锰合金冶炼炉渣的技术数据,四方谈微信公众号文章

锰铁合金的冶炼中，锰的还原是在成渣过程中依靠炉渣的对流运动来完成的，其渣量约占总量的70%。碳素锰铁、硅锰合金的冶炼均为有渣冶炼，因此研究炉渣的性质，有助于冶炼过程中矿物的互相搭配，改善炉料的适应性，使还原更充分，对合金高产有着极其重要的意义。

【炉渣成分及分类】按冶炼产品不同或加入的溶剂不同，炉渣的化学成分也就不同。炉渣主要由氧化物组成，不同氧化物有不同的化学性质，一般铁合金生产中常见的氧化物可分为碱性氧化物、酸性氧化物和两性氧化物。

炉渣的形成主要是碱性氧化物与酸性氧化物中和而产生的盐，即硅酸盐、铝酸盐和三重化合物。冶炼碳素锰铁时MnO与SiO2结合成MnO·SiO2，使MnO还原不充分，渣中MnO高。故需要加入与SiO2化学亲和力较强的碱性氧化物CaO参加反应:CaO+MnO·SiO2=MnO+CaO·SiO2，使MnO活度提高，并充分还原。通过炉渣的置换反应使金属氧化物活度提高，有利于氧化物的还原，达到提高产量，降低消耗的目的。

碱性氧化物的加入量是由冶炼品种、冶炼条件、以及炉渣性质决定的。炉渣的碱度就是渣中碱性氧化物与酸性氧化物之比，用Ｒ表示。当Ｒ＜1称酸性渣，如硅锰合金Ｒ=0.6～0.8;当Ｒ＞1.2称弱碱性渣，如生产碳素锰铁Ｒ=1.2～1.4;当Ｒ＞2叫强碱性渣，如中碳铬铁、钒铁。

【炉渣性质】

【熔点】炉渣的熔点主要与炉渣组成有关，SiO2熔点1723℃，Al2O3熔点2050℃，纯CaO熔点2615℃，在冶炼碳素锰铁时炉渣所依据的成分主要有SiO2、CaO、MgO、Al2O3，几种氧化物在相互反应时，能在冶金温度下生成液体化合物或共晶，使熔点低于其单独氧化物的熔点。

【粘度】冶炼锰铁时碱度过低，硅易还原，炉渣粘度增加，熔池不活跃，冶炼不能顺利进行，渣与合金未能完全分离，金属混在渣中损失大;碱度过高，渣流动性不好，严重侵蚀炉衬，降低炉衬寿命，因此合适的粘度对锰铁冶炼至关重要。

炉渣粘度与炉渣碱度有很大关系，当Ｒ=CaO/SiO2从0.9～3.2时，粘度为0.75～0.95Pa·s，粘度会突然增加，此种渣称为短渣。

炉渣碱度为0.9，温度降低粘度平衡增大，这类渣称为长渣。

一般情况下，同样温度的酸性渣比碱性渣的粘度大，而温度1450℃以下酸性渣比碱性渣粘度低，温度升高碱性渣粘度降低较明显。而在实际生产中通常是在酸性渣中加碱性氧化物CaO、MgO等，往碱性渣中加粘土块来降低渣的粘度。在冶炼碳素锰铁时，当Ｒ=CaO/SiO2≈1.4时则会增加炉渣的难熔性和粘度，致使排渣困难，影响整个冶炼过程，而且由于炉渣熔点升高，还会导致挥发损失严重，喷渣、刺火、增加电极消耗或电耗，过高的碱度只能是冲淡渣中的含锰量，造成渣量增加，炉料熔化慢，难还原，坩埚中含有不易还原的杂质，且坩埚也不易扩大，炉料透气不好，回收率下降。当Ｒ=CaO/SiO2≈0.9时，炉渣熔点下降，渣中带走金属量增多，坩埚炉口热损失较大，冶炼还原气氛变慢)。

图1锰硅生产工艺流程

因此，降低炉渣粘度可改善渣的流动性，加快反应速度，使排渣顺利，还有利于电极下插，提高炉缸温度，使渣铁分离好，减少渣中混入金属，可提高金属回收率。

【导电性】炉渣的导电性直接影响到金属的加热和电能的消耗，其导电性随着温度的升高而增强，通常矿热炉的炉渣比电阻小，即要求炉渣中的电阻大，电压小。所以有渣法生产时，电极接近炉渣，有时插在渣中，电极弧光短几乎听不到电弧声，而无渣法冶炼时电弧较长。炉渣的导电性与组分有关，渣中含碱性氧化物多则导电性强，如碳素锰铁碱度高时炉渣粘度大，比电阻减小，导电性增强，电极插入炉缸深度浅而导致炉况紊乱，影响冶炼正常进行。而渣中酸性氧化物越多，导电性越差，比电阻大，电极插入过深，负荷送不足，渣中含Mn高，渣流动性像水一样，炉渣呈深绿色，合金硅、锰含量低。

