔剂法三种：熔剂法。炉料中除锰矿，焦炭外，还配入确定的熔剂〔石灰，参与足够复原剂，CaO承受高碱度渣进展操作，炉渣碱度SiO 把握在1.3～1.4，以便尽量降低炉渣中的含锰量， 2提高锰的回收率。此法可利用贫矿。无熔剂法。炉料中不配加石灰，在复原剂缺乏的条件下冶炼，承受酸性渣操作。用这种方法生产，既可获得高碳锰铁，又可得到用于生产锰硅合金和中低碳锰铁的含锰30%左右的低磷富锰渣。尤熔剂法冶炼的优点是冶炼电耗低，锰的综合回收率高，缺乏之处是由于“偏酸性渣法”。该法是在配料中加人少0.6～0.8之间，在弱炭条件下进展冶炼，生产出合格的高碳锰铁和含锰25%～40%及适量的CaO及低磷、铁锰渣。此渣用于生产锰硅合金时，既可削减石灰配入量，又可削减因石灰潮解增加的粉尘量而改善炉料的透气性。无熔剂法和少熔剂法生产高碳锰铁。原料电炉熔剂法生产高碳锰铁的原料有锰矿、焦炭、石灰和萤石。冶炼高碳锰铁时应用含锰量高、SiO2和AI2O3含量低的锰矿，这样可以削减渣量，降低8%以下。对锰矿中锰、铁、磷含量的要求，应依据生产的牌号来确定〔5-5。5-5对锰矿中锰、铁、磷的要求锰矿的入炉粒度依据电炉容量大小而定，对6000kV·A以下容量的电炉，人炉粒度一般10～60mm6000kV·A80mm10mm的粉矿l0%。3～25mm82%，灰分不大于14%7%，磷含量宜低。冶炼高碳锰铁时，使用的熔剂是石灰和萤石，石灰要求CaO≥80%，SiO2＜6%，P＜2 2 0.05%S0.80%，粒度为10~60mm；萤石要求CaF≥75AIO0.4%~0.6%2 2 2CaO0.49%~0.53%，SiO＜26%。2冶炼原理的高价氧化物稳定性较差，在冶炼温度下，将依次分解成低价氧化物。753K时，MnO

MnO：2MnO

=MnO+1O2 2 3

2 2 3 2 2l200K时，MnOMnO：3MnO

=2MnO+1O2 3 3

2 3 4 2 21450K时，MnOMnO：MnO=MnO

+1O3 4 3

2 3 2 2MnO是比较稳定的氧化物，在电炉冶炼条件下，Mn0不分解。CO复原成低价氧化物，其反响如下：2MnO+CO=MnO+CO2 2 3 23MnO+CO=2MnO+CO2 3 3 4 2MnO+CO=3MnO+CO3 4 2在冶炼温度下，MnOCOMnOMnO的反响如下：MnO+C=Mn+CO G575266.32339.78T T

=1693K开2MnO8C2MnC2CO G510789.6340.80T T

=1499K3 3 3 开MnOMn3C比生成锰的趋势大，因此用碳作复原剂时，得到的不是纯锰，而是锰的碳化物〔Mn6%～7%。MnO被碳复原的同时，锰矿中Fe、P、Si的氧化物也被碳复原，其中P2O5FeOMnO更简洁被复原。矿石中磷的氧化物能被碳、锰充分复原，其反响式如下：2 4PO2C P2CD G396071.28382.13 T =1036.5K5 2 5 5 开2PO2Mn4P2MnO G179195.0442.37T T

=1036.5K5 2 5 5 开被复原出来的磷，大约有70%进入合金，5%左右残留渣中，其余挥发。炉料中铁的氧化物按下式被碳复原：FeOCFeCO G148003.381503.31T T开=985K复原出来的铁与锰组成锰铁的二元碳化物[〔Mn·Fe〕3C]从而改善了MnO的复原条件。11000C时，MnO的复原即可进展。SiO2MnO稳定，只有在较高的温度下才能被碳复原：SiO52CSi2CO T开=1937K把握高碳锰铁冶炼温度不超过823K，可以有效地抑制SiO2的复原。实际允许的高碳锰4%SiO2形式进入炉渣。炉料中的其他氧化物——CaO、AI2O3、MgO等，则较MnO更为稳定，在高碳锰铁冶炼温度条件下不行能被碳复原，几乎全部进入炉渣。MnSCaS形l%左右进入合金。高碳锰铁在l523K左右时熔化，合金过热至1623~1643K就具有良好的流淌性，且锰的挥发性很大，因此冶炼高碳锰铁时，应避开炉缸温度过高，也就是应避开高出顺当进展复原反响所必需的温度。MnOSiO2结合生成硅酸盐：MnO+SiO2=MnO·SiO22MnO+SiO2=2MnO·SiO2MnOMnO变得困难。为了削减锰进入炉渣中的损失，可于炉料中参与石灰或石灰石，此时MnO·SiO2+CaO=CaO·SiO2+MnO2MnO·SiO2+2CaO=2CaO·SiO2+MnOMnO增加，复原条件得到改善。CaO CaO5-5SiO2

