摇炉生产工艺的冶炼操作

    一、摇炉-电炉法生产中低碳锰铁
    该法我国在借鉴国外“新泻法”(热装)和“波伦法”(热兑)的基础上发展起来的中低碳锰铁生产新工艺。国内几个厂家先后进行工业性试验，取得国显著效果。在总结各厂家试验经验数据的基础上，由北京钢铁设计研究总院设计了一条摇炉-电炉法中低碳锰铁生产线，并于1990年在遵义铁合金厂建成投产。该生产线设计有一座16500KVA的封闭还原炉，用于生产液枋锰硅合金，另有一个8m³的摇炉和一座3500KVA的炉体旋转式精炼电炉，设计年产中低碳锰铁20000t，是我国目前产量最大的中低碳锰铁生产线。
    (1)摇炉预炼的工艺原理   

    摇炉炉体坐于一摇架上，摇架摇动时摇炉作偏心圆周运动，上下翻腾，产生强烈的混合搅拌作用(见图1),使渣铁之间的反应界而扩大，反应物和生成物的扩散速度提高，使渣中的MnO与合金中的[Si]之间的还原氧化反应得以快速进行。
    摇炉-电炉法就是将液态锰硅合金和液态中锰渣兑入摇炉，在摇炉中进行强烈的混合、搅拌，使锰硅合金的硅与渣中的MnO发生反应，进行脱硅和锰的还原。然后将脱掉部分硅后的液态锰硅合金再兑入精炼炉中与预热的锰矿、石灰一起冶炼生产中低碳锰铁。经过摇炉处理的炉渣锰含量大大降低，变成贫渣，可用于锰硅合金冶炼，全部代替白云石、部分代替硅石，或者水淬后用于生产建筑材料。
    经过摇炉预炼后，合金中的锰含量提高，硅含量降低，其成分如下表所示。这为减轻精炼炉冶炼中的脱硅任务，缩短冶炼时间，降低产品单位电耗，创造了有利条件。

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    生产实践数据表明，在摇炉预炼过程中，初渣碱度R₁对终渣MnO含量有明显影响(见图2)，两者之间的关系可用下式表示：
                       [MnO]=21.45-14.05R₁-0.1R²₁+1.6R³₁  

    从图2中可知，终渣[MnO]随初渣碱度的增加而下降。终渣碱度R₂对终渣中MnO含量也有影响(见图3)，两者之间的关系为：
    ①当11%＜w(Si)≤12%时
                [MnO]=29.67-37.24R₂+14.35R²₂
    ②当12%＜w(Si)≤13%
              [MnO]=36.63-48.19R₂+18.14R²₂
    图3表明，终渣MnO含量随终渣碱度R₂的增加而下降。
    为了充分发挥摇炉脱硅效率高的优势，预炼时还可加入部他干燥锰矿，使合金中的硅降得更低，这对后续的精炼炉精炼更加有利。[next]
    二、摇炉-电炉法冶炼特点
    大量物产实践证明，与传统的电硅热法相比，摇炉-电炉法生产中低碳锰铁具有如下优点：
    (1)精矿炉内脱硅任务减轻，用电硅热法生产时，需将锰硅合金中硅从18%降到2%以下，经摇炉预炼后，在精炼炉中只需将合金中的硅含量从6%~12%降到2%以下。
    (2)由于脱硅任务减少，在精炼炉中生成的SiO₂数量和配加的锰矿及石灰量相应减少，随之渣量、电耗及渣中含锰量减少。
    (3)采用摇炉预炼配合后，对精炼炉中的炉渣含锰量可以适当放宽，可以用过量的锰矿进行冶炼，进一步加快脱硅速度。
    (4)摇炉预炼后的液态锰硅合金带有大量的物理显热，省去国再次用电熔化的时间及其相应的耗电量，炉料中锰元素的挥发损失也随之减少；
    (5)精炼炉中排出的炉渣通过摇炉预炼处理，到排弃时，渣中锰含量由12%~18%降至6%以下，大大提高了锰的回收率。
    三、操作要点
    操作过程为：
    (1)前一炉铁出完并堵好眼后，将电极提起，然后转动炉体，同时将锰矿、石灰加入炉内，使炉料在炉内呈双峰形分布，炉料加完后，停止炉体转动，让炉料在炉内预热。
    (2)将精炼炉排出的温度在1350~1400℃的炉渣计量后兑入摇炉。
    (3)将来自还原炉的约1300℃在液态锰硅合金扒渣、取样、称量后兑入摇炉，与炉渣中冲混。
    (4)启动摇炉旋转机构逐渐提高转速至55~60r/min，待炉内溶液波浪至最大时，可通过加料斗向炉内加入适量的干燥锰矿及石灰，并根据炉内温度灵活控制摇动时间。
    (5)摇炉摇动8min后，用铁杆插入炉内取渣样观察，当铁杆上粘渣呈玻璃比状，断面呈浅咖啡色时，即可降低转速直至停止摇动。
    (6)倾倒摇炉，运用过渡流槽分别将液态渣和铁水倒入渣包热兑，摇后渣作为贫渣处理。
    (7)预炼后液态锰硅合金扒渣、计量后运至精炼炉热兑，同时取样快速分析含硅量，据此补配入调整料。
    (8)液态锰硅合金往精炼炉热兑时炉体应当旋转，使合金熔液沿炉料面的峰谷呈一环带分布。
    (9)合金热兑完毕，炉体停止旋转，送电进行精炼。
    (10)当炉料熔化至70%~80%时，启动炉体旋转，用人工将炉墙周围炉料推至电极周围及炉心，促使其快速熔化。
    (11)炉料完全熔化后，停止转动炉体，取样化验硅，合格后即可停电出炉。
    精炼过程中的炉况控制及出炉浇铸参见电硅热法的有关部分。
    摇炉-电炉法生产中低碳锰铁由于其冶炼具有周期短、生产效率高、电耗低(400~700kWh/t)、锰的回收率高(碱性渣锰的回收率达80%左右，低碱度渣达90%以上)等特点，此法骊经问世，便迅速在国内铁合金厂推广，现利用该法生产的中低碳锰铁产量已占国内中低碳锰铁总产量的一半左右，为充分利用锰矿资源，提高冶炼经济效益开创国一条新路。
    四、摇炉硅热法生产中低碳锰铁
    将粒度小于3mm、在竖炉内预热到600~800℃的锰矿石和生石灰加入摇炉，然后兑入还原炉生产的液态锰硅合金，凭借优质锰矿和液态锰硅合金仅在摇炉工序中就能冶炼出合格的中低碳锰铁。在锰硅合金热兑的过程中，在合金与锰矿接触的瞬间，合金中的硅与矿石中的Mn₂O₃直接接触，自发地进行氧化还原放热反应，60%~70%的硅在热兑完毕时脱去，20%~30%的硅在摇炉充分摇动20min后脱去。此法充分利用了硅和氧化锰反应放出的热量，不需要外加热源，因而节省了大量能量。待合金中的硅基本上氧化完毕，反应趋于平静时倾包，倒出的渣液冷凝后破碎供还原炉冶炼锰硅合金使用，液态合金浇铸后分牌号精整堆存。