錳礦在LF爐內(nèi)還原率影響因素的研究

汪志鵬,范鼎東，沈乾坤

（安徽工業(yè)大學(xué) 冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002）

錳礦在LF爐內(nèi)還原率影響因素的研究

汪志鵬,范鼎東，沈乾坤

（安徽工業(yè)大學(xué) 冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002）

本文針對(duì)錳礦在LF爐直接合金化，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)研究了錳礦在LF爐中的還原行為以及影響因素，同時(shí)研究了在不同還原劑加入量、還原劑種類(lèi)、配礦量實(shí)驗(yàn)條件下，錳礦的還原情況，并對(duì)上述研究進(jìn)行了系統(tǒng)性的討論和分析，為更好的實(shí)現(xiàn)用錳礦石在LF爐工序上直接合金化提供理論依據(jù).

錳礦石；LF爐；還原率

1 前言

錳是鋼鐵材料中的重要元素，錳對(duì)提高鋼的強(qiáng)度、韌度、硬度和淬火性能起著重要的作用[1～3].目前，煉鋼工藝中錳的合金化主要有兩種方式[4～6].一種是通過(guò)錳鐵合金形式加入到高溫的液態(tài)鋼水中，并進(jìn)而熔化擴(kuò)散，均勻分布于高溫液態(tài)鋼水中，合金化效果最好.但錳鐵合金的生產(chǎn)是一個(gè)高能耗、高污染的過(guò)程.另一種是使用錳礦石在轉(zhuǎn)爐或電爐內(nèi)直接合金化.利用錳礦石代替或部分代替硅錳合金或錳鐵進(jìn)行合金化，不僅可以解決錳系合金生產(chǎn)過(guò)程存在的能耗與污染問(wèn)題，而且可以有效的降低煉鋼成本.

目前，錳礦石轉(zhuǎn)爐直接合金化工藝在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用.但國(guó)內(nèi)外錳礦石轉(zhuǎn)爐合金化工藝的實(shí)際應(yīng)用情況表明，該工藝存在錳收得率低（50%左右）、錳收得率不穩(wěn)定、影響因素多（錳礦石加入量及加入時(shí)機(jī)、轉(zhuǎn)爐渣量、終點(diǎn)碳、底吹強(qiáng)度、供氧強(qiáng)度等）等缺點(diǎn)[7～10].

分析LF爐精煉渣系的特點(diǎn)，以及近幾年來(lái)錳礦石在LF爐內(nèi)直接合金化的生產(chǎn)實(shí)踐可知[11～14]，錳礦在LF爐內(nèi)直接合金化時(shí)，錳的平均收得率較高，合金化成本的降低較為顯著.本文將進(jìn)一步分析錳礦在LF爐內(nèi)熔融還原率的影響因素，為L(zhǎng)F爐內(nèi)錳礦的直接合金化提供理論指導(dǎo).

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)中用到的主要原料為：錳礦石，LF白渣，石墨粉，鋼塊，硅鐵粉.其中錳礦的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1.

表1 錳礦的化學(xué)成分

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)在1600℃的恒溫條件下，實(shí)驗(yàn)考察指標(biāo)為錳礦的還原率，考察三項(xiàng)影響因素為還原劑的量、錳礦的量以及還原劑的種類(lèi).

表2 還原劑C的量

實(shí)驗(yàn)前，對(duì)實(shí)驗(yàn)所用的各原材料—錳礦石，LF白渣，石墨粉，鋼塊，硅鐵粉的質(zhì)量進(jìn)行一一稱量，具體方案如表2、3、4.

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

表3 錳礦的量

表4 還原劑Si的量

將裝有鋼塊的坩堝，放入鉬絲爐內(nèi)升溫至實(shí)驗(yàn)溫度，待鋼塊完全熔化成鋼水后，將LF白渣加入鋼水中保溫，待白渣完全熔化后，打開(kāi)爐口等溫一段時(shí)間，穩(wěn)定在實(shí)驗(yàn)溫度后，將錳礦石和還原劑同時(shí)加入到鋼水中，等溫30min后取出坩堝快速冷卻（水冷），以保持該條件下的狀態(tài).實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用光譜法對(duì)16組鋼樣的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)

3 結(jié)果與討論

3.1 還原劑C的量對(duì)錳礦還原率的影響

通過(guò)向渣中加入不同質(zhì)量的C，來(lái)研究還原劑C的量對(duì)錳礦在LF爐中還原的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案中的數(shù)據(jù)，可以先計(jì)算鋼樣中的理論錳含量，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算鋼樣中的實(shí)驗(yàn)錳含量，從而得出錳元素的收得率.1至6組鋼樣檢測(cè)結(jié)果及Mn的收得率如下表5所示.