的关系图。从图知，随着渣中SiO2

的增大，炉渣中CaO CaO锰含量削减，但当渣中SiO2

1.4SiO2

，则渣中锰的含量削减得并不多，CaOMnOMnOCaO

SiO2

锰的气化损失增加。CaO/SiO21.2~1.4范围内。这时炉渣具有以下成分：SiO225%~32%，AI2O38%~13%，CaO35%~43%，MgO3%~5%，MnO10%~16%，FeO1%1623～1673K。CaOMgO代替。某厂用局部白云石做熔剂，使渣中MgO含量提高到5%～l0%时，能使碱度提高到l.6～1.8，渣中残锰进一步降低，到达5%以下，此时电耗和锰的挥发损失并不增加。78%～82%进入合金，8%～l0%进入炉渣，l0%～l2%挥发。冶炼工艺所以炉衬寿命较硅铁炉低。为了提高炉衬的寿命，在熔炼过程中应参与足够的复原剂、不使合金过热和长期停留在炉内。〔白云石〕的挨次进展称量配料，然料管中的料自动落入炉内。损失和锰的挥发损失。加料要做到勤加、少加，塌料或出铁后应先推料，再加料。保持炉料均匀下降是进展正常冶炼的一个重要条件。炉料均匀下降，可以使炉料中的高价氧化锰在进入高温区以前，分解或复原成MnO，而且全部炉料得到良好的加热。炉料的结塌料时湿炉料以及含高价氧化锰的炉料突然落入高温区，在高温下炉料水分的蒸发和高价氧化锰的猛烈分解复原，产生压力很大的气体，使炎热的炉料和液体炉渣从炉内溅出。因此，为了消退结块和挂料，必需常常用铁杆戳穿炉料，防止炉气的积聚。炉气积聚还会形成针状气孔，增加锰的损失。上升，因此二次电压要选择适宜。刺火现象；炉料均匀下沉；三相电流根本平衡，电极插稳插深；铁渣流淌性好出铁后料面下沉好，炉内炉边无结渣，熔化区大。对于封闭式炉，炉况正常的标志是，炉内压力稳定。对封闭炉炉内压力，一般实行微正压0～29.42Pa操作，以保持炉气量和炉气成分的稳定，炉气含氢量要小于8%，含氧量要小于3%。过大的正压会破坏炉子的密封性，密封性遭破坏表现在炉顶冒烟喷火；假设在过低的负压下操作，将会吸入空气，使煤气中氧含量增加，简洁引起爆鸣甚至爆炸事故。剂配入过多或缺乏，以及炉渣碱度的过高或过低造成的。入量。中提高焦炭配比。炉渣发喑且粗糙，断面多孔，冷却后很快粉化。炉渣碱度过低时，电极插入深，炉渣稀，流动性好，渣外表皱纹少，渣中跑锰多。针对以上状况，应准时调整石灰的配入量将炉渣碱度调整到正常范围。内状况，对封闭炉，则应从严格把握入炉原料的质量入手来防止上述现象的发生。铁水注入锭模中，待冷却后翻出进展精整。冶炼过程中要定时出铁，出铁次数依据电炉容量大小而定。通常大电炉每班出铁4～52～3包内，绝大局部炉渣经铁水包的包嘴流入渣罐中。出铁完毕，用耐火泥〔或50%白泥，30%电极糊和20%焦粉〕做成的泥球深深地堵塞出铁口。铁水包从炉子工作平台下运出，并用吊车运至铸锭的地方，炉渣送往水淬间进展水淬。流铁口里面用卤水镁砂，外部用泥球堵住。为防止流铁口意外穿开，在流铁口外部装有可以开闭的挡板，借以在关闭时压住堵眼泥球。配料计算算时主要是依据原料分析结果和实际工作阅历，承受一些阅历数据。5-6。5-6原料成分成分 Mn/%名称混合锰矿 34焦炭石灰注：焦炭含水约l0%。计算参数：5-7。

