摘要：为降低合金中碳含量，探讨低碳锰硅合金工艺生产，为低碳锰硅合金生产寻求一种新的生产工艺

        1、前言

        现行低碳锰铁合金生产，一些厂家采用高硅的锰硅合金才能达到技术要求，高硅锰硅要求硅在25%以上，合金中的碳才满足冶炼低碳锰铁合金。而冶炼高硅锰硅合金炉况又难以控制，主要表现在高硅锰硅合金的生产中存在着两方面的难点：一方面，由于合金成分要求硅含量高，在冶炼过程中，存在合金提硅难度大，电极刺火严重等诸多不利条件，不仅炉况难于控制，电炉运行率也得不到保证。另一方面由于高硅锰硅合金铁水温度高，出炉时间长，出铁合金氧化侵蚀严重，修补频繁，直接影响电炉运行及安全生产指标。本课题就是为解决上述难题而进行的生产工艺探讨。

        2、低碳锰铁的生产工艺

        2.1 生产低碳锰铁的现状

        随着高端科技的不断发展，人们对钢材的要求越来越高，从来要求铁合金的质量也越来越高，低碳锰铁是钢铁工业和电焊条生产行业的重要的原料，特别在冶炼高锰钢、不锈耐酸钢等特殊钢时尤为重要。从而低碳锰的需求也就越来越大。能生产低碳锰的厂家在全国是曲指可数的。目前国内几大厂家均采用电硅热法生产低碳锰铁，上海铁合金厂1991年后采用“双炼”工艺，个别厂家采用高硅锰硅合金生产低碳锰铁，其它厂家均很少能生产出低碳锰铁。

        2.2 生产低碳锰的冶炼原理

        众所周知，中碳、低碳锰铁的生产原理是一样的，即在电炉（精炼炉）中用Mn、Fe的氧化锰（锰矿），使锰硅合金中的硅被氧化（精炼脱硅），得到与锰硅合金含碳相近的中低碳锰铁，其反应方程式为：

        2Mn3O4+Si=6MnO+SiO2

        2MnO+Si=2Mn+SiO2

        MnO.SiO2+CaO=MnO+CaO.SiO2

        上述反应表明中碳、低碳锰铁的生产过程中，Mn的还原使合金含锰升高，硅的氧化使合金含Si下降，是一个主要的反应过程，也是一个可控制的过程，而区别于中碳锰铁与低碳锰铁的主要元素C却与该主要反应无关，也就是说，低碳锰铁生产过程中，本身不存在脱碳的过程，所以我们要选的原料必须是含碳量低的锰硅合金及生产过程中不能渗碳。

        3、本课题探索分析

        3.1 生产工艺

        低碳锰铁合金要求含碳在0.7%以下，故采用的工艺流程中不能渗碳。采用的方法是炉外摇炉法，利用硅作为还原剂，该反应释放大量的热，在摇炉中的精炼反应就是借助炉料的显热和潜热（反应释放热）进行的。一种方法为：利用中碳锰热渣与硅铁进行炉外摇炼制取低碳锰硅合金作为原料，而本课题探讨的方法是利用高碳锰铁合金热渣与硅铁进行炉外摇炼制取低碳锰硅合金作为原料。

        反应主要方程式： 2MnO+Si=2Mn+SiO2

        3.2 原料

       摇炼选用的原料有：高碳锰铁的液态热渣、硅铁粉（含硅75%）。

        3.3 设备

        矿热炉，摇炉。

        3.4 工艺原理

        高碳锰渣出炉后和一定量75硅铁粉被加入摇炉内，进行摇炼，改善了离子从渣一金二相向界面的扩散条件，摇炉内产生的海波浪使渣-金充分搅拌、高度乳化，借助液态渣的显热和脱硅反应热，使75硅铁粉熔化，得到低碳锰硅合金。反应式为： 2MnO+Si=2Mn+SiO2+Q

        该反应为剧烈的放热反应，不需要加热，反应放出的热量能够保证硅铁熔化并维持反应系统内的温度。由于原料中的杂质元素碳、磷都很低，不需要经过炉内冶炼，因此该合金中的碳、磷都非常低且稳定。硅铁（硅大于75%）含碳在0.40%以下；高碳锰铁渣含碳在0.10%以下，两者经过摇炉运行后，生成中间产品，该产品就是我们本课题中的低碳锰硅合金。

        3.5摇炉生产工艺

       矿热炉刚生产的高碳锰铁热渣倒入摇炉，再加入一定比例的硅铁合金（含硅在75%），启动摇炉旋转机构逐渐提高转速至55-60R/分种，视摇炉内熔液波浪大小，酌情加入一定的莹石，以改善熔渣的流动性。摇炉摇动10-15分钟，即可降低转速直至停止摇动。然后进行逼渣，最后中间合金产品浇铸或热装精炼炉生产低碳锰铁。浇铸的合金以备冶炼低碳锰铁冷装用。若该工艺采取三炉（矿热炉、摇炉、精炼炉）联动生产，生产指标会更理想。该工艺可以提高高碳锰铁合金锰的回收率，又可以得到优质的低碳锰硅合金，以备生产低碳锰铁合金。

        4、数据分析

        4.1 数据来源

        高碳锰铁热渣中含有8-15%的锰（主要是由于控制的渣锰过低，各项技术指标不太理想），渣铁比1.6-2.5，现在我们冶炼的高碳锰铁产量在7-8吨/炉（6300KVA）。

        4.2 计算公式

        根据工艺原理，可得出下列式子：

        X=28a η1/(110* η2*0.75）

        其中X为硅铁量，a为加入的高碳渣的锰量，η1为热渣中锰的回收率，η2为硅的利率。

        根据上面的公式可以计算出产品中的含锰、含硅量。

        高碳锰铁热渣有12吨，渣中含锰12%，硅铁含硅75%，渣中锰可利用率（回收率）为0.60，R=1.2-1.4（取1.3），硅利用率为0.40，入合金为0.45，机械损失及挥发为0.15。这样，可得出中间产品：含锰68%，含硅19%（小数点略）。渣型：因摇包工艺在预炼热渣时，反应中生产一定量的二氧化硅，与热渣中的氧化钙、氧化镁组成碱度稍低一些的渣型。从高碳锰铁的控制炉渣碱度来分析，控制的碱度在1.3-1.4，满足工艺要求。

        5、经济价值

       从锰金属的回收率来看，高碳锰铁的回收率提高了，锰资源得到很好的利用。从冶炼低碳锰铁生产的角度来看，得到了很好的原料，为低碳锰铁生产提供了一个方向。从举例的计算数据可得出：加入2吨的硅铁（根据渣量来加硅铁的量），将得到3.5吨的中间产品，产量增加了，从而也提高了产品的附加值。

        6、结论

        6.1该工艺是在摇炉的工艺上提出来的，高碳锰铁渣的碱度在1.3-1.4（<CaO+MgO>/SiO2) ,有大量的Cao、MgO保证了渣型，其冶炼原理为：2MnO+Si=2Mn+SiO2

        6.2该工艺将高碳锰铁合金冶炼产生的渣子再一次利用，使其锰的综合回收率得到提高，高碳锰铁合金冶炼中的渣锰更深一次的贫化，更合理化的利用锰资源。

        6.3该工艺得到了生产优质低碳锰铁合金生产的原料，使生产低碳锰铁合金工艺得到更好的发展，为低碳锰铁合金工艺生产提出了一种新的工艺流程。