錳合金冶煉爐渣的特性分析

曹華云

(云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司，云南 硯山　663101)

錳合金冶煉爐渣的特性分析

曹華云

(云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司，云南 硯山663101)

摘要：介紹了錳合金生產過程中產生的爐渣的基本物理和化學性質，分析了爐渣粘度和導電性對冶煉的影響，認為應注意各種化學性能的礦石互相搭配，保持良好的渣型，控制合理的爐料電阻和粒度才能使爐況達到最佳的冶煉效果。

關鍵詞：錳合金；爐料；爐渣

錳鐵合金的冶煉中，錳的還原是在成渣過程中依靠爐渣的對流運動來完成的，其渣量約占總量的70%。碳素錳鐵、硅錳合金的冶煉均為有渣冶煉，因此研究爐渣的性質，有助于冶煉過程中礦物的互相搭配，改善爐料的適應性，使還原更充分，對合金高產有著極其重要的意義。

1爐渣成分及分類

按冶煉產品不同或加入的溶劑不同，爐渣的化學成分也就不同。爐渣主要由氧化物組成，不同氧化物有不同的化學性質，一般鐵合金生產中常見的氧化物可分為堿性氧化物、酸性氧化物和兩性氧化物。

爐渣的形成主要是堿性氧化物與酸性氧化物中和而產生的鹽，即硅酸鹽、鋁酸鹽和三重化合物。冶煉碳素錳鐵時MnO與SiO2結合成MnO·SiO2，使MnO還原不充分，渣中MnO高。故需要加入與SiO2化學親和力較強的堿性氧化物CaO參加反應：CaO+MnO·SiO2=MnO+CaO·SiO2，使MnO活度提高，并充分還原。通過爐渣的置換反應使金屬氧化物活度提高，有利于氧化物的還原，達到提高產量，降低消耗的目的。

堿性氧化物的加入量是由冶煉品種、冶煉條件、以及爐渣性質決定的。爐渣的堿度就是渣中堿性氧化物與酸性氧化物之比，用R表示。當R<1稱酸性渣，如硅錳合金R=0.6~0.8；當R>1.2稱弱堿性渣，如生產碳素錳鐵R=1.2~1.4；當R>2叫強堿性渣，如中碳鉻鐵、釩鐵。

2爐渣性質

2.1　熔點

爐渣的熔點主要與爐渣組成有關，SiO2熔點1 723℃，Al2O3熔點2 050℃，純CaO熔點2 615℃，在冶煉碳素錳鐵時爐渣所依據的成分主要有SiO2、CaO、MgO、Al2O3，幾種氧化物在相互反應時，能在冶金溫度下生成液體化合物或共晶，使熔點低于其單獨氧化物的熔點。

2.2　粘度

冶煉錳鐵時堿度過低，硅易還原，爐渣粘度增加，熔池不活躍，冶煉不能順利進行，渣與合金未能完全分離，金屬混在渣中損失大；堿度過高，渣流動性不好，嚴重侵蝕爐襯，降低爐襯壽命，因此合適的粘度對錳鐵冶煉至關重要。

爐渣粘度與爐渣堿度有很大關系，當R=CaO/SiO2從0.9~3.2時，粘度為0.75~0.95 Pa·s，粘度會突然增加，此種渣稱為短渣；爐渣堿度為0.9，溫度降低粘度平衡增大，這類渣稱為長渣。一般情況下，同樣溫度的酸性渣比堿性渣的粘度大，而溫度1 450℃以下酸性渣比堿性渣粘度低，溫度升高堿性渣粘度降低較明顯。而在實際生產中通常是在酸性渣中加堿性氧化物CaO、MgO等，往堿性渣中加粘土塊來降低渣的粘度。在冶煉碳素錳鐵時，當R=CaO/SiO2≈1.4時則會增加爐渣的難熔性和粘度，致使排渣困難，影響整個冶煉過程，而且由于爐渣熔點升高，還會導致揮發(fā)損失嚴重，噴渣、刺火、增加電極消耗或電耗，過高的堿度只能是沖淡渣中的含錳量，造成渣量增加，爐料熔化慢，難還原，坩堝中含有不易還原的雜質，且坩堝也不易擴大，爐料透氣不好，回收率下降。當R=CaO/SiO2≈0.9時，爐渣熔點下降，渣中帶走金屬量增多，坩堝爐口熱損失較大，冶煉還原氣氛變慢(見圖1)[1]。

因此，降低爐渣粘度可改善渣的流動性，加快反應速度，使排渣順利，還有利于電極下插，提高爐缸溫度，使渣鐵分離好，減少渣中混入金屬，可提高金屬回收率。

2.3　導電性

爐渣的導電性直接影響到金屬的加熱和電能的消耗，其導電性隨著溫度的升高而增強，通常礦熱爐的爐渣比電阻小，即要求爐渣中的電阻大，電壓小。所以有渣法生產時，電極接近爐渣，有時插在渣中，電極弧光短幾乎聽不到電弧聲，而無渣法冶煉時電弧較長。

爐渣的導電性與組分有關，渣中含堿性氧化物多則導電性強，如碳素錳鐵堿度高時爐渣粘度大，比電阻減小，導電性增強，電極插入爐缸深度淺而導致爐況紊亂，影響冶煉正常進行。而渣中酸性氧化物越多，導電性越差，比電阻大，電極插入過深，負荷送不足，渣中含Mn高，渣流動性像水一樣，爐渣呈深綠色，合金硅、錳含量低。