Fe/%10

P/%0.12

SiO2%9

CaO/%1.585

C/%83成分入合金/%入渣/%成分入合金/%入渣/%挥发/%名称Mn781012Fe955P75520炉渣碱度，R=1.4。冶炼锰铁成分：Mn66%，Si2%，C6.5%，P＜0.3%，除铁以外其他杂质总和为0.5%。出铁口排碳及炉口燃烧损失约10%左右。100kg锰矿为计算根底，求焦炭、石灰需要量。配料计算：1〕合金重量及成分计算：锰、铁，磷的总量为：100×34%×78%+100×10%×95%+100×0.12%×75%=26.52+9.5+0.09=36.11kg锰、铁、磷所占合金的比例为：100%－C%－Si%－其他=100%－6.5%－2.0%－0.5%－91%100kg锰矿能得到的合金总量为：36.11÷91%=39.68kg合金成分：100×34%78%〕+39.68=26.52+39.68=66.8%含磷：〔100×0.12%×75%〕+39.68－0.09+3968=0.268%合金中含硅量： 39.68×2%=0.7936kg合金中含碳量： 39.68×6.5%－2.579kg2〕焦炭用量见表5-8。化合物MnO反响MnO+C=Mn+CO化合物MnO反响MnO+C=Mn+CO12:55x:100(0.780.12)0.34用炭量/kg1FeOFeO+C=Fe+CO12:56x :1000.10.95〔100×0.1×0.95×12÷56=2.035SiO2224:28〔0.7936×24〕÷28=0.6802:0.7936PO2 52 5x :100(0.750.20)0.001260:62合金含铁4[100×0.0012×〔0.75+0.20〕×60]÷62=0.1132.57912.0805l0%的焦炭量：12.0805÷0.83÷0.9÷0.9=17.9689kg石灰用量：渣中SiO2量：l00×9%-0.7936×60÷28－9－1.7=7.3kg2需要石灰量：[SiO－〔100×1.5%〕]÷0.85－〔7.3×1.4－1.5〕÷0.85=10.26kg2料批配比为：混合锰矿l00kg；焦炭17.97kg；石灰l0.26kg。锰硅合金的冶炼剂。锰硅合金可在大、中、小型矿热炉内实行连续式操作进展冶炼。原料生产锰硅合金的原料有锰矿、富锰渣、硅石、焦炭、白云石〔或石灰石、萤石。锰矿：生产锰硅合金可使用一种锰矿或几种锰矿〔包括富锰渣〕的混合矿。由于锰硅合金要求铁、磷含量比高碳锰铁低，故要求冶炼锰硅合金的锰矿有更高的锰铁比和锰磷比，如5-95-6为锰矿品位对锰硅合金技术经济指标的影响。5-9某厂商品锰硅合金用矿技术指标〔30%~40%SiO2〕来冶2 PO2 10～80mml0mm的不超过总量的l0~40%，不带泥土及杂物。焦碳：要求固定碳≥84%，灰分≤l4%，焦炭粒度一般中小型电炉使用3～13mm，大型5～25mm。对石灰的要求与冶炼高碳锰铁一样。白云石；要求MgO≥19%，SiO2≤2.0%，用于生产10～40mm，大型电炉其粒度为25～60mm。冶炼原理CO复原成低价氧化物MnO，MnO较稳定，只能用碳直接复原。由于炉料中SiO2较高，MnO还没来得及复原，就与之反响生成低熔点的硅酸锰〔富锰渣中的锰硅也是以硅酸盐的形式存在MnO中复原锰的反响，实际上是从液态炉渣的硅酸盐中进展复原的。3由于锰与碳能生成稳定的化合物MnC，用碳直接复原MnO得到的不是纯锰，而是锰33MnC。3MnOSiO

4 1C

CO2 3 3 3 2炉料中的氧化铁比氧化锰简洁复原，复原出来的铁与锰形成共熔体〔Mn·Fe〕C，大大3MnO的复原条件。随着温度的上升，硅也被复原出来，其反响式是：SiO+2C=Si+2CO23 由于硅与锰能够生成比MnC 更稳定的化合物MnSi，当复原出来的硅遇到MnC3 3MnC中的碳被置换出来，使合金含碳量下降，其反响式为：31 13Mn3CSiMnSi3C用碳从液态炉渣中复原硅和锰生产锰硅合金的总反响式：△MnO·SiO+3C=MnSi+3CO Gθ=3821656.6-2435.67T△2炉料中磷的氧化物在较低温度下即被复原，复原反响按下式进展：2 4PO 2C P2CO △Gθ=85100-81.32T5 2 5 5其开头反响温度为7730C，炉料中的磷约有75%进入合金。在锰硅合金的冶炼过程中，为了改善硅的复原条件，炉料中必需有足够的SiO2，以保证冶炼过程始终处在酸性渣下进展；但是假设渣中SiO2过量，又会造成排渣困难。通常冶炼锰

