锰系铁合金基础知识.ppt

1、第五章 锰系铁合金,锰系铁合金产品分类 锰系铁合金冶炼方法 锰矿的预处理 锰系铁合金炉外精炼技术,2,锰系铁合金产品分类,1）Mn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 3）锰铁合金产品生产对原料条件要求,3,Mn元素性质及其工业应用,Mn元素性质： M=54.93 =7380 kg/m3 Tm=1517 K Tb=2365 K T=1555时，Mn蒸汽压为0.133atm，升华条件？锰中毒？ 金属锰元素的工业应用领域： 钢铁冶金锰系铁合金 有色冶金MnCu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,中碳锰铁 FeMn80 FeMn78 FeMn75,高碳

2、锰铁 FeMn78 FeMn74 FeMn68,低碳锰铁 FeMn85 FeMn80,0.2-0.7 1.0-2.0 0.1-0.3 0.02,1.0-2.0 0.7-2.5 0.2-0.4 0.02,7.0-7.5 2.5-4.5 0.33-0.4 0.03,C Si P S,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。,5,锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用,6,锰铁合金产品对原料条件要求,(2) Mn、Fe、Si、P的回收率工艺水平（渣系选择、炉前作业） Fe、P 90% Mn、Si回收率根据工艺水平有变化,(1) 原料中的Mn/Fe和P/Mn比值,7,锰矿按其工业上的用途可

3、分为化工用锰矿和冶金用锰矿两大类。,锰矿石分类,锰矿石,化工用锰矿电池氧化锰，高锰酸钾,锰矿类型：氧化锰矿（铁合金） 碳酸锰矿（电解锰） 锰矿中的Mn/Fe比，P/Mn比 锰矿中Mn 30%，富Mn矿,冶金用锰矿,我国冶金级锰矿分类标准及所占比例,我国贫矿多、富矿少，且SiO2含量高，因此，锰矿进口量逐年提高，与国内矿搭配使用。,8,锰系铁合金冶炼方法（非高炉法）,矿热炉冶炼工艺,无溶剂法,有熔剂法高碳锰铁，锰硅铁合金,硅热冶金,富锰渣（除P，提高Mn/Fe比）,炉外冶炼工艺,中、低碳锰铁，金属锰,吹氧脱碳,高碳锰铁,9,10,高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）,冶炼原理： (MnO)渣 + C =

4、Mn + CO 主反应 (FeO)渣 + C = Fe + CO Mn4+ Mn3+ Mn2+ Mn3C 直接还原 C的直接还原 CO间接还原 (P2O5)渣 + 5C = 2P + 5CO (SiO2)渣 + CaO或MgO = (CaO或MgO)n(SiO2)m MnOSiO2 + CaO = CaOSiO2 + MnO,副反应,11,高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）,冶炼原理： FeO + CO = Fe + CO2 G4932440.13T T始=1229 K (956) MnO + CO = Mn + CO2 G412664172.16T T始=2396 K (2123) MnO + C

5、= Mn + CO G575266339.78T T始=1693 K 2MnO + 8/3C = 2/3Mn + 2CO G510789.6340.8T T始=1499 K (软熔带),间接还原,直接还原,12,熔剂法生产高碳锰铁工艺制订原则,混合配矿中的Mn/Fe比：FeMn78C8.0 产品 Mn/Fe=7.89 FeMn74C7.5 产品 Mn/Fe=5.1 FeMn68C7.0 产品 Mn/Fe=3.4 2) 混合矿中的碱度控制： 配加石灰或白云石,13,为什么碱度并非愈高愈好？,渣中残Mn含量 Mn的回收率Mn=78%82% 渣/铁比 粘度 相分离 炉渣的熔点不能太高 Mn的挥发,1

