选择优质的碳素还原剂
        电炉冶炼高碳锰铁和硅锰合金时,一般都以焦炭、块煤和木片等作为还原剂,而在我国各生产厂很少使用煤和木片。如同硅铁冶炼一样碳质还原剂的化学性能、物理性能及配入量对电耗和成本等各项技术经济指标也有一定影响,正确地选择搭配碳素还原剂是一项重要的技术工作。   
        使用块煤代替部分冶金焦有降低电耗的作用。国内某厂使用无烟煤代替50%焦炭还原剂,在同等对比条件下,高碳锰铁月平均产量比单独用冶金焦时提高23.86%,电耗降低13.8%。选用无烟煤的化学成分为:固定碳72.67%,水分0.95%,挥发分3.12%,灰分23.26%,其中SiO254.83%,FezO,8.51%,CaO1.7l%,MgO1.82%,P0.04%。
          焦炭中的含水量不仅消耗大量的分解热、汽化热,增加电耗,同时与石灰混合在一起,导致块状石灰粉化成末,严重阻碍了炉料透气性,电极周围强烈喷火、翻渣,电耗显著上升。因此,要求选用焦炭含水量不要超过5%,必要时应采用干燥窑烘干。
对石灰质量的要求
        高碳锰铁选用的石灰,CaO含量要大于85%,生灰、老灰尽可能少;其粒度以15~80mm为宜,还要尽量减少粉化石灰入炉。生灰、老灰和粉灰都会使产品电耗升高。炉料配入适量煅烧白云石提高炉渣中MgO的含量,有利于提高锰的回收率,降低产品电耗。但有些厂没有石灰或白云石,可用石灰石代替,电耗约提高5%左右,从经济上考虑,有时是合理的,使用不符合要求的石灰粉还不如使用石灰石,炉况顺利,电耗反而低些。
        选择合理的设备参数
        在相同原材料和操作条件下,不同的设备参数就会出现不同的冶炼效果。高碳锰铁的还原温度较低,炉渣的流动性能较好,一般认为大直径电极、大极心圆和大炉膛、深炉膛,“三大一深”参数是冶炼高碳锰铁炉型的特点。
        同容量的电炉冶炼高碳锰铁时,电极电流密度选得低些,一般4.5~6.5A/cm2,故电极直径粗。极心圆也要取电极直径倍数偏大的数据,D极心=2.5-2.9D电,取上限。炉膛直径依极心圆直径而定,一般为2.5D极心=6.25D电,或为D极心+3.4~3.6D电。炉膛深度也较深,一般为电极直径的2.2倍左右。
自从留渣法操作兴起后,用于高碳锰铁和锰硅合金的炉膛深度比不留渣时增加1/3左右,即按下式选定:   H1=(3—3.5)D电
        精心操作
        炉口操作维护
        炉口维护是指料面形状和高低;料层均匀透气,尽可能降低炉口温度,三相电极深插料层,电流负荷平衡、稳定;正确控制配料比,合金成分达到目标要求,出铁、排渣顺利;按时间、按制度下放电极、焙烧电极;严防各类电极事故发生,减少非计划停电等。
各种原料达到成分要求,符合粒度规范又做到合理搭配;通过晒干或烘干的途径降低水分并达到稳定;按理论计算与经验判断相结合,及时地调整配料比是稳定炉况、稳定合金成分、增产节能、改善各项技术经济指标的基础。
        料面的高度取决于熔体液柱的控制高度和电极在料层可以保持的深度。在炉缸内径和容积确定之后,熔体液柱高度就与炉前出铁工艺和出铁次数有关。对于20000kV•A以上的电炉,采用留渣法操作时,留渣层约在700~1300mm。对于渣、铁定期出净的操作,熔体液柱波动很大,出铁后是最低点,对于2700-5000kV•A电炉,高低差可达400-700mm。电极插入料层深度首先决定于电炉容量、电极直径、电极极心圆直径和选用的电压,这些参数一经固定,就与炉料性质和操作方法有关,即与炉料的操作电阻有关。冶炼人员的任务之一就是增加炉料电阻,使电极较深插入炉料中。对于2700~5000kV•A电炉,电极插入炉料中一般可达800—1200mm;对于10000~16500kV•A电炉,一般可达到1400—1600mm。电极端部是热能的主要发源点,是各种反应的集中处,大量的反应气体易于沿着电极周边上升带出。为增加电极周围的气体阻力,都是在电极周围采取局部增加料层的办法,即堆成锥体。对于封闭炉也应当把下料管的出料口对准电极,使炉料最大限度地沿电极周围下沉。
        在不超过负荷的前提下,送足电流并保持三相平衡,是提高功率因素和热效率,保证电极深插、稳插,炉况顺行,提高锰的回收率,降低电耗,高产、稳产的关键点之一。
        铁合金生产是24小时连续作业,一但停电就破坏了正常冶炼程序,停电次数越多,时间越长,炉况恢复越困难,对技术经济指标影响也越大。因此,电极事故、铜瓦烧坏事故,动力停电等事故都应尽量减少或杜绝。
        炉渣成分的控制
        为了提高锰的回收率,控制好炉渣成分和流动性在冶炼中有着重要意义。
        炉渣的流动性和熔点同碱度(CaO十MgO)/SiO2的变化规律。碱度在0.2~0.8时熔点只有1270~1300℃。但在生产时,碱度都控制在1.1以上,因为    碱度低于1.1,会增加合金中的含硅量和渣中的含锰量。按CaO/SiO2控制,当达到1.3时渣中含锰量即可降到8%以下;按(CaO+MgO)/SiO2控制。碱度达到1.5时渣中含锰量才能降低到8%以下。由此可知,炉渣中MgO提高,碱度相应增加。