〕=34~42%；CaOMgO0.6~0.8〔Mn〕＜8%22 SiO2冶炼工艺到细心细致，正确地推断和准时处理炉况。准确的配料比是保证得到正常炉况的关键。焦炭的配入量应在保证电极足够插入深度的前提下尽量多用些。过复原状态，使炉底上涨，排渣困难，进而导致炉况恶化。用炭量缺乏常引起炉口翻渣，负荷波动且送缺乏，合金中锰、硅含量也下降。引起电极上移，所以出铁口排炭是必要和正常的。焦炭多，配碳量也要大一些。炉渣碱度对锰硅合金的冶炼电有很大的影响。碱度过高，成渣温度大大下降，炉内温度CaOSiO2SiO2的复原困难，合金含硅量上不去。此外，碱度过高，炉渣过稀，出铁时带走的生料多，出铁口也简洁烧坏，炉眼也不好堵，因此碱度不能太高。由于炉温低和渣发黏，SiO2复原发生困难，合金中硅低碳高，渣中跑锰多。生产中可依据渣量和渣的流淌性来推断炉渣碱度。正常冶练时，每炉的渣和铁量在确定明碱度低。炉渣的流淌性和碱度直接相关，渣稀，碱度就高；渣稠，碱度就低。而是靠增加二氧化硅的复原率来获得较高且适宜的炉渣碱度。二氧化硅是较难复原的氧化物，它的复原程度与复原剂用量，特别是与炉温有关。因此冶炼硅含量较高的锰硅合金时，除适当增加复原剂的用量外，关键是怎样提高炉内的温度。SiO2和Mn在2400C生成低熔点的硅酸锰，而从MnSiO3中复原得到含硅20%的合金液的开头还原温度为l4900C，因此冶炼含硅较高的锰硅合金的主要困难也是炉温问题。锰矿的品位和粒度对炉温电有确定的影响。锰矿含锰越高，渣量越少，可以相应地延长出炉时间，均匀并提高炉温。锰矿粒度适宜，粉末率低，则炉料透气性好，整个炉口均匀冒火，料层均匀下沉，炉料预热好，落入下部反响区时带入较多的热量，生产技术指标较好。〔

CaOSiO

0.5~0.72之间，合金含硅量高。此外炉渣中含有少量的Mg〔5%～7%，能大大改善炉渣的流淌性，有利于炉温的提高，促进SiO2的复原。电极工作端的长度对炉温有着直接影响。9000～12500kV·A的电炉冶炼锰硅合金时，电极的正常插入深度为1.2～l.4m130～l45V；3000～6000kV·A的电炉冶炼600～800mm。提高，从影响合金中硅含量的提高。锰的回收率是生产锰硅合金的一项重要指标。提高锰回收率就是要削减进入炉渣和伴同炉气逸出的锰。炉渣中锰含量与炉渣碱度有关，见表1—l0。碱度越高，渣中含锰量越低，但0.2增0.7～0.8时，锰的回收率随着碱度的增加而提高，当碱度进一步提高时，锰的回收率反而降低。表5-10 渣中锰含量与炉渣碱度的关系锰，可以削减锰的挥发损失。〔粒度、成分、电极位置、炉渣碱度、合金成分、渣量〔同敞口炉〕外，还要考虑炉气成分、炉膛备局部温度变化等状况，对冶炼过裎进展全面分析，综合推断。如：炉膛出口压力波动，炉盖温度局部上升，说明炉膛内部翻渣或刺火。炉气出口压力增大，炉盖温度未上升，二次电流下降，说明炉内有塌料现象。的象征。漏水现象，应马上停电处理；如氧气含量增加，说明密封不好。5～12次，铁渣同时放出。由于排渣较困难，有时要进展人工拉渣，出铁后用耐火黏土与焦粉的混合物堵塞铁口。防止浇注时分别不好的酸性渣落入合金锭内。锰硅合金可用浇注机浇注，也可浇入锭模。为改善合金质量，可承受铁水包的下浇注法。配料计算5.5.4.1原料化学成分Mn P按品种要求混合锰矿 ≥4.5， ＜0.0025。原料化学成分见表5-11。Fe Mn10%5.5.4.2 计算依据〔1〕10%5.5.4.2 计算依据〔1〕5-12注：焦炭含水量为10%。表5-12 元素安排〔2〕锰硅合金化学成分：Mn：70%；Si：20%；C：1%；Fe：8%；P：0.18%。出铁口排碳及炉口燃烧损失10%。100kg混合锰矿为计算根底，求所需焦炭、硅石量，并计算出炉渣碱度。5.5.4.3计算合金重量：合金量：100×30%×78%÷70%=33.4kg合金中硅量：100×30%×78%÷70%×20%=6.7kg合金中磷含量：100×0.061%×85%÷33.4×100%=0.155%5-135-13焦炭用量计算考虑出铁口排碳、炉口烧损，折合成含水10%焦炭量：13.584÷0.82÷0.9÷0.9=20.4kg〔3〕〔6.70.4×602823.9〕0.97=12.4kg炉渣碱度：12.4×0.97+23.9+20.40.150.45〕0.50.4=46.7kg38%~42%40%计算炉渣量。炉渣碱度：RCaOMgO[91.120.40.150.040.012]18.670.548SiO20.6~0.70.698，则加石灰〔CaO85%〕量为：18.67×〔0.698－0.548〕÷0.85=3.3kg料批组成：混合锰矿100kg；硅石12.4kg；焦炭20.4kg；石灰3.3kg。中低碳锰铁的冶炼中低碳锰铁主要是由锰、铁两种元素组成的合金，熔点接近13000C7200~7300kg/m3。依据其含碳量的不同，中低碳锰铁可分为含碳量小于0.7%的低碳锰铁和含碳量为0.7%～2.0%的中碳锰铁。中低碳锰铁广泛应用于特别钢生产，是炼钢的重要原料之一，同时也应用于电焊条的生产。用碳复原剂复原锰矿，只能得到含碳6%～7%的高碳锰铁，削减炉内的复原剂并不能降低合金的碳含量。用锰矿可使高碳锰铁按下式进展脱碳：Mn3C+MnO=4MnO+CO但该反响只有在高温下才能进展。试验说明，在稍高于1973K的温度下，只能由含碳6.0%～6.7%67%～71%的高碳锰铁炼出含碳不低于2.5%～3.0%量挥发损失，炉衬工作条件特别恶劣，因此该方法没有实际意义。作。电硅热法冶炼中低碳锰铁〔即用锰硅合金复原而得到中低碳锰铁，这是目前冶炼中低碳锰铁的主要方法。所炼中低碳锰铁的含碳量取决于锰硅合金的含碳量，电极和原料进入合金的碳极少。金为液态装入的称为锰硅热装法。原料电硅热法生产中低碳锰铁的原料有锰矿、锰硅合金和石灰。锰矿：要求使用含Mn＞40%，Mn/Fe＞7，P＜0.1%，SiO＜15%的富锰氧化矿。假设2使用含锰低、含SiO2高的贫矿，不但锰的回收率低、脱硅慢、渣量大，而且很难炼出低碳锰5-7是渣。6%。锰矿水3%的同种锰4%～6%，产15%～20%。

