提高錳硅合金品級率途徑的探討

楊忠姚,朱仕林,唐繼洪

(云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司,云南硯山 663101)

錳硅生產(chǎn)以混合錳礦搭配一定量的硅石(也可以不加硅石),以焦炭為還原劑,在礦熱爐內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng),以獲得一定含錳、含硅量的鐵合金生產(chǎn)過程。其冶煉過程中,根據(jù)所生產(chǎn)的牌號,通過控制用料結(jié)構(gòu)、爐渣堿度、用碳量、用電制度,達(dá)到控制合金含錳、含硅、含碳、含磷、含硫量的目的。

諸多同行對如何提高錳硅合金品級率,做了大量實(shí)踐,本文就如何采取有效措施提高錳硅合金品級率進(jìn)行論述。

1 用料結(jié)構(gòu)的選擇

1.1 使用碳錳渣、水洗燒結(jié)、富錳渣,提高混合錳礦二氧化硅含量

在錳硅冶煉中,混合錳礦中的SiO2是有益成分,提高混合錳礦SiO2含量,減少硅石用量,有利于爐料正常的溫度梯度分布,否則,由于硅石中 SiO2的主要晶相以單晶Si形式存在,熔點(diǎn)高,用量過多,會(huì)造成爐料溫度梯度大,還原反應(yīng)難以進(jìn)行,Si回收率降低。

碳錳渣富含 MnO、SiO2、CaO、MgO 等有益成份,其中SiO2含量35％以上、CaO含量35％以上、堿度及錳鐵比高的化學(xué)特性,既可以代替白云石調(diào)整爐渣堿度,又可以用于調(diào)整混合錳礦的錳鐵比,還可以有效提高混合錳礦SiO2含量、減少硅石用量。

水洗燒結(jié)富含MnO、Fe2O3、SiO2等有益成份,其中SiO2含量35％以上、錳鐵比低的化學(xué)特性,既可以有效提高混合錳礦SiO2含量、減少硅石用量,又可以調(diào)整混合錳礦的錳鐵比。

富錳渣富含MnO、SiO2等有益成份,其中SiO2含量30％以上、Mn含量26％以上的化學(xué)特性,可以有效提高混合錳礦SiO2含量。

2010年6-8月,斗南錳業(yè)鐵合金二廠,先后使用碳錳渣、水洗燒結(jié)、富錳渣在12 500 kVA電爐上冶煉錳硅合金,硅回收率及硅元素合格率獲得了大幅提升。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1～3。

表1 未使用碳錳渣、水洗燒結(jié)、富錳渣的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表2 使用碳錳渣、水洗燒結(jié)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表3 使用碳錳渣、水洗燒結(jié)、富錳渣的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

從表1～3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出,使用碳錳渣、水洗燒結(jié)、富錳渣后,混合錳礦的二氧化硅含量由20.5％提高到了24.1％,SiO2與 Mn品位之比由0.63提高到了0.8,硅石用量由205 kg/批減少到了55 kg/批,硅元素的回收率由38％提高到了45％,硅元素合格率由60.72％提高到了95.41％,效果十分明顯。

1.2 選用貴州焦作為主要還原劑

貴州焦具有還原活性好、孔隙度大、高溫下比電阻高的特性,選用貴州焦作為主要還原劑,可提高硅回收率,且獲得穩(wěn)定適宜的渣型、及渣色。2010年6-8月,斗南錳業(yè)鐵合金二廠,在12 500 kVA電爐上進(jìn)行了焦碳結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4～6。

表4 未使用貴州焦的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表4～6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,在錳礦石結(jié)構(gòu)不變的情況下,隨著貴州焦配比的增加,硅回收率由43％提高到了50％,硅元素合格率由93.12％提高到了 97.23％,渣中的 SiO2含量由 45.3％降至35.43％。貴州焦的還原效果十分理想。

2 工藝參數(shù)的選擇

2.1 爐渣堿度的選擇

爐渣堿度一般控制在0.5～0.8之間為宜。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,爐渣堿度的提高不是一味地靠提高初渣堿度,而是靠提高硅回收率來實(shí)現(xiàn)。

表5 使用58％貴州焦的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 全部使用貴州焦的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 用電制度的選擇

用電制度的選擇也很重要,一次電流及二次電壓的選擇應(yīng)合理搭配,通過實(shí)踐證明：在變壓器性能允許的情況下,選擇相對偏高的一次電流及二次電壓,有利用提高溫度、提高元素回收率、增加產(chǎn)量[1]。

2.3 混合錳礦錳鐵比的選擇

由于氧化錳較SiO2容易還原,產(chǎn)品錳品位的控制關(guān)鍵就是混合錳礦錳鐵比的控制,根據(jù)混合錳礦錳品位、錳回收率及合金含硅量的不同,混合錳礦錳鐵比的取值也略有不同,一般選擇5.5～6.5之間。

