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硅锰合金冶炼生产的热化原理

更新时间:2021-10-08

硅锰合金是由锰、硅、铁及少量的碳和其他元素组成的合金,是一种用途较广,产量较大的铁合金。锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂,又是生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。其主要原理是以碳为还原剂、电为热能进行的一种各元素有序还原的冶化过程。


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在炉料的冶炼受热过程中,炉料中的锰和铁的高价氧化物在炉料区高温区被分解或一氧化碳还原成低价氧化物,到1373-1473K时,高价氧化锰逐渐被充分还原成MnO,全部的Fe O进一步还原成 Fe。Mno比较稳定,只能用碳进行直接还原,由于炉料中SiO2较高,MnO还没来得及还原就与之反应结合成了低熔点的硅酸锰。因此,MnO的还原反应实际上是液态炉渣的硅酸锰中进行的。硅酸锰的状态和熔点为:MnO+SiO2=MnSiO3,    t熔=1250℃


2MnO+SiO2=Mn2SiO34  t熔=1345℃


由于锰与碳能生成稳定的化合物Mn3C,用碳直接还原得到的是锰的碳化物Mn3C 反应式是:


MnO·SO2+4/3C=1/3Mn3C+SiO2+CO↑


炉料中的氧化铁比氧化锰容易还原,预先出来的铁与锰形成共熔体(Mn·Fe)3C,极大地改善了MnO的还原条件。随着温度的增高,硅也被还原出来,其反应式是:


SiO2+2C=Si+2CO↑


由于硅与锰能够生成比Mn3C更稳定的化合物MnSi,当还原出来的Si遇到Mn3C ,M,3C中的碳就被置换了出来,造成合金中碳量下降,其反应式为:


1/3Mn3C+Si=MnSi+1/3C。随着还原出来的硅含量的提高,碳化锰受到破坏,合金中的碳含量进一步降低。用碳从液态炉渣中还原生产锰硅合金的总反应式为:MnO·SiO2+3C=MnSi+3CO   △G°=3821656.6-2435.67T


炉料中的磷的氧化物在较低温度下即被还原,还原反应按下式进行:2/5P2O5+2C==2/5P2+2CO↑


其开始反应温度为773℃,炉料中的磷约有75%进入合金。在硅锰冶炼生产中,为了改善硅的还原条件,炉料中必须有足够的二氧化硅以保证冶炼过程始终处于酸性渣中进行。但是如果渣中二氧化硅过高也会造成排渣困难,不利于工况的稳定。


对锰硅合金所用锰矿的评价主要由以下几项指标来衡量(1)入炉锰矿石品位。一般要求混配后的入炉矿含锰在30%以上。锰矿的含锰量是影响冶炼指标的主要因素,对单位产品电耗及锰的回收率有着较大的影响。在冶炼锰合金时锰入合金率常随入炉矿的含锰量的增加而提高,随之产量也得到提高。据不完全统计,锰矿品位每降低1%,锰硅合金电耗增加135kW·h。尽可能地提高入炉锰矿石的品位,是提高锰的回收率、降低电耗,改善其他各项指标的重要手段。(2)入炉锰矿石中铁和磷的含量。在冶炼硅锰合金时,炉料中约有95%的铁和约75%的磷进入合金。而入炉料中的铁和磷绝大部分是由锰矿带入,所以锰矿中的铁、磷含量直接影响到锰硅合金的质量。由于使用单一锰矿石很难冶炼出合格产品,必须将不同成分的锰矿进行巧妙搭配,使混配后的锰矿符合冶炼锰硅合金的技术工艺要求。


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