低碳锰铁不宜承受烧结矿和富锰粒度应不大于50mm水分应小于分对各项技术经济指标有确定的影水10%～20%的锰矿与含水小于矿相比，前者比后者锰的回收率低量低10%~20%中低碳锰铁来确定所用锰硅合金的含碳量和与其相应的含硅量,生产上可通过不同含碳量的硅锰合金搭配，使其含碳量满足要求。要求锰硅合金含锰越高越好。合金中含锰越高，锰矿的允许含铁量也越高，使用含铁高的锰矿，对加速脱硅、削减渣量和降低电耗是有益的。实践证明锰硅合金含锰每提高1%，所用锰矿含铁量允许提高0.7%～1%。我国用于生产低碳锰铁的锰硅合金含锰通常为67%～69%。30mm，并去掉高碳层。承受液态锰硅合金兑入法，热兑时将渣扒干净。石灰：生产中低碳锰铁所用的石灰，要求含CaO＞85％，P≤0.02％，SiO2≤3％，粒度8～40mm，不得带有碳质夹杂物，不应使用粉状、未烧透的石灰。冶炼原理3 炉料中的锰矿石在受热过程中，锰的高价氧化物随着温度的上升逐步分解，变成低价氧MnO，以后，在连续升温的同时，局部高价氧化物直接与硅反响3 2MnO+Si=6MnO+SiO3 4 2MnO+2Si=3Mn+2SiO3 4 2SiO2MnO结合成硅酸盐MnO·SiOMnO低，正向反响变得困难。为了提高MnO的复原效果，提高锰的回收率，需要在炉料中配入MnO从硅酸锰盐中置换出来。其反响式为：CaO+MnO·SO=MnO+CaO·SiO2 22CaO+MnO·SO=MnO+2CaO·SiO2 22富锰渣或锰矿是锰的氧化物的来源。使用富锰渣时能得到较低磷含量的中低碳锰铁，但是富锰渣中的SiO2较高，MnO以2MnO·SiO状态存在，MnO的复原较困难，而锰矿中的23MnO2的形式存在，MnO2MnO4。3CaOMgO挥发损失也增加。因此实际生产中通常把炉渣碱度

