專利名稱：：用精煉電爐生產高硅錳硅合金工藝的制作方法
技術領域：
：本發明涉及鋼鐵冶煉中的鐵合金冶煉
技術領域：
，尤其涉及在用精煉電爐生產高硅錳硅合金工藝。
背景技術：
：高硅錳硅合金是一種特種鐵合金。鐵合金是由一種或兩種以上金屬或非金屬元素與鐵元素組成的合金。鐵合金是鋼鐵工業和機械行業必不可少的重要原料，其主要用途是在煉鋼和鑄造過程中作為脫氧劑，脫硫劑和合金添加劑。鐵合金種類繁多，分類方法也多，一般是按鐵合金中主元素分類，也可按生產工藝方法，鐵合金中含碳量進行分類等。在種類繁多的鐵合金品種中，將用于優質合金鋼生產的生產工藝復雜，技術含量高，雜質含量低的少量鐵合金品種稱為特種鐵合金，高硅錳硅合金就是其中的一種。高硅錳硅合金有多種牌號，其中微碳高硅錳硅合金含碳量很低(C<0.05%)，用途主要作生產金屬錳和微碳錳鐵(也稱純凈錳鐵)的半成品，也可在生產優質合金鋼時直接作脫氧劑，脫硫劑用。高硅錳硅合金通常是在礦熱電爐中采用連續法生產，因要求碳含量很低，硅必須高(si>25%)，因此生產工藝難度大，單位電耗高，在鐵合金生產
技術領域：
被認為是一種難生產的產品，工藝技術操作要求比較高。本發明用精練電爐采用間斷法生產高硅錳硅合金，是一全新的生產工藝。按該工藝生產的高硅錳硅合金與在礦熱電爐里連續法生產出來的高硅錳硅合金相比，碳含量更容易達到微碳高硅錳硅合金的標準(C<0.05%)。該工藝還有單位電耗低，生產工藝比較好控制等優點。目前，我國傳統的高硅錳硅合金生產工藝是遵義鐵合金廠于一九五九年研發成功的。在近五十年的生產過程中產品質量不斷提高，生產工'藝不斷改進，但基本工藝方法未變。前三、四十年高硅錳硅合金只作為電硅熱法生產金屬錳的半成品。近十幾年一些鋼廠需要與金屬錳含碳量相當或更低的一些錳鐵，稱為微碳錳鐵(也稱為純凈錳鐵)，這樣要求其半成品高硅錳硅合金含碳也必須是微量，碳要低于0.05%。國內有少數廠家可生產低、微碳高硅錳硅合金和微碳錳鐵，生產工藝基本延續傳統工藝。生產高硅錳硅傳統工藝是以富錳渣，硅石作原料，以焦碳作還原劑并加入白云石等作熔劑，在礦熱龜爐里連續法生產。在礦熱電爐里冶煉高硅錳硅合金，其主要冶煉原理是用碳還原富錳渣及硅石中的錳和硅生產高硅錳硅合金，主要化學反應式是MnO.Si02+3C=MnSi+3C0;錳硅合金中的碳含量隨著硅含量的增加而減少，其化學反應式是[MnC:i]+[Si]=[MnSi]+3C;從錳硅合金中硅含量與碳含量的關系曲線看出，若想獲得碳低于0.1%的高硅錳硅合金，硅含量要大于27%;要想獲得碳低于0.05%以下的微碳高硅錳硅合金，硅含量應大于30%，一般要控制在3134%。再提高硅含量，碳下降微乎其微，而工藝操作難度增加了。在冶煉過程中原料中磷約6570%進入合金，鐵約9095%進入合金。高硅錳硅合金冶煉原理與普通錳硅合金冶煉原理相同，從硅錳合金生產的熱力學條件可知，硅含量愈高，所需的還原反應溫度愈高。因此生產高硅錳硅合金應保持比生產普通錳硅合金較高的爐溫，也因此在生產工藝操作上，高硅錳硅合金比普通錳硅合金的生產難度要大，對生產工人的技術要求比較高，對原料的條件要求也高。目前國內能生產高硅錳硅合金的廠家還不多。在礦熱電爐生產含硅高于30%的高硅錳硅合金每噸產品主要消耗.