基本介紹
- 中文名：矽錳合金
- 外文名：Guimeng alloys
- 生產設備：礦熱爐
- 生產原料：炭、錳礦石、矽石
- 用途：煉鋼常用的複合脫氧劑、還原劑
- 領域：鋼鐵冶金
基本常識,原理,爐渣鹼度,配料計算,工藝要點,
基本常識
錳和矽是碳鋼中所用的主要合金元素。錳是煉鋼過程中最主要的脫氧劑之一，幾乎所有的鋼種都需要用錳來脫氧。因為用錳來脫氧時所生成的氧產物熔點較低，易於上浮；錳還能增大矽和鋁等強脫氧劑的脫氧效果。所有的工業鋼都需加入少量的錳作為脫硫劑，使鋼能進行熱軋、鍛造及其它工藝而不致斷裂，錳還是各鋼種中最重要的合金元素，在合金鋼中也會添加15%以上的錳以增加鋼的結構強度。矽是生鐵和碳鋼中僅次於錳的最重要的合金元素。在鋼生產中，矽主要用作熔融金屬的脫氧劑，或作為合金添加劑使鋼增加強度和改善其性能。矽還是一種有效的石墨化介質，它能使鑄鐵中的碳變成游離的石墨碳。加入標準灰口鑄鐵和球墨鑄鐵中的矽可達4%。而大量的錳和矽都是以鐵合金的形式添加到鋼液中的：錳鐵、矽錳和矽鐵。
生產錳矽合金的原料有錳礦、富錳渣、矽石、焦炭、白雲石（或石灰石）、螢石。生產錳矽合金可使用一種錳礦或幾種錳礦（包括富錳渣）的混合礦。由於錳矽合金要求鐵、磷含量比高碳錳鐵低，故要求冶煉錳矽合金的錳礦有更高的錳鐵比和錳磷比。所用的錳礦含錳越高，各項指標越好。
原理
電爐冶煉矽錳合金與冶煉碳素錳鐵一樣，爐料中的 Fe和P先被還原，Mn的高價氧化物在上層分解或被CO還原成低價氧化物 MnO，低價氧化物MnO再與C反應生成碳化物，其反應式可寫作
MnO+(1+x)C→MnCx+CO
隨著爐料的下沉進入高溫區，C還原SiO2的反應開始發生
SiO2+2C=Si+2CO
被還原出來的Si再與已生成的MnCx作用生成矽錳合金，並促進了Si的還 原，反應式為
SiO2+2C+MnCx=Mn·Si·Cx+2CO
生成的Si愈多，碳化物被破壞的愈徹底，合金含碳量也愈低。當合金的含矽量 低於23.5%時(如矽錳10、矽錳14、矽錳17和矽錳20)，矽破壞碳化物的反應 可寫作
(Mn，Fe)7C3+7Si=7(Mn ·Fe)Si+3C
若含矽量較高，則破壞碳化物的反應可寫作
(Mn，Fe)7C3+10Si=7(Mn·Fe)Si+3SiC
爐渣鹼度
冶煉矽錳合金時，矽和錳是從熔融態的矽酸錳中還原出來。MnO易被還原，而SiO2難被還原。為使SiO2能得到充分還原以保證合金成分，從控制爐渣成分角度來考慮，應選擇低鹼度爐渣為宜，且鹼度愈低愈好。但當鹼度低於0.5時爐渣粘度較大，難以從爐內排出;且由於導電性差 而影響電功率在爐膛載體內的均勻分布，難以得到廣闊的高溫區。結果會使 SiO2不能充分還原，還會導致爐況惡化。影響爐渣鹼度的重要因素是SiO2的 還原率。提高爐渣的鹼度的途徑就是提高SiO2的還原率來實現，不能依靠添 加CaO或MgO來實現，因為CaO和MgO的增加限制了SiO2的還原，降低 了Mn的回收率。通常情況下，控制爐渣鹼度CaO/SiO2=0.5~0.7、CaO+MgO/SiO2= 0.6~0.8較適宜，此時渣中SiO2含量在38~42%、MnO含量在10%左右。
配料計算
做配料計算，一般按下列程式及要求進行。(1)原料 及產品規格：①確定矽錳合金生產牌號及成分;②確定原料及成分，包括入爐 錳礦、焦炭、矽石、熔劑等項原料。(2)參數選擇：①元素分配係數的確定，包括 入合金、入爐渣及揮發損失;②爐渣鹼度選擇;③焦炭損失係數，包括爐口燒損 和出鐵口挑碳，一般按12%計。(3)以100 kg錳礦為基礎計算：①錳礦搭配比 例計算，經計算得出入爐混合錳礦的搭配比及混合錳礦成分;②需碳量計算; ③矽石量的計算;④補加熔劑量的計算;⑤料批組成(kg)，由以上計算得出料 批中錳礦、焦炭、矽石、熔劑等項原料的數量;⑥合金重量及成分計算;⑦爐渣 重量及成分計算。
工藝要點
(1)原料技術條件：
①對錳礦化學成分要求：
合金牌號 | 對錳礦石的質量要求 | ||
Mn%≥ | Mn/Fe≥ | P/Mn≤ | |
FeMn60Si25FeMn63Si22 FeMn65Si20 FeMn65Si17 FeMn65Si14 | 32.032.0 32.0 32.0 32.0 | 8.06.8 7.7 6.5 5.5 | 0.001-0.0020.001-0.002 0.001-0.002 0.001-0.002 0.001-0.002 |
錳礦粒度：10 mm~80 mm，小於10 mm的不大於10%；②對焦炭的要求：應符合冶金焦條件，固定碳≥84%，灰分≤14%;粒度要求5 mm~25 mm。螢石 中的CaF2≥70%，粒度5 mm~40 mm。對原料的要求與電爐容量大小有關。
(2)冶煉參數要求：在變壓器額定容量為12500 kVA礦熱爐條件下：①常用電 壓級為143 V；②合適的電極工作端長度1700 mm~2000 mm；③保持三相電 流電壓平衡；④控制合適的爐渣鹼度，控制 二元鹼度R2=0.5~0.7，爐渣中 SiO235~43%、MgO5~9%；⑤料面透氣性良好、冒火均勻、爐料均衡大面積下沉(封閉電爐使爐內壓力穩定)、電極深而穩定地插入爐料中，這是冶煉過程中爐況正常的重要標誌；⑥足夠量的還原劑，還原劑不足，易導致翻渣、負荷波 動且送電不足，合金中Si與Mn的含量下降。
矽錳合金是在礦熱爐中用炭同時還原錳礦石（包括富錳渣）和矽石中的氧化錳和二氧化矽而煉製生產的。錳矽合金的生產在礦熱爐內進行，使用碳質還原劑、錳礦石、富錳渣、燒結錳礦、焙燒錳礦和矽石作原料，石灰、白雲石、螢石等作熔劑在電爐內連續生產。