        仅根据CaO/SiO2或(CaO+MgO)/Si02评 价炉渣性质还不够充分,因为渣中的Al2O3,和 MnO对炉渣性质也有一定影响。如能采用CaO- MgO—SiO2—Al2O3四元系统控制炉渣成分,冶炼效果会更好,一般渣中A12O3。在15%~20%之间,此时渣中SiO2控制在30%左右,CaO控制在 40%左右,MgO控制在10%左右。
         对于电炉采用有熔剂法生产高碳锰铁时,(CaO+MgO)/SiO2一般控制在1.3~1.6。炉渣中含锰量约在12%~14%。锰的回收率约在80%左右。
        对于无熔剂工艺操作,(CaO+MgO)/SiO2一般控制在1以下,通常为0.6—0.8。炉渣中含 Mn25%~40%。因渣中的Mn是以MnO存在, 降低了炉渣的熔点,也具有良好的流动性。这种几乎不含铁和磷的炉渣用于冶炼锰硅合金,可制得锰高磷低的产品,锰的综合回收率可达到90%以上。
        浇铸工艺的选择
        炉内的熔体从炉缸放出方法,有两种形式:一种是不留渣的老式出铁工艺,渣和铁从同一出铁口放出;一种是近代大型电炉采用留渣法操作,渣从渣口放出,铁从铁口放出。后者不仅渣铁分离较彻底,锰的回收率高,而且炉前操作简单化。因为是放几次渣才放一次铁,减少了铁锭的浇铸次数,出铁口寿命延长,减少了维修工作量,同时也降低了成本,一次出铁量增多,热容量大,上一炉结在流槽、盛铁桶内熔体可全部重新熔化,不必清理流槽和盛铁桶。一次出铁量增多,为仅产品质量稳定,而且各个环节的金属损失相对减少,电耗低,成本低。
铁水的铸锭方法有以下几种:
        (1)直接铸块。对于不留渣操作的小型电炉,出炉的铁水和炉渣可直接放入砌有耐火材料的铸铁模内,多余的液体炉渣从铸铁的流嘴流入另一渣包内。铸铁模内的渣铁冷却后,清除盖 铁锭上的炉渣,经精整加工成规定块度入库。与此相似的工艺,是在地面上
砌筑一个坐包,放出的熔体经过长流槽流入坐包内,在坐包经过短暂的停留。炉渣从坐包的流槽流进沙坑内,铁水从坐包下部的放铁口流入铸铁锭模内。对于20000kV•A以上的大型电炉,无论是留言渣操作还是无不留渣操作,近年来也开始推行直接铸块法。从炉,内放出来的铁水经长流槽直接流进地平面的铸铁床,连续放入几炉后,用铲车铲出,送至破碎机,加工成合格块。不留渣操作时,出炉的铁水和炉渣流入长流槽后要先经过“分渣器”直接冲成水渣,再运往用户。从长流槽先流入坐包,然后再放入带式铸铁机或环式铸铁机,也在广泛地使用着。
        (2)间接铸块。所谓间接铸块,是指铁水先放入到盛铁桶内,多余的炉渣流入阶梯排列的几个铸铁模或铸钢罐中,盛铁桶内的铁水可以注入到铸铁锭模内,也可能注入到各种形式的连铸机中。炉渣一般都是冲成水渣,作铺路材料。
无论那种铸块法,均需要认真操作,做到渣铁分离彻底,铁的损失减少到最低的程度,同时也要严防炉渣混入铁中,降低产品质量。因此,炉前操作是节约电能,提高产品质量的重要一环。
        留渣法冶炼工艺
        留渣冶炼是铁合金生产的一种新工艺,目前已在欧美和日本逐步投入工业性生产,留渣冶炼,首先由日本提出,在日本称为“双出铁口连续操作法”或称为“米持法”,而在德国称为“炉渣电阻冶炼”。这种方法的特点在于它是利用炉渣电阻热代替常规法的电弧热,促使炉内反应区扩大,达到降低电耗、提高元素回收率和提高生产能力的目的。
        意大利有一座由三台单项变压器组成的22000kV•A变压器,总的有功功率可达15500kW,功率因数接近0.7;炉体是边缘圆滑的三角型,两个放铁口均位于二相电极之间,而一个放渣口在一相电极之下,比放铁口高出lm,电极直径为1400mm;使用的原料配比为:
        锰矿1798kg,铁鳞145kg,白云石160kg,焦炭320kg,电极糊6kg。原料成分如下(%);
                   Mn         (Mn02)       Fe        SiO2        Al2O3      MgO     CaO     P       H20
    锰矿     50.0          75.3          3.5          2.5         6.22       0.04       0.07    0.12    10.5
    铁鳞                                        71.0         2.1          0.31       0.08      0.12    5.0
   白云石                                                     1.20        0.52       19.95   29.47    2.0
   焦炭                               总C量89.0       4.28         2.5                                               9.0
   电极糊    总C量82.7挥发分13.8
       生产出来的高碳锰铁成分为Mn75.5%,SiO20.2%,C6.6%。得到炉渣483kg,其中Mnl48kg,Fe4kg,SiO259kg,A12O3119kg,MgO31kg,CaO44kg,磷0.2kg。其技术指标,电耗2050kW•h/t,Mn的回收率82%,电极糊消耗7kg/t,干焦340kg/t。(完)