【原料搭配】由于锰铁和锰硅合金的冶炼是埋弧有渣法操作，炉料熔化后被还原成Mn、Si合金元素，通常是连续加入炉料的，如果碱性矿石加入量越多，就会导致渣量增加，渣浅上移，电极上抬，熔池温度下降，还原得不到满足，产品产量和质量下降，料面翻渣，吃料速度慢，消耗高，产量低。反之酸性矿石加入量越多，熔化速度慢，渣中MnO含量高，即渣中跑锰过高。因此在酸性矿石中加入碱性矿石，在碱性矿石中加入酸性矿石必须适宜。

【保持合理的炉料电阻】一般情况下炉料软化温度越低，软化就越快，其导热性和导电性均有改善，炉内热分散程度越大，下料速度越慢。通常的做法是混合均匀，分批入炉，但有些冶炼碳素锰铁时用加入低碳的办法起到了良好的效果，这也不是无道理的，因为还原MnO和SiO是在渣层中进行，低碳直接进入渣层中改变了渣的比电阻，使还原更充足，而在炉料层中减少了部分的碳，使比电阻升高，有利于电极深插。这种操作对于品位较高的锰矿尤其有效，因为这时往往需要较多的配碳量，当然对于冶炼硅锰合金来说就没有必要了，因为冶炼硅锰合金时渣层表面存在一层致厚的焦炭层。

【炉料粒度】粒度小的造渣剂和矿石，比电阻大，熔化速度较快，而粘度偏大的矿石熔化较慢。粉矿比电阻太大，加入过多往往造成炉况恶化，不仅透气性不好，也不利于气相物的排出，而且化料过快，造成翻渣，熔池变冷。有的厂家直接用石灰石代替石灰，起到了良好的效果，这是因为石灰石比石灰粒度大，改变了炉料的成渣速度。这种情况对于水份含量过高或粉石灰过多时效果更为明显。

【锰硅合金冶炼】

【冶炼工艺】在电炉冶炼时炉内分成4层，即炉料层、焦炭层、炉渣层与合金层。炉料层是矿石、熔剂与焦炭的混合物。电极周围料层薄，下料速度快，靠炉墙料层厚。矿石受热收缩而出现细裂纹和孔穴，至下部变成网状。炉料区内MnO2与Fe2O3被CO还原或热解成MnO和FeO。靠近焦炭层的矿石开始软化，生成熔点约为1200～1300℃的初渣。由于国内锰矿含Al2O3较高，初渣的熔点可参考MnO2－SiO2－Al2O3系相图。

炉料层下面为焦炭层，厚约100mm，在锰硅合金冶炼中占有重要位置。熔融的炉料和初渣穿过此层时，被赤热的焦炭还原。焦炭层的焦炭孔隙中有大量的细金属粒，他是含Si20%～30%的合金。熔渣穿过焦炭层进入炉渣层。在电极下端及其附近是焦炭粒，熔渣和金属粒的混合层。在电弧加热的高温下进行碳还原MnO与SiO2的反应。还原出来的合金下沉至熔池底部，形成合金层。冶炼过程中锰和铁的高价氧化物被还成低价氧化物，MnO与SiO2的结合成复合硅酸盐，并在1250～1500℃熔化。

【冶炼操作】锰硅合金的冶炼操作与高碳锰铁相似，但渣铁出炉温度应控制在1400～1500℃附近。炉渣熔点过高，则炉料过热，渣黏度大，渣中夹合金多;熔点低则成渣速度大于反应速度，造成炉内翻渣。提高炉渣碱度可以降低渣中MnO的含量，从而提高锰的回收率。但碱度过高会使二氧化硅的还原变得困难，渣量增加。炉渣碱度越高，其锰含量越低，但随着炉渣碱度的增加，渣量相应增大，虽然渣中锰的百分比下降，但跑锰却不一定下降。

确定适当的炉渣碱度十分重要。碱度(CaO+MgO)/SiO2应控制在0.6～1.1范围内。生产Si≥22%的锰硅合金，取碱度为0.6，生产Si≤14%的锰硅合金，取碱度为1.1。减少渣量是降低电耗，提高——表1渣碱度与锰含量的关系——锰回收率的前提。降低渣量的主要途径是提高锰原料含锰量及选择Al2O3要控制在15%～20%。合金与渣需定时从炉内排出并将合金铸锭，炉渣则送冲渣场粒化，用作建筑材料。

【结语】控制好炉料的成渣速度和相应的还原速度是冶炼的关键，炼好渣也就能控制好合金的还原，只有这样，才能保证电极深插，保持熔池的温度达到所需的还原温度，使炉况正常，做到优质、高产、低耗。

——曹华云，云南文山斗南锰业股份有限公司

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