电炉高碳锰铁的生产(二)

    三、电炉锰铁冶炼用的原料
    原料为锰矿、焦炭和熔剂
    1.锰矿
    锰矿的品种主要有氧化锰矿、烧结矿、焙烧矿和人选富锰渣等。
    锰矿中除了主要成分Mn外，还含有一定数量的Fe,CaO,Al₂O₃,SiO₂,P,S等杂质，应根据冶炼产品的要求进行控制。
    锰矿中的锰铁比是决定产品含锰量的重要技术参数，秤不同牌号的高碳锰铁，对入炉锰矿的m(Mn)/m(Fe)要求不同，某厂采用熔剂法冶炼 时对入炉锰矿的含锰量、m(Mn)/m(Fe)、m(P)/m(Mn)要求见表2。

    锰矿中的CaO,MgO均为碱性氧化物，对调整炉渣碱度和流动性有利，一般不予限制。锰矿中的Al₂O₃在一定范围内能控制渣中含锰量，但Al₂O₃过高，会使炉渣熔点升高，流动性变差，渣铁分离困难，影响冶炼技术经济指标。一般要求入炉锰矿中Al₂O₃含量不超过10%。采用熔剂法生产时入炉锰矿中的SiO₂含量越低越好。因SiO₂含量高，会增大石灰用量，增大渣量，电耗升高。锰矿中的硫一般以MnS,CaS的形式进入渣或挥发，只有约1%进入合金，一般不作限制。
    对入炉锰矿的水分庆控制在8%以下，因水分太高，波动大会影响配料的准确性。在熔剂法生产时会使石灰吸水粉化，造成炉内透气性差，产生刺火、塌料，使炉况恶化，电耗增加。
    入炉锰矿粒度根据电炉容量大小而定，对6000KVA以上电炉入炉粒度一般为10~80mm，小于10mm的粉矿不超过总量的10%。
    2.焦炭
    作为还原剂用的焦炭主要有冶金焦、气煤焦、半焦等。对入炉焦炭，要求固定碳含量高、电阻率大、灰分低、磷低。灰分低带入的渣量少，含磷相应减少，可降低冶炼电耗。电阻率大，容易使电极下插，对稳定操作有利。
    入炉焦炭粒度一般为3~25mm，小于3mm的焦末不得入炉。焦炭所含水分不得超过7%，而且波动量应尽量小。
    3.溶剂(石灰)
    要求石灰中CaO含量高，SiO₂及P,S杂质含量低。一般CaO含量大于80%，SiO₂含量不超过6%，P,S应分别低于0.05%和0.8%。石灰入炉粒度一般为10~60mm.[next]
    四、电炉高碳锰铁冶炼工艺操作
    1.冶炼方法
    电炉高碳锰铁的冶炼 是连续进行的，即连续加料冶炼，定时出铁。根据入炉锰矿品位的不同及炉渣碱度控制的不同，在电炉内生产高碳锰铁有熔剂法、无熔剂法、少熔剂法三种方法。
    (1)熔剂法
   采用碱性渣操作，炉料中除锰矿、焦炭外，还配入一定量的熔剂(石灰)并用足还原剂。采用高碱度渣操作，炉渣碱度n(CaO)/n(SiO₂)控制在1.3~1.4，以便尽量降低渣中含锰量，提高锰回收率。
    (2)无熔剂法
    采用酸性渣操作，炉料中不配加石灰，在还原剂不足的条件下冶炼，用这种方法生产，既可获得高碳锰铁，又可获得生产硅锰合金和中、低锰铁的含Mn30%的低磷富锰渣。其优点是电耗低，锰的综合回收率高。其不足是采用酸性渣操作，对碳质炉衬侵蚀严重，炉衬寿命较短。
    (3)少熔剂法
    采用介乎熔剂法和无熔剂法之间的“偏酸性渣法”。该法是配料中加入少量石灰或白云石，将炉渣大碱度控制在0.6~0.8之间，在弱碳的条件下冶炼。生产出合格的高碳锰铁和含锰25%~40%及适量CaO低磷、低铁锰渣。此渣用于生产硅锰合金时既可减少石灰加入量又可减少因石灰潮解而增加的粉尘量，因而可改善炉料的透气性。
    采用何种方法与入炉矿的品位有关。入炉矿石的品位较低一般采用熔剂法，入炉矿石的品位高(高品位进口矿)则用无熔剂法或少熔剂法生产高碳锰铁。
    2.冶炼工艺操作
    电炉高碳锰铁的生产操作过程主要有配料、加料、炉况维护及出铁浇铸等。
    (1)配料及加料
    根据配料计算得出配料比后，按锰矿石、焦碳、石灰(白云石)的顺序进行称量配料，然后通过运输系统将配好的料送到炉顶料仓或加料平台。根据炉内需要分批加入炉内。
    (2)炉况维护