2.4 混合錳礦磷錳比的選擇

爐料中磷的氧化物在較低溫度下即被還原,還原反應(yīng)按下式進(jìn)行：

2/5P2O5+2C=4/5P+2CO △G=85 100-81.32

其開始反應(yīng)溫度為773℃,在錳硅合金冶煉溫度下,爐料中的磷約有75％進(jìn)行合金,是極易還原入合金的元素[2],故而,必須嚴(yán)格控制混合錳礦磷含量,混合錳礦磷錳比控制0.002 5以下,可有效避免產(chǎn)品含磷超標(biāo)。

3 產(chǎn)品質(zhì)量的跟蹤及調(diào)整

3.1 對用碳量的判斷及調(diào)整

不同的爐型,正常生產(chǎn)期間,電極的插入深度在一定范圍內(nèi),當(dāng)電極插入過淺,電流聲大,出爐時(shí)排渣排鐵困難、渣量減少,渣含錳偏低,合金含硅偏高,此用碳量過足,應(yīng)適當(dāng)在料批中減少焦碳用量,若情況嚴(yán)重的,可直接向爐口電極附近附加一定量的無焦碳料或從料批里配一定量的無焦碳料批；當(dāng)電極插入過深,爐口有翻渣現(xiàn)象,出爐時(shí)排渣排鐵容易、渣量偏多,渣含錳偏高,合金含硅偏低,此用碳量過少,應(yīng)適當(dāng)在料批中增加焦碳用量,若情況嚴(yán)重的,可直接向爐口電極附近附加一定量的焦碳。

3.2 對爐渣堿度的判斷及調(diào)整

生產(chǎn)中常常通過觀察渣量和爐渣的流動(dòng)性來判斷爐渣堿度,同一電爐,在用料結(jié)構(gòu)、用電制度、用碳量一定的情況下,爐況正常時(shí),每爐所出的渣鐵體積比基本一致。如果渣多鐵少,渣流動(dòng)性很好,說明堿度偏高,應(yīng)適當(dāng)降低料批中的初渣堿度；如果渣量少,渣發(fā)黏,流不出來,出鐵口掛渣,電極腳陪有翻渣現(xiàn)象,說明堿度偏低,應(yīng)適當(dāng)提高料批中的初渣堿度,情況嚴(yán)重的,可直接向電極腳附加高堿度的礦石及白云石。

另外,決定爐渣堿度的因素,還有焦炭的用量,由于許多因素的影響,在冶煉過程中爐渣堿度隨時(shí)會(huì)有變化,同樣的配碳量也會(huì)出現(xiàn)碳量不足或過剩現(xiàn)象,需要及時(shí)調(diào)整,這些調(diào)整必須全面準(zhǔn)確判斷爐況后再進(jìn)行,因?yàn)闋t況的各種變化因素都是互相影響的。例如當(dāng)爐渣堿度偏低時(shí),可能是焦炭量不夠,SiO2不能按預(yù)期比例還原,導(dǎo)致爐渣堿度偏低,此時(shí)應(yīng)增加焦炭用量；也有可能是由于爐渣堿度的偏低,焦炭顆粒被粘稠的渣液包裹,熔液中的傳質(zhì)速度大大降低,妨礙了SiO2的還原[1],此時(shí)就應(yīng)提高初渣堿度。

3.3 對產(chǎn)品化驗(yàn)結(jié)果的判斷及調(diào)整

當(dāng)合金含錳超過67％時(shí),為減少錳金屬的浪費(fèi),應(yīng)向爐口電極附近附加一定量的高鐵錳礦石或鐵礦石(建議附加鐵礦石),適當(dāng)降低料批錳鐵比。

當(dāng)合金含錳低于65％時(shí),可向爐口電極附近附加一定量的高錳鐵比礦石或從料批中配加一定量的升錳料批(由高錳鐵比礦石、硅石、焦碳組成的料批,使用該料批可在兩爐次內(nèi)將產(chǎn)品含錳提升1％～2％。),并適當(dāng)提高料批錳鐵比。

當(dāng)合金含磷超標(biāo)時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低料批磷錳比。

當(dāng)合金含硅低標(biāo)時(shí),應(yīng)根據(jù)爐況、出爐情況、硅石、焦碳用量綜合分析,并作出相應(yīng)調(diào)整,爐況好的,可從料批中配加一定量的升硅料批(由高二氧化硅礦石、硅石、焦碳組成的料批,使用該料批可在兩爐次內(nèi)將產(chǎn)品含硅提升0.5％～1.5％。)。

4 結(jié)論

1)錳硅生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先使用碳錳渣、富錳渣提高混合錳礦二氧化硅含量,盡可能減少硅石、白云石、螢石等輔料用量；

2)選擇還原活性好、孔隙度大、高溫下比電阻高的貴州焦作為主要還原劑；

3)及時(shí)跟蹤爐況、化驗(yàn)數(shù)據(jù),并及時(shí)作出相應(yīng)調(diào)整,可獲得比較高的品級率。

[1]趙乃成,張啟軒.鐵合金生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1998.

[2]劉衛(wèi).鐵合金生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2005.