3改善錳合金渣型的建議

3.1　原料搭配

由于錳鐵和錳硅合金的冶煉是埋弧有渣法操作，爐料熔化后被還原成Mn、Si合金元素，通常是連續(xù)加入爐料的，如果堿性礦石加入量越多，就會導致渣量增加，渣淺上移，電極上抬，熔池溫度下降，還原得不到滿足，產品產量和質量下降，料面翻渣，吃料速度慢，消耗高，產量低。反之酸性礦石加入量越多，熔化速度慢，渣中MnO含量高，即渣中跑錳過高。因此在酸性礦石中加入堿性礦石，在堿性礦石中加入酸性礦石必須適宜。

3.2　保持合理的爐料電阻

一般情況下爐料軟化溫度越低，軟化就越快，其導熱性和導電性均有改善，爐內熱分散程度越大，下料速度越慢。通常的做法是混合均勻，分批入爐，但有些冶煉碳素錳鐵時用加入低碳的辦法起到了良好的效果，這也不是無道理的，因為還原MnO和SiO是在渣層中進行，低碳直接進入渣層中改變了渣的比電阻，使還原更充足，而在爐料層中減少了部分的碳，使比電阻升高，有利于電極深插。這種操作對于品位較高的錳礦尤其有效，因為這時往往需要較多的配碳量，當然對于冶煉硅錳合金來說就沒有必要了，因為冶煉硅錳合金時渣層表面存在一層致厚的焦炭層。

3.3　爐料粒度

粒度小的造渣劑和礦石，比電阻大，熔化速度較快，而粘度偏大的礦石熔化較慢。粉礦比電阻太大，加入過多往往造成爐況惡化，不僅透氣性不好，也不利于氣相物的排出，而且化料過快，造成翻渣，熔池變冷。有的廠家直接用石灰石代替石灰，起到了良好的效果，這是因為石灰石比石灰粒度大，改變了爐料的成渣速度。這種情況對于水份含量過高或粉石灰過多時效果更為明顯。

4錳硅合金冶煉

4.1　冶煉工藝

在電爐冶煉時爐內分成4層，即爐料層、焦炭層、爐渣層與合金層。爐料層是礦石、熔劑與焦炭的混合物。電極周圍料層薄，下料速度快，靠爐墻料層厚。礦石受熱收縮而出現細裂紋和孔穴，至下部變成網狀。爐料區(qū)內MnO2與Fe2O3被CO還原或熱解成MnO和FeO。靠近焦炭層的礦石開始軟化，生成熔點約為1 200~1 300℃的初渣。由于國內錳礦含Al2O3較高，初渣的熔點可參考MnO2-SiO2-Al2O3系相圖[1]。爐料層下面為焦炭層，厚約100 mm，在錳硅合金冶煉中占有重要位置。熔融的爐料和初渣穿過此層時，被赤熱的焦炭還原。焦炭層的焦炭孔隙中有大量的細金屬粒，他是含Si 20%~30%的合金。熔渣穿過焦炭層進入爐渣層。在電極下端及其附近是焦炭粒，熔渣和金屬粒的混合層。在電弧加熱的高溫下進行碳還原MnO與SiO2的反應。還原出來的合金下沉至熔池底部，形成合金層。冶煉過程中錳和鐵的高價氧化物被還成低價氧化物，MnO與SiO2的結合成復合硅酸鹽，并在1 250~1 500℃熔化[2]。

4.2　冶煉操作

錳硅合金的冶煉操作與高碳錳鐵相似，但渣鐵出爐溫度應控制在1 400~1 500℃附近。爐渣熔點過高，則爐料過熱，渣黏度大，渣中夾合金多；熔點低則成渣速度大于反應速度，造成爐內翻渣。提高爐渣堿度可以降低渣中MnO的含量，從而提高錳的回收率。但堿度過高會使二氧化硅的還原變得困難，渣量增加。爐渣堿度越高，其錳含量越低，但隨著爐渣堿度的增加，渣量相應增大，雖然渣中錳的百分比下降，但跑錳卻不一定下降(見表1)。

確定適當的爐渣堿度十分重要。堿度(CaO+MgO)/SiO2應控制在0.6~1.1范圍內。生產Si≥22%的錳硅合金，取堿度為0.6，生產Si≤14%的錳硅合金，取堿度為1.1。減少渣量是降低電耗，提高錳回收率的前提。降低渣量的主要途徑是提高錳原料含錳量及選擇Al2O3要控制在15%~20%。合金與渣需定時從爐內排出并將合金鑄錠，爐渣則送沖渣場?；?，用作建筑材料。

5結語

控制好爐料的成渣速度和相應的還原速度是冶煉的關鍵，煉好渣也就能控制好合金的還原，只有這樣，才能保證電極深插，保持熔池的溫度達到所需的還原溫度，使爐況正常，做到優(yōu)質、高產、低耗。

參考文獻：

[1]林聰.中國冶金百科全書[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998：431.

[2]劉衛(wèi)，王宏啟.鐵合金生產工藝與設備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

Characteristics Analysis on the Manganese Alloy Slag

CAO Huayun

(YunnanWenshanDounanManganeseIndustryCo.,Ltd,Yanshan,Yunnan663101,China)

Abstract:It introduced Mn alloy production in process in the slag of basic physical and chemical nature, including slag stick degrees and conductive mixture in smelting. It should be noted that various chemical performance of ore mutual match will keep good of slag type and reasonable charging to be controlled.

Key words:Mn-alloy; Furnace charge; Slag

中圖分類號：TF792

文獻標識碼：B

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.01.010

作者簡介：曹華云(1963-)，男，云南文山人，冶煉工程師，研究方向：鐵合金冶煉，手機：13769613555，E-mail：249765024@qq.com.

收稿日期：2014-10-25