    在电炉冶炼过程中，由于原料的波动、电气及机械设备等因素的影响，炉况难以长期保持稳定状态，总是在波动变化。因此要对炉况随时、监测，并根据其变化作出准确判断，及时采取措施调整和处理，使炉况恢复到正常状态。
    (3)炉况判断及处理
   炉况正常的标志是：
    ①操作电流稳定，电极插入深度合适，电极电压正常。
    ②料面高度合适，冒火均匀，炉料化料均匀，电极周围刺火及塌炎现象少。
    ③封闭炉内炉气压力、成分、温度正常。
    ④炉渣成分稳定，产量稳定，各项技术经济指标良好。
    ⑤合金成分稳定，产量稳定，各项技术经济指标良好。
    炉况的变坏不多是由于还原剂配入过多或不足以及炉渣碱度过高或过低造成的。
    还原剂过多时，由于炉料电阻率减小，电流增大，电极上抬，炉内化料速度减慢，电极周围刺火严重，炉气压力与温度上升，锰的挥发损失增大，炉底温度下降，出炉困难，产品含硅量增高。此时应向电极周围适量减碳，并调整料批中焦炭的配入量。
    还原剂不足时，电极下插过深，电极消耗增大，负荷上不去，电流不稳定；炉口翻渣；炉渣中含锰量升高，产品中硅低磷高，渣多铁少。此时可向电极周围附加适量焦炭，并在料批中提高焦炭配比。   
    炉渣碱度过高时，在炉内表现为电极上抬；料面刺火，翻渣；炉渣流动性差，出铁量少，炉渣发暗百粗糙，断面孔，冷却后很快粉化。炉渣碱度过低时，电极插入深，炉渣稀，流动性好，渣表面皱纹少，渣中跑锰多。针对上述情况，应及时调整石灰配入量将渣碱度调整到正常范围。
    (4)出铁及浇铸
    正常生产电炉要按一定时间间隔定时出铁，出铁次数根据电炉大小容量而定。一般大电炉每班出铁4~5次，中小型电炉每班2~3次。根据一些厂的生产经验，在炉内冶炼状况正常的情况下，适当延长出铁间隔单间，对提高产品质量，降低焦比、电耗有较好作用。[next]
    五、配料计算
    在铁合金生产中因为生产中的诸多因素不可能精确测算。因此要做到精确的配料计算是不容易的。而且在实际中意义也不大。通常以原料成分、生产中的控制参数及经验数据为依据，进行初步测算，投入生产后再根据其炉内情况进行调整。计算条件如下：
    冶炼合金成分为:Mn66%,SiO₂2%,C6.8%,P0.3%,Fe23%,其他0.9%。
    原料成分为:
    锰矿：(综合矿)Mn34%,Fe10%,P0.12%,SiO₂9%,CaO1.5%
    焦矿：C80%
    石灰：CaO80%
    炉渣碱度：n(CaO)/n(SiO₂)=1.4
    各元素在冶炼产物中的分配如表3所示。焦炭利用率为90%。

    以100kg锰矿为计算基础计算。
    (1)焦炭用量计算
    焦炭用量为锰、铁、硅还原用碳量及合金渗碳量之和：
    ①100kg锰矿还原得合金部量 
    锰、铁、磷总量为：
                 100×34%×78%+100×10%×95%+100×0.12%×75%=36.11kg
    锰、铁、磷所占合金比例为:
                 100%-C含量-Si含量-其他=100%-6.8%-2%-0.9%=90.3%
    100kg锰矿得合金总量为：
                       36.11kg÷90.3%=40.12kg
    合金中的硅含量为：
                        40.12kg×2%≈0.824kg
    ②合金渗碳量
                        40.12kg×6.8%=2.728kg
    ③锰、铁、硅还原用碳量
    还原MnO,用碳量为：MnO+C===Mn+CO

    还原FeO用碳量为：FeO+C===Fe+CO

    焦炭总用量(干基)为：
                     (2.72+6.672+2.036+0.686)÷90%÷80%=16.83kg
    (2)石灰用量
    渣中的SiO₂含量为

    石灰用量为:(6.22×1.4)÷80%=10.89kg
    (3)原料配比为:锰矿100kg；焦碳16.8kg;石灰10.89kg.