6、4,无熔剂法生产高碳锰铁,条件： 矿石中Mn/Fe比远高于碳锰产品中的Mn/Fe比 获得低P的富Mn渣用于生产锰硅合金或金属硅 工艺水平：无熔剂法Mn的直收率低一点，但结合后续MnSi铁 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,碳锰产品,锰矿成份,考题之二： 100 kg上述锰矿，若生产出高碳锰铁后，还可以同时产出Mn%28的富锰渣，试问应如何设计高碳锰铁的产品牌号？,锰硅铁合金常用牌号：FeMn68Si18, FeMn64Si14, FeMn60Si28 (1) 配料的Mn/Fe比？ (2) 产品中的碳含量？(涉及产品用途) 锰硅铁合金冶金原理： 第一种论述 MnO

7、SiO2 + 3C = MnSi(Fe) + 3CO 第二种论述 MnOSiO2 + 4/3C = 1/3Mn3C + SiO2 + CO (低温) SiO2 + 2C = Si + 2CO (高温) 1/3Mn3C + Si = MnSi + 1/3C (Mn3C是中间产物) 第三种论述 MnOSiO2 + SiC MnSi(Fe) + 3CO,锰硅铁合金冶炼,锰系铁合金冶炼中的几点问题,(1) 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，同时与冶炼过程SiO2的还原率有关，书上常讲的CaO/SiO2为0.50.7应针对具体渣系而言才对（Al2O3型渣，MgO型渣）； (2

8、) 冶炼锰硅合金时，炉内功率密度大，以获得Si还原必须 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 因是生产高硅锰铁时，炉腔内含形成SiC的积累，因此， 转炼工艺十分重要； (4) 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 矿热炉炉膛结构示意图,松散的烧结料；2. 软熔带；3. 渣焦混合物；4. 焦炭层；5. 渣层（有焦炭）；6. 渣层； 7. 金属；8. 死料区；9. 电极碎块；10. 电极；11. 碳砖；12. 出渣口；13. 出铁口,直接还原：（MnO）+CMn+CO,间接还原：（MnO）+COMn+CO （MnO2）+CO(MnO)+C

9、O2,烧结工艺,锰系铁合金生产中的存在问题,粉矿 矿产资源 状况 原料预处理 贫矿 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,几种原矿的理化指标 几种原矿的差热曲线（DTA）,锰矿石的物理性质,以MnCO3为菱锰矿成分计算,主要的含锰矿物,一些进口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,粒度问题炉料未熔化层的透气性 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,31,1.硬锰矿,2.菱锰矿,4MnO2 2H2O,MnO2,Mn2O3,Mn3O4,4MnO2 2H2O+附着水,100 1

10、50 ,400 500 ,527 ,900 ,4MnO2 2H2O,MnCO3+附着水,H2O,H2O,MnCO3,MnO,100 150 ,H2O,525 ,CO2,锰矿冶炼过程中的脱水与价态变化,吸附水 150 矿中总水份（%） 结晶水 500 Mn价态变化 MnO2 Mn2O3 MnO Mn 预还原（烧结过程） 终还原,33,矿热炉节电的技术措施 炉料热装工艺,Ni,Fe,Si CO SiO2,MgO,CaO,H（已知）,H1,H2,镍铁水,炉渣,T1500,T=25 ,T=500 /600 / 700 ,H =H1+ H2,反应物,炉气,镍烧结矿 焦炭,镍烧结矿 焦炭,生成物,热装法冶

11、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 理论电耗比较,3937.4,4313.8,3566.4,3396.9,3220.1,376.4,747.4,916.9,1093.7,一吨镍铁理论电耗（kwh),高硅镍铁,低硅镍铁,低硅500,低硅600,低硅700,中、低碳锰铁合金的生产方法和原理,35,第一步 生产锰硅铁合金脱C,第二步 锰矿对锰硅合金脱Si,（析出）,（析出）,锰硅合金中硅与碳含量的关系,中、低碳锰铁生产工艺与设备,冷装法电弧炉,炉外精炼法,日本水岛法不用电炉，只用摇包 中钢广铁“八一”法 乌德霍姆法熔沟感应炉,摇包电炉法,摇包内用预热锰矿和石灰对 渣态MnSi合金预脱硅； 电炉内用锰矿对MnSi合金终脱硅,38,国内普遍采用的摇炉电炉法