表5 鋼樣檢測(cè)結(jié)果

為了更形象的說(shuō)明還原劑C的量對(duì)錳礦還原收得率的影響關(guān)系，用origin軟件將表5中的數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖1所示.

圖1 還原劑C的量對(duì)錳礦還原率的影響

結(jié)合表5以及圖1可知，還原劑C的加入能使Mn的收得率發(fā)生明顯變化，隨著還原劑C量的增加，Mn的收得率隨之增大，C的量在7g之前Mn的收得率隨C量的增加幾乎呈線性增大，在還原劑C的量大于7g以后，Mn收得率的增高幅度有所減小.而且，從檢測(cè)結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，鋼樣中的Si含量相對(duì)于1號(hào)鋼樣，都降低到一個(gè)很低的水平，故錳礦在鋼浴環(huán)境下首先與鋼中Si元素反應(yīng).且隨著還原劑C的增加，鋼樣中的C碳含量也隨之增大.因此在LF爐增碳的過(guò)程中，實(shí)施錳礦石的直接合金化，能夠同時(shí)保證錳礦的還原以及增C的進(jìn)行，但是要同時(shí)考慮Si元素的損失.

3.2 錳礦的量對(duì)錳礦還原率的影響

固定還原劑C的加入量，改變錳礦的加入量，考察加入不同錳礦加入量對(duì)Mn的收得率的影響，即LF渣（白渣）的質(zhì)量與加入的錳礦的質(zhì)量之比，對(duì)Mn的收得率的影響，1及7至11組鋼樣檢測(cè)結(jié)果及Mn的收得率如下表2所示.

表6 鋼樣檢測(cè)結(jié)果

為了更形象的說(shuō)明錳礦的量對(duì)錳礦還原收得率的影響關(guān)系，用origin軟件將表6中的數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖2所示.

圖2 錳礦的量對(duì)錳礦還原率的影響

結(jié)合表6以及圖2可知，在固定還原劑C量的情況下，隨錳礦量的不斷增加，Mn的收得率是先增加后降低的，錳礦加入5g時(shí)，錳礦還原率達(dá)到最大值91.7%；再增加錳礦的量，還原率降低，主要原因在于隨著錳礦的大量加入，熔渣不足以讓全部的錳礦溶解并且被還原，導(dǎo)致還原率不斷降低.因此在LF爐容量一定的情況下，錳礦的直接合金化是有一定的限制的.

3.3 還原劑種類(lèi)對(duì)錳礦還原率的影響

通過(guò)向渣中加入不同質(zhì)量的硅鐵，來(lái)研究還原劑Si的量對(duì)錳礦在LF爐中還原的影響，而且通過(guò)對(duì)比分析C、Si兩種還原劑對(duì)錳礦還原率的影響，解決使用還原劑C帶來(lái)的增碳降硅的問(wèn)題.1及12至16組鋼樣檢測(cè)結(jié)果及Mn的收得率如下表7所示.

表7 鋼樣檢測(cè)結(jié)果

為了更形象的說(shuō)明錳礦的量對(duì)錳礦還原收得率的影響關(guān)系，用origin軟件將表7中的數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖3所示.

圖3 還原劑Si的量對(duì)錳礦還原率的影響

結(jié)合表7以及圖3可知，隨著還原劑Si量的增加，Mn的收得率隨之增大，且還原劑Si的還原能力更強(qiáng)，大于6g后Mn的收得率為100%.加入還原劑Si后，鋼中的Si含量也隨之增加.因此在LF爐精煉增C、增Si的過(guò)程中，實(shí)施錳礦的直接合金化，C、Si還原劑的混合使用效果更佳.

4 結(jié)論

（1）使用還原劑C，隨著還原劑C量的增加，Mn的收得率隨之增大，且錳礦在鋼浴環(huán)境下首先與鋼中Si元素反應(yīng).

（2）在固定還原劑C量的情況下，隨錳礦量的不斷增加，Mn的收得率是先增加后降低的，在LF爐容量一定的情況下，錳礦的直接合金化是有一定的限制的.

（3）還原劑Si的還原能力更強(qiáng)，大于6g后Mn的收得率為100%.在LF爐精煉增C、增Si的過(guò)程中，實(shí)施錳礦的直接合金化，C、Si還原劑的混合使用效果更佳.

（4）進(jìn)一步探究C、Si兩種還原劑的分配使用，以期保證較高的錳的收得率的情況下，完成鋼水精煉過(guò)程增碳增硅的要求，對(duì)于錳礦在LF爐直接還原合金化有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

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1673-260X（2017）08-0038-03

2017-04-10

2015年安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201510360116）