电炉高碳锰铁的生产(一)

    一、电炉高碳锰铁的牌号及用途
    电炉高碳锰铁是含有少量硅、磷、硫杂质的Mn-Fe-C三元合金，锰铁中锰与铁之和为92%左右，含 碳6%~7%。锰、铁、碳在合金中通常以Mn₃C,FeC的形式存在。高碳锰铁的溶点为1220~1270℃，密度为7.1~7.4g/cm³,抗压强度为70~90MPa.合金中锰与铁能以任意比例互溶，但锰含量超过82%时，易受空气中水分的侵蚀而消散成粉末；因此当含锰量超过82%的产品在运输中应注意防潮。
    电炉高碳锰铁主要用于炼钢作脱氧剂、脱硫剂及合金添加剂。作为合金添加剂加入钢中能改善钢的力学性能，增加钢的强度、延展性、韧性及耐磨能力。随着中、低碳锰铁生产工艺的进步，高碳锰铁还可以用于生产低碳锰铁。
    电炉高碳锰铁牌号及其化学成分如表1所示。

     二、电炉法高碳锰铁的冶炼原理
    电炉法生产高碳锰铁是以电能为热源，焦炭为还原剂，在炉身较矮的还原电炉中生产高碳锰铁的一种方法。
    冶炼原理:高碳锰铁冶炼主要是锰的高价氧化物受热分解为低价氧化物的低价氧化物进一步还原成锰金属的过程。
    MnO₂受热后极易分解。当温度高于753K时MnO₂分解变成Mn₂O₃。

    在正常生产过程 中锰的高价氧化物也可以被炉内反应生成的CO还原成低价氧化物，其反应式如下：

    MnO比较稳定，一般条件下不易分解(与氧接触在一定条件下易被重新氧化)。
    在冶炼温度下，MnO不可能被CO还原。这样进入炉内高温区的锰氧化物均以MnO形式存在，只能通过碳直接接触MnO使其还原成锰。
    碳还原MnO的反应式如下：

    由以上反应式可以看出:碳还原MnO生成Mn₃C所需的温度比生成锰所需的温度低，因而用碳作还原剂生产锰铁时，得到的不是单质锰而是锰的碳化物(Mn₃C);合金中含碳量通常6%~7%。[next]
    MnO为金属氧化物，易与炉料中的SiO2结合生成硅酸盐：
                           MnO+SiO₂===MnO·SiO₂
                          2MnO+SiO₂===2MnO·SiO₂
    这些反应降低了渣中自由MnO的浓度，使得充分还原MnO变得困难。
    为减少MnO在炉渣中的排弃损失，提高锰的回收率，可在炉料中配入碱性大于MnO的金属氧化物，比如石灰、白云石等，让石灰中的CaO与SiO₂结合，生成相应的硅酸盐把MnO置换出来即：
                        MnO·SiO₂+CaO===CaSiO₂+MnO
                       2MnO·SiO₂+2CaO===2CaSiO₂+2MnO
    置换了来的MnO呈自由状态，易被碳直接还原。
    冶炼用的锰矿石，通常都伴生有铁、硅、钙、镁、铝、磷等元素的氧化物，在加热还原锰氧化物的过程中，炉料带入的铁、磷、硅的氧化物也被碳还原：
                              FeO+C===Fe+CO

    还原出来的Fe与Mn组成锰铁的二元碳化物[(MnFe)₃C],从而大大改善了MnO的还原条件；在有铁存在的条件下，当温度接近1100℃时，MnO的还原即可进行。
    炉料中磷氧化物(P₂O₅)可以被碳和锰充分还原：

    被还原出来的磷约75%进入合金，5%残留渣中，其余挥发。
    炉料中带入的SiO₂比MnO稳定，只有在较高温度下才能被碳还原。

    控制高碳锰铁冶炼温度不超过1550℃，就可以有效地抑制SiO₂的还原，使大部分SiO₂进入炉渣。
    炉料中的其他氧化物，如CaO,Al₂O₃,MgO等，则较MnO更稳定，在高碳锰铁冶炼条件下不可能被碳还原，几乎全部进入炉渣。
    炉料中的硫主要来自焦炭。有机硫在高温下挥发。硫酸盐中的硫一般以MnS或CaS的形式熔于渣中。通常炉料中的硫只有1%左右熔于合金。