富锰渣冶炼的有关计算

    一、高炉冶炼富锰渣的配料计算
    正常炉况下的富锰渣成分，主要决定于配矿，富锰渣中的锰主要决定于矿石含锰量和锰铁比，或锰加铁总量。富锰渣中的磷含量和铁含量主要决定于炉温，前者主要由配料控制，后者主要由操作控制。在正常炉况下，都不会造成铁、磷出格，因此主要是搞好配料计算以解决锰合格问题。
    1)配料计算的一般过程
    (1)首先决定各元素和氧化物的分配率，根据理论分析和生产实践，各元素和氧化物的分配如表1。

    (2)确定矿石配比
    ①根据原料的化学成分，确定初步配比。
    ②计算入炉混合矿成分(用加权平均法)。
    ③根据数理统计，含量35%的富锰渣入炉矿石的Mn和Fe的关系式如下：
                              m(Fe)≥81.5-2.6m(Mh矿)
    式中:m(Mn矿)为计算出的混合矿含锰量；m(Fe)为混合矿含m(Mn矿)时，得到含Mn35%的富锰渣要求含Fe的最小值。
    计算确认m(Fe矿)≥m(Fe)时，一般可得到合格富锰渣。
    (3)确定焦炭负荷。焦炭负荷根据生产实践经验来确定，理论计算复杂，日常生产中极少应用。焦炭负荷与入炉矿石含铁密切相关，一般混合矿含铁高，焦炭负荷轻。一般矿石含铁量20%左右，焦炭负荷取3~3.5，当含铁30%左右时，焦炭负荷取2.5~3.0。
    (4)富锰渣和副产生铁成分的计算
    ①以100kg矿石和相应的焦炭量，按入渣率计算成渣物量，并将其中锰、铁和磷换算成低价氧化物。
    ②各种渣物量相加即为100kg矿石的渣量，然后进一步计算成分。
    ③由渣量计算焦比和矿比。
    ④同样以100kg矿石和相应的焦炭量，按入铁率计算铁量，并以生铁含碳4.5%折算出100kg矿石所得的铁量。
    ⑤检验渣成分是否合格，若合格就计算出铁渣比。锰成分不合格或渣中A1₂O₃大于20%，则调整配比后，再进行计算。
    2)富锰渣配矿计算实例
    以A,B,C三种不同类型的矿配矿，冶炼含锰35%以上，38%以下的富锰渣。[next]
    (1)矿石成分及焦炭成分见表2。

    (2)拟定配矿比为:A矿60%，B矿30%，C矿10%；
    (3)计算入炉混合矿成分，m(Mn)/m(Fe)=1.14,W(Mn+Fe)=47.1%;
    (4)计算m(Fe):m(Fe)=81.5-2.6 m(Mn矿)=16.11，m(Fe矿)≥m(Fe)
    可知冶炼所得的富锰渣可以含Mn量≥35%
    (5)计算富锰渣成分
    ①假定焦炭负荷为3.3，即100kg矿石需用30kg焦炭。
    ②按100kg矿石和相应30kg焦炭计算渣量。
    a.进入渣中的锰和氧化亚锰(锰入渣率按90%计算)。
                                m(Mn)=25.15×90%=22.64kg
                             m(MnO)=22.64×71÷55=29.22kg
    b.进入渣中的铁和氧化亚铁(铁入渣率取3%计算)。
                                m(Fe)=21.95×3%=0.66kg
                               m(FeO)=0.66×72÷56=0.8kg
    c.进入渣中的SiO₂量，以SiO₂入渣，其总量是入炉量的95%。
    计算铁量，副产品铁含量80%~90%，以88%计算，铁元素进入生铁取92%计算，
    则生铁量为:Q=21.95×92%÷88%=22.9kg
    生铁Si含量为0.5%，则铁中Si量为
                                m(Si)=22.94×0.5%=0.12kg
    还原需要SiO₂量为
                                 0.12×60÷28=0.25kg
    则进入渣中的SiO₂量：
                       m(SiO₂)=18.95×95%+30×20%×50%×95%-0.25
                              =20.6kg
    d.进入渣中的Al₂O₃量，Al₂O₃入渣率取95%计：
                       m(Al₂O₃)=7.05×95%+30×20%×42%×95%=9.09kg
    e.进入渣的CaO和MgO量，CaO,MgO的入渣率取95%计：
                       m(CaO)=1.35×95%+30×20%×8%×95%=1.73kg
                       m(MgO)=0.8×95%=0.76kg
    f.进入渣中的P₂O₅量
                      m(P₂O₅)=(0.19+30×20%×0.2%)×3%×144÷62
                            =0.014kg