SiO2

1.3～1.5的范围内。冶炼工艺个时期。承受炉渣和金属的侵蚀，又受到电弧高温的作用，因而炉底和炉膛随着冶炼时间的延。堵出铁口和补炉。引弧、加料和熔化：补炉完毕后参与石灰，随之加局部锰硅合金引弧，再将其余混合料一次参与炉内。炉料加完后，电力可给至满负荷。为削减热损并缩短熔化期，要准时将炉膛边缘的炉料推向电极四周和炉心，但要防止翻涪和喷溅。待炉料根本熔清后〔此时合金含硅3％～6％，炉渣碱度和含锰量电接近终渣，便进人精炼期。精炼：由于在熔化末期炉渣温度已到达1500～16000C，脱硅反响已根本完毕，故精炼期脱硅速度减慢。为加速脱硅，缩短精炼时间，应对熔池进展屡次搅拌，并定时取样推断合金含硅量，确定出铁时间。合金含硅量一般把握在1.5%～2.0％范围内。合金含硅量可通过肉眼观看合金试样在冷0.8%试样外表皱纹多，断面暗，结晶细，易打碎；当合金含硅在1.5%～2.0%时，试样外表黑皮2.0％时，液体试样流淌性好，试样外表光滑，没有皱纹，试样外表黑皮几乎全部剥落，断口呈玻璃状，无结晶，不易打碎，此时应连续精炼。当精炼一段时间后，合金含硅量还高，可往炉内参与一些锰矿和石灰，连续精炼至含硅量合格前方可出炉。不宜过分强调渣中含锰量。出铁：当合金含硅量根本到达要求时，即可停电进展冷静，使渣中金属粒充分沉降，然后出铁。出铁时，合金和炉渣一起流入铁水包，由于出铁时炉渣和合金之间产生混冲作用，所以在炉外还可脱去0.2%～l.0%使用。由于合金性脆，冷却越快就越脆，且不致密，因而小型电炉常承受盖渣保温浇注。从炉内流出的合金与炉渣同时流至用镁砂卤盐拍实的砂包中，多余的炉渣流入与之串联的渣包内，合金在砂包中渣的掩盖下凝固冷却。CaOMgO

SiO2

1.3～1.5，渣铁易分别，冷却后炉渣根本不粉化。冶炼中低碳锰铁要依据熔化期和精炼期的特点来供给电炉的电力负荷。为了加速炉料熔5-8为电力负荷曲线把握图。电力负荷大小可通过转变电流或电压值来实现。为了降低电耗，提高生产率和削减锰的挥发损失，近年来国内已有不少铁合金厂承受热以固体状态悬浮于熔融锰硅合金

锰矿和石灰主要的脱硅了脱碳率和脱磷率。该方法要求锰矿含水量小于5%，否则当液态锰硅合金注入时，由于水分的急剧蒸发，会产生喷溅，以至消灭爆炸性沸腾，带来操作上的危急，同时增加了炉衬的侵蚀及锰的挥发损失。电硅热法生产中碳锰铁配料计算计算条件〔1〕中碳锰铁成分：Mn＞78%，C1.25%左右，P＜0.25%，Si＜1.5%。5-145-14原料成分〔%〕原料名称MnPCSiFeCaOMgOSiO2混合锰矿400.095.30.50.414锰硅合金石灰670.161.2519850.75-15。表5-15 元素安排〔%〕8%75%〔100%入合金。CaOSiO2

1.4。100kg锰矿为计算根底，计算所需锰硅合金量、石灰量。配料计算5-16。表5-16 需要硅量的计算锰硅合金量：10.34÷0.19×0.75=72.56kg石灰需要量的计算：锰矿带入的SiO2量：100×0.14=14kgSiO2量：〔72.56×0.19×0.92×60〕÷27.178kg渣中SiO2量 14+27.178=41.178kg〔41.1781.4－0.5%100〕〔0.85－0.7%1.4〕=68kg料批组成：锰矿100kg；锰硅合金72.56kg；石灰68kg合金重量及其成分计算：锰硅合金进入产品中的各元素总和：72.56－72.56×0.19×0.92=59.87kg锰矿的锰进入合金量：100×0.4×0.3=4.77kg锰矿的铁进入合金量：100×0.053×0.9=4.77kg锰矿的磷进入合金量：100×0.009×0.7=0.06kg合金总量：59.87+12+4.77+0.06=76.70kg合金成分：Mn72.56×0.67+12〕76.70=79%P72.56×0.0016+0.06〕76.70=0.229%72.56×0.012〕76.70=1.182%Si72.56×0.19+0.0〕76.70=1.437%5-17。表5-17 炉渣数量及组成