如下富錳渣(含低鐵、低磷高錳優質錳礦)耗16501750公斤/噸；焦碳耗800公斤/噸；電耗50006000千瓦小時/噸；硅石耗400600公斤/噸；白云石耗300公斤/噸；電極糊耗80公斤/噸。生產高硅錳硅合金的成本主要由富錳渣(錳礦石)、電、焦碳等構成。現在錳礦石(尤其進口錳礦石)價格大漲，致使富錳渣成本大幅上升，生產含硅高于30%的高硅錳硅合金所需的低磷、低鐵、高錳的富錳渣價格要達到50006000元/噸，使其高硅錳硅合金的價格達到1500016000元/噸。高硅錳硅合金成本(價格)的大幅上升，又影響到金屬錳及微(低)碳錳鐵的成本上升。總的說,，提高高硅錳硅合金微碳的品級率，降低生產成本需要有穩定的生產工藝條件、需要有較高技術水平的工藝技術人員和生產工人。
發明內容本發明主要解決的技術問題是提供一種用精練電爐生產高硅錳硅合金。改變傳統的礦熱電爐連續法生產高硅錳硅合金的生產工藝，是用精練電爐采用間斷法生產高硅錳硅合金。礦熱電爐生產高硅錳硅合金是以富錳渣(錳礦石)、硅石作原料，以焦碳作還原劑；精練電爐生產高硅錳硅合金是以原被拋棄的液態低(中)碳錳鐵爐渣和硅鐵或廢(次)品工業硅，普通錳硅合金電解金屬錳廢次品及少量焦碳作原料和還原劑。精練電爐生產高硅猛硅合金的冶煉原理是用硅鐵或工業硅廢(次)品，普通錳硅合金中的硅及少量焦碳還原低(中)碳錳鐵爐渣中錳在硅量過剩的情況下，低(中)碳錳鐵爐渣中的錳大部分被硅還原進入合金，并與過剩的硅生產錳硅合金，主要化學反應按加入不同原料產生如下反應。用工業硅作還原劑(原料)主要反應式是(2Mn0)十[XSi]—[2Mn(x_l)Si]+(Si02)用硅鐵作還原劑(原料)主要反應式是-(2Mn0)+[FexSiy]—[2Mn.xFe(y-'l)Si]+(Si02)用錳硅合金作還原劑(原料)主要反應式是(2MnO)十[MnxSiy]—[(2+X)Mn(y-1)Si]+(Si02)無論用何種還原劑(原料)，都要按計算加入一定的過剩量，這樣既可將低(中)碳錳鐵爐渣中大部分MnO還原成Mn進入合金，又可使過剩的Si與Mn按一定的比例生產所要求的高鞋錳硅合金。當生產的高硅錳硅合金含硅量達到3134%，就可以穩定的得到含碳低于0.05%以下的微碳高硅錳硅合金。本發明與傳統的礦熱電爐生產高硅錳硅合金相比，獲得的有益效果是-1、回收了低(中)碳錳鐵爐渣中大部分錳。生產低(中)碳錳鐵爐渣含錳一般在1013%，爐渣與合金重量比約2倍，經過1:001:30小時的冶煉(冶煉時間視其爐子容量和爐渣量而定)，爐渣中錳可降到3%以下，最低可降到1.5%，因此說渣中大部分錳被硅還原進入合金，錳還原率可高達88%，錳入合金率可達75%。回收渣中錳可以節約大量優質錳礦。含錳低的終渣更有利于下步綜合利用。2、高溫液態爐渣的大量顯熱得到利用，使用精練電爐生產高硅錳硅合金的單位電耗很低，最低可達到1500千瓦小時/噸，節能效果顯著。3、高硅錳硅合金中硅含量容易按預定目標控制，因此可以比在礦熱電爐里按傳統生產工藝更穩定的生產低微碳高硅錳硅合金，這為生產微碳錳鐵創造了有利條件。4、占用設備少，工藝流程短，操作工藝比較簡單并易控制。一個車間(廠房)內只要有兩座精練電爐就可以實現按本發明的生產工藝進行生產。5、生產成本比較低。