    (6)检验:富锰渣m(CaO+MgO)/m(SiO₂)=0.12,m(SiO₂)/m(Al₂O₂)=2.26,含Mn,Fe,P均符合要求。
    (7)副产生铁成分计算
    a.锰入铁量，锰入铁率取5%
                        m(Mn)=25.15×5%=1.26kg
    b.铁入铁量，铁入铁率取92%计
                        m(Fe)=21.95×92%=20.19kg
    c.还原入铁的Si量
                        m(Si)=0.12kg
    d.P入铁量，P入铁率取92%计
                         m(P)=(0.19+30×20%×0.2%)×92%=0.19kg

    (8)矿比、焦比计算
       矿比:1000÷62.24×100=1607kg/t
       焦比:1607÷3.3=487kg/t
    二、电炉富锰渣冶炼配料计算
    比实例介绍一种简易计算方法
    1)计算的原始条件
    (1)锰矿石的化学成分
    化学成分  Mn      Fe      P    SiO₂    Al₂O₃    CaO    MgO
    含量/%   24.50  31.00   0.03  12.5    12.5     0.6    0.5
    (2)焦炭成分
    固定碳:80%;灰分:17%

    (3)焦炭的利用率为92%。
    (4)设定由Fe₂O₃→FeO和MnO₂→Mn₃O₄全为受热分解，不直接消耗焦炭。而由FeO→Fe,Mn₃O₄→MnO和MnO→Mn全部用焦炭还原。Si和P等还原耗焦炭甚少，由电极消耗来补充，而不另外耗焦炭，以简化计算。
    2)简易配料计算
    以100kg矿石为基础的计算方法，100kg锰矿石消耗干焦炭约13.5kg.
    (1)富锰渣含量按下式计算

    式中  w(Mn_(矿))、w(Fe_(矿))——锰矿石中含锰量、含铁量，%；
          η_Mn(入)、η_Fe(入)——锰的入渣率、铁的入渣率，%；
          A——每100kg矿所用焦炭灰分的重量，kg；
          B——每100kg矿含SiO₂,Al₂O₃,CaO,MgO的总重量，kg。[next]
    将原始数据代入上式，则得富锰渣的含锰量为

    从上述计算得出：
    100kg锰矿石生产的富锰渣和生产铁数量和主要成分见表6。

    (3)焦炭消耗量的计算
    焦碳消耗主要用于铁、锰的还原和生铁的渗碳等方面。
    还原进入富锰渣的锰所需碳量：Mn₃O₄+C=3MnO+CO
                            53.25×0.391×12÷165=1.15kg
    还原进入生铁的锰所需碳量：MnO+C=Mn+CO
                             34.29×0.0926×12÷55=0.68kg
    还原进入生铁的铁所需碳量：FeO+C=Fe+CO
                             34.39×0.8564×12÷56=6.31kg
    副产生铁中渗碳量：34.39×0.045=1.55kg
    上面四项合计需碳量为
                              1.51+0.68+6.31+1.55=10.05kg
    折合成干焦炭量为:10.05÷0.90×0.80=13.96kg
    (4)锰矿石与焦炭的配料比为
       锰矿石量/焦炭量=100/13.96
    (5)每吨富锰渣消耗
       锰矿石：1000÷53.25×100=1878kg
       焦  碳：1878÷13.96=262kg