132.5676.70

1.728〔7〕锰的回收率：入炉锰：100×0.4+72.56×0.67=88.6152kg合金锰：72.56×0.67+14=60.6152kg锰的回收率：60.6152÷88.6152=68.4%摇包法、吹氧法冶炼中低碳锰铁摇包法生产中低碳锰铁摇包法是把预热过的锰矿、石灰和液态锰硅合金参与摇包中，让摇包作水平圆周运动，使炉料熔化，并精炼脱硅而得到中低碳锰铁。锰矿和石灰可用竖窑、回转窑或在播包中用煤气或其他燃料加热至500～1000C。在预热的炉料和液态锰硅合金一次参与反响后，中途需倒出局部炉渣，并重补加预热的锰矿和石灰，连续摇动，有时需如此反复几次，直至合金含硅合格为止。也可用两个铁水包来回倾倒，或者用底部装有喷嘴的铁水包吹入气体进展搅拌来代替摇包。MnO2+Si=Mn+SiO2 △H298=－383.87kJ/mol2 4MnO3 2 3

Si

MnSiO323

1 3MnOSi2 3 4

2MnSiO2 △H298=－210.75kJ/mol2MnO+Si=2Mn+2SiO2 △H298=－92.41kJ/mol2 4FeO3 2 1

Si

FeSiO3233

2Fe3O4Si2 △H298=－345.818kJ/molFe SiO22FeO+Si=2Fe+SiO2 △H298=－375.56kJ/mol7030％的脱硅反响是在开头摇包l5～20min50～65次。摇包法生产中低碳锰铁所使用的炉料有锰矿、石灰、萤石和液态锰硅合金。要求使用精料并对炉料预热，选用含锰量高、含二氧化硅低的锰矿。试验说明，在其他条件一样的状况下，锰矿品位的凹凸对冶炼过程有影响，不仅影响炉料单位发热量，还影响脱硅反响和锰的回收率。选用CaO含量高、SiO2含量低的石灰，有利于削减渣量，提高锰的回收率。使用的各种物料必需有确定的粒度，某厂试验指出，当锰矿粒度≤10mm，石灰及萤石粒度≤1mm时，冶炼状况较好；当使用锰矿粒度≤20mm，石灰粒度≤10mm时，加热慢，分解不完全，化料慢，消耗热量大，熔炼不好。吹氧法生产中低碳锰铁吹氧法生产中低碳锰铁是把液态的高碳锰铁或锰硅合金兑入转炉内，然后吹氧，除去其中的碳或硅而得到中低碳锰铁。高碳锰铁吹氧法〔吹氧脱碳法〕是以矿热炉或高炉冶炼的液锰硅吹氧法〔吹氧脱硅法〕是以液态锰硅合金为原料，冶炼过程中参与锰矿和石灰〔也可在锰硅吹氧法不如电硅热法。吹氧脱碳法生产中低碳锰铁，承受的是热装生产工艺，省去了中间产品的浇注、精整、易于实现机械化。该法生产周期短，产量高，生产本钱较低，可充分利用贫锰矿资源组织生产是一种具有明显优势的生产方法。冶炼操作时应留意：炉要做到高温快速。 碱度把握。吹炼前期碱度CaO1.1~1.22 SiO 241.1～1.2。在保证快速脱碳的前提下，为削减锰的挥发损失，吹炼中要尽量避开1850℃以上的高温，当温度过高时，可加人适量冷却剂降温，常用的冷却剂有石灰、萤石、中碳锰铁。常依据火焰和耗氧量来进展推断：观看吹氧时炉内逸出的火焰。在确定温度下，火焰的长度取决于燃烧生成的CO及CO2的浓度，CO及CO2的浓度又间接反响合金中碳的剩余量。吹炼后期，合金中的剩余碳已经比较低，相应地吹氧脱碳敛果也降低，炉口火焰显得飘摇无力，或缩于炉口以内。借阅历可从氧气的消耗量推断合金中碳的剩余量是否已经到了吹炼终点。必要时，可以取样用快速分析方法进展碳含量的测定。添加锰硅合金复原剂。待到吹氧完毕时，合金中的锰约有20％～30％被氧化入渣，20mm的锰硅合金，MnO。锰硅合金参与景应依据入炉铁水量、冷却剂数量、吹炼品种进展计算，通常锰硅合金参与量约为入炉铁水及补加的锰铁总量的20％。锰硅合金需要预热到400～500℃以后再参与炉内。液一起倾倒入铁水包中，利用倾倒时的猛烈搅拌作用，复原渣中的MnO。合金液在浇注包或冷静盘中盖渣静置一段时间降温后，再进展盖渣浇铸，以保护锭模不被高温铁水烧坏。生产中觉察，吹炼过程中向转炉内添加石灰，脱硫效果明显，产品含硫量从不加石灰的0.13%0.02％。吹氧脱碳法生产中低碳锰铁的优越性在于可以利用高炉锰铁，拓宽了中低碳锰铁生产的途径。但由于该法需要的冶炼温度较高，锰的挥发损失较大，特别是生产低碳锰铁，冶炼温度需要把握在1950℃以上，锰的挥发损失更大，因此，如何提高锰的回收率是解决该法生产的关键。金属锰金属锰是一种以锰单质为主，其它各种成发均作为杂质加以严格限制的纯锰金属。的耐蚀性能和较高的强度，主要用于航空工业和现代建筑用装饰性材料。〔1〕〔2〕〔3〕铝热法。电硅热法生产金属锰与电硅热法生产中低碳锰铁相像，它是在精炼电炉内用高硅锰硅合金中的硅复原富锰渣中的MnO生产金属锰，此法的优点是在整个冶炼过程中，能够大量地去除铁、碳、硅，磷、硫等杂质，生产本钱比较低，然而与电解法相比，对锰矿的品位要求94%～98%56％左右。电解法生产金属锰，是用直流电电解硫酸锰溶液而得到含锰极高的金属锰。此法可使用〔包括贫锰矿99.9%消耗大量的化工原料和电能，本钱高、价格昂贵，只限于炼制特种合金时用。铝热法是承受铝作复原剂，利用复原氧化锰释放的化学热进展冶炼，炼制含锰高于90%对原料要求严格，通常都选用含SiO2等杂质极低的富锰矿，耗铝量大，本钱高，并且产量也低，所以现在很少承受这种方法生产金属锰。目前国内外普遍承受的是电硅热法和电解法，而以电硅热法的生产量最大，因此下面介绍电硅热法生产金属锰。冶炼原理5-9所示。第一步：在矿热炉内用锰矿石冶炼低磷低铁富锰渣。其根本原理是把锰矿及少量的复原剂参与炉内，在较低的温度〔FeOPO的复原温度〕将铁和磷尽可能多地复原出来，而将锰尽可能多地留在渣中，即进展选择复原。2 2 FeO+C=Fe+CO