按現在原料(指進口優質錳礦，硅鐵、工業硅廢次品、低牌號錳硅合金等)價格及消耗對兩種生產工藝的成本測算，本發明的生產工藝比傳統生產工藝的成本低1025%。6、產品轉煉容易。上一爐出完爐，下一爐就可以實現產品轉煉。轉煉不會產生過渡品，不需做過多的準備。7、因為利用的中(低)碳錳鐵爐渣原是被外排的廢渣，在冶煉過程中渣量變化不大，因為使用的原料和還原劑是金屬，低價'氧化物的爐渣和極少焦碳，所排放的煙氣量比原工藝減少80%以上，即未增加新產生的渣，實質做到了環保減排要求。8、新、老工藝對比表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>'圖1為本發明用精練電爐生產高硅錳硅合金工藝流程具體實施例方式本發明需要的冶煉設備，工藝操作及產品品種調整和質量控制。1、冶煉設備實施本發明需要有兩座精煉電爐，一座精煉電爐生產低(中)碳錳鐵，另一座精煉電爐生產髙硅錳硅合金。這樣可以實現高溫液態低(中)碳錳鐵爐渣熱裝到高硅錳硅合金精煉電爐。電爐都使用鎂質材料砌筑。電爐的功率為10005000KVA，最佳容量是20003500KVA，電爐用的鐵水包容積相同，其大小要求能盛一爐的鐵水和爐渣。鐵水包用鎂磚砌筑。電爐用的澆注設備也基本相同，都是用鎮靜盆，合金先澆注到鎮靜盆里，經鎮靜降溫后再進行澆注，低(中)碳錳鐵用鑄鋼錠模，高硅錳硅合金用石英砂地模。2、操作工藝往生產高硅錳硅合金電爐里裝液態低(中)碳錳鐵爐渣是經過一.個放在出爐流槽上面的活動漏斗進行的，爐渣經漏斗和流槽加入爐里。因生產低(中)碳錳鐵的冶煉時間比生產高硅錳硅合金的冶煉時間長，所.以通常是高硅錳硅合金爐等待低(中)碳錳鐵爐出爐。在等待期間可以做些輔助工作，如用石灰圍爐墻和加入鋪底料等操作。將低(中)碳錳鐵爐渣倒入高硅錳硅合金爐后就開始用電冶煉，接著往爐內加還原劑(原料)，此項工作最好用人工從加料門加入。為了加快錳的還原反應速度，還原劑(原料)塊度不能大，要在50mm以下，待原料基本熔化后，可用人工攪拌，加快反應速度。正常情況冶煉時間約80分鐘。為了促使渣中鐵珠下沉'，出爐前十幾分鐘加氟石進行稀釋渣。合金和爐渣(終渣)同出在一個鐵水包內，爐渣倒入渣盆，經冷卻外排。合金先倒入鎮靜盆，經鎮靜冷卻適當時間，下注到輔有石英砂的砂床里進行鑄塊。3、產品品種調整及質量控制實施本發明，通過選擇不同還原劑(原料)，并進行準確計算加入數量，加入量的計算是按合金含Si量的要求計算的，按本發明可生產各檔次高硅錳硅合金，即按需求加入不同的原料和經計算的加入數量進行產品品種的調整和質量控制。如生產低鐵、低磷、微碳高硅錳硅合金(用作生產金屬錳的半成品)，選擇工業硅作還原劑(原料)，按需求含硅量計算工業硅加入數量；如要求低磷、低碳允許含一定數量的鐵(用作生產低、微碳錳鐵半成品)，選擇硅鐵作還原劑(原料)，按需要的硅含量計算硅鐵的加入量；生產較低牌號高硅錳硅合金(即對磷、鐵、碳要求都不太嚴)，可選擇硅鐵配加普通錳硅合金，洗渣鐵等作還原劑(原料)，并按需求的硅量計算上述還原劑(原料)加入量。計算還原劑(原料)加入數量主要依據錳的還原率(含入合金和揮發損失)，硅的利用率(含還原反應用的硅及入合金的硅)錳的還原率在一定范圍內與冶煉時間，爐渣溫度、還原劑(原料)加入數量成正比，最高還原率可高達88%，最高入合金率可達到75%。