=6850C开PO+5C=2P+5CO T =7630C2 5 开需要抑制的化学反响式为：MnO+C=Mn+CO

=13700C开其次步：在矿热炉内用富锰渣生产高硅锰硅合金。其主要化学反响为：MnO·SiO+3C=MnSi+3CO2锰合金中的碳含量随着硅含量的增加而削减，其化学反响为MnC

+Si=MnSi+ Cx从锰硅合金中硅含量与碳含量的关系曲线〔5-4〕Si30%的合金，0.2%理，把碳含量降至0.05%～0.15%28％～32%的范围。第三步：在精炼电炉内以富锰渣为原料，高硅锰硅合金作复原剂，石灰作熔剂生产金属锰。其主要化学反响为：3MnO+MnSi+2CaO=3Mn+2CaO·SiO2SiO2易于和MnO作用生成MnO·SiO2，使自由MnO削减，MnO的复原困难，为了改MnOMnO，使其呈自由状态。其反响式为：MnO·SiO+2CaO=2CaO·SiO+MnO2 2为使MnO呈自由态，应使炉渣碱度CaO 1.8。SiO2生产方法电炉富锰渣的生产5-18。表5-18 富锰渣牌号及成分ISiO2、I组SIISiO2、IIS用于冶炼高硅锰合金。冶炼富锰渣的要求是：让铁、磷充分复原进入副产铁，并限制锰的复原。其把握手段是：〔1〕把冶炼温度把握在较低水平，限制锰的复原〔2〕〔3〕MnOSiO2MnO的活度降低，抑制锰的复原。铸。以下介绍复原电炉承受连续法生产电炉富锰渣。2 生产富锰渣使用的原料有锰矿、焦炭和木炭。锰矿要求含Mn≥33%～36%，Mn+Fe≥44%～46%15mm，AIO2 ≥75%。灰分≤18l5mm50mm。500mm。由于料层厚，炉料透气性差，简洁消灭局部空烧，导致大塌料、喷料、翻渣事故，为防止这些事故的发生，除了要常常扎眼透气外，还需要人工下料助熔，定时消退棚料，不使局部过热空烧。由于承受厚料层埋弧必需特别留意维护电极。出炉时，开眼要先小后大，炉眼翻开后，渣、铁来势很猛，人员必须散开，防止炉眼喷火、喷料伤人。为了防止事故的发生，应正点出炉。为了保证出炉后的渣、铁较好分别，必需先在冷静坑或铁水包内冷静一段时间，使悬浮在渣中的铁珠完全下沉和尚未熔融的炉料完全上浮，然后再进展铸锭，待锭模内的渣完全冷凝后，再脱模精整，精整后的富锰渣按牌号分类堆放。高硅锰硅合全的冶炼高硅锰硅合金是冶炼金属锰的复原剂，一般在铁合金矿热炉内冶炼，使用石墨电极或炭〔Fe、C、P等〕5-19。表表5-19 硅锰硅合金化学成分s〔Mn0Mn0·Si0Mn0削减，Mn0的复原困难，为了改善Mn〔〕的复原，提高锰的回收毕，需要参与石灰，以置换Mn0，使其呈自由状态