硅的利用率比較穩定，可達到90%。高硅錳硅合金含硅量的控制，是根據產品含碳量的要求進行控制的，因產品含碳隨硅含量的升高而下降，產品要求碳愈低.，硅應該控制的愈高。但當硅含量達到34%左右，再增加硅含量，碳也不會再往下降了。綜合各種因素，合理選擇還原劑(原料)品種，并根據產品對碳量的要求而確定產品中的硅量，再進行準確計算還原劑(原料)的加入量是實施本發明的關鍵。當然搞好兩臺電爐生產中的配合及合理的工藝操作也是必不可少的。下面列舉三種不同類型高硅錳硅合金所使用的還原劑原料配料比例的實例A、生產微碳、低磷、低鐵高硅錳硅合金所用的原料還原劑的配比液態低中碳錳鐵爐渣，每爐數量是4500kg±100kg，爐渣主要成分Mnl2%、Ca048-50%、Si0226-28%，工業硅含硅.95%以上，焦碳含固定碳80%;每爐加入工業硅340kg，焦碳50kg，冶煉可得微碳高硅錳硅合金570kg，合金成分Mn58-600/0、Si35-38%、C<0.05%、.P<0.05%、Fe<1.5%;當Si含量達到31-34%時，就穩定的得到含C《0.05的微碳高硅錳硅合金；B、生產低(微)碳、低磷、鐵不作嚴格限制的高硅錳硅合金，所用原料、還原劑的配比液態爐渣數量及成分與(A)相同，加入的還原劑、原料是硅鐵、焦碳、硅鐵成分硅含量72-75%，焦碳固定碳80%，每爐加入硅鐵500kg士5kg，焦碳50kg士2kg，冶煉可得低(微)碳高硅錳硅合金650kg，其化學成分Mn45-48%、Si35-38%、C<0.05%、P<0.05%、Fel6-18%;C、生產低碳、磷和鐵均不作嚴格限制的高硅錳硅合金，所用還原劑、原料配比液態低、中碳錳鐵爐渣數量與成分與(A)相同，加入的原料、還原劑是硅鐵、普通錳硅合金、焦碳，硅鐵含硅72-75%、錳硅合金含錳65%、硅17%、磷0.2%;每爐加入硅鐵400kg、錳硅合金600kg、焦碳50kg，冶煉可得高'硅錳硅合金1150kg，其化學成分Mn55-57%、Si25-27%、C<0.2%、p<0.14%。權利要求1、一種用精練電爐生產高硅錳硅合金工藝，其特征在于是利用原來被廢棄的液態低、中碳錳鐵爐渣和硅鐵，電解金屬錳次品或普通錳硅合金，以及廢次品工業硅，作還原劑即原料，在精煉電爐內生產各種牌號的高硅錳硅合金，以三種不同類型的高硅高錳硅合金所使用的還原劑原料配料比例分別如下(A)生產微碳、低磷、低鐵高硅錳硅合金所用的還原劑、原料的配比原料及還原劑是液態低中碳錳鐵爐渣4500kg±100kg爐渣主要成分Mn12％、CaO48-50％、SiO226-28％，原料和還原劑是工業硅、焦碳；工業硅含硅95％，焦碳含固定碳80％；每爐加入工業硅340kg，焦碳50kg，冶煉可得微碳高硅錳硅合金570kg，合金成分Mn58-60％、Si35-38％、C＜0.05％、p＜0.05％、Fe＜1.5％；當Si含量達到31-34％時，就穩定的得到含C≤0.05％的微碳高硅錳硅合金；(B)生產微碳、低磷、鐵不作嚴格限制的高硅錳硅合金，所用還原劑、原料的配比液態爐渣數量及成分與(A)相同，加入的還原劑、原料是硅鐵、焦碳，硅鐵成分硅含量72-75％，焦碳固定碳80％，每爐加入硅鐵500kg±5kg，焦碳50kg±2kg，冶煉可得微碳高硅錳硅合金650kg，其化學成分Mn45-48％、Si35-38％、C＜0.05％、p＜0.05％、Fe16-18％；(C)生產低碳、磷和鐵均不作嚴格限制的高硅錳硅合金，所用還原劑、原料配比液態低、中碳錳鐵爐渣數量與成分與(A)相同，加入的還原劑、原料是硅鐵、普通錳硅合金、焦碳，硅鐵含硅72-75％、錳硅合金含錳65％、硅17％、磷0.2％；每爐加入硅鐵400kg、錳硅合金600kg、焦碳50kg，冶煉可得高硅錳硅合金1150kg，其化學成分Mn55-57％、Si25-27％、C＜0.2％、p＜0.14％。2、按權利要求1的精煉電爐生產高硅錳硅合金，其特征在于每煉一爐均需要300kg士10kg石'灰圍爐墻保護爐墻，并在出爐前十幾分鐘加入200kg±5kg氟石稀釋爐渣。3、按權利要求1的精煉電爐生產高硅錳硅合金，其特征在于利用兩爐的爐渣冶煉一爐合金，第一爐爐渣倒入后按計算的比例加入相應的還原劑、原料完成冶煉后將爐渣倒出，合金留在爐內，待加入第二爐低、中碳錳鐵爐渣后，再按計,算配料比例加入相應的還原劑、原料再冶煉，完成冶煉后終渣和合金全部倒出，用兩爐渣冶煉一爐合金，使錳的還原更充分，爐前因減少一次合金澆注而減少了工作量，也減少合金澆注損失。4、按權利要求1的精煉電爐生產高硅錳硅合金，其特征在于還原劑、原料按比例的計算是按合金含SiM量的要求，把原料中含SiM量進行檢測計算添加量，并加3-5%的過剩量。5、按權利要求1的精煉電爐生產高硅錳硅合金，其特征在于冶煉設備為兩座容量和參數基本相同的精煉電爐配套，電爐的功率為10005000KVA，最佳容量是20003500KVA，一座生產低、中碳錳鐵，另一座生產高硅錳硅合金，實現高溫液態低、中碳錳鐵爐渣，整裝到高硅錳硅合金精煉電爐，兩座電爐均用鎂質材料砌筑；鐵水包容積相同，其大小能盛一爐鐵水和爐渣；鐵水包用鎂磚砌筑，兩座電爐的澆注設備基本相同，都用鎮靜盆，合金先澆注到鎮靜盆里，經鎮靜降溫后，再進行澆注，低、中碳錳鐵用鑄鋼錠模；高硅錳硅合金用石英砂地模。6、按權利要求1的精煉電爐生產高硅錳硅合金，其特征在于往電爐里裝液態低、中碳錳鐵爐渣，是通過一個設置在出爐流槽上面的活動漏斗，爐渣經漏斗流槽加入爐里，進行用電冶煉，接著往爐內加還原劑即原料，最好用人工從加料門加入，還原劑即原料粒度要在50mm以下，才能加速錳的還原反應速度，原料基本熔化后，人工攪拌，冶煉時間在80分鐘左右，出爐前十幾分鐘加入氟石稀釋爐渣，促使渣中鐵珠下沉，合金和爐渣同出在一個鐵水包內，爐渣即終渣倒入渣盆，經冷卻外排，合金先倒入鎮靜盆，經冷卻適當時間后下注到石英砂床里進行鑄塊。7、按權利要求1的高硅錳硅合金工藝，其特征是在電冶煉過程中，加入硅鐵或工業硅后，再配入少量焦碳，使其形成兩個反應介面，促進爐渣中錳的還原反應速度。全文摘要一種用精煉電爐生產高硅錳硅合金工藝，利用被廢棄的液態低、中碳錳鐵爐渣和硅鐵，電解金屬錳次品或普通錳合金，及廢次品工業硅作為還原劑(原料)，在精煉爐內間斷法生產各種牌號的高硅錳硅合金，還原劑(原料)按硅含量計算硅鐵的加入量，牌號要求碳越低硅應控制越高，Si達33％、C≤0.05％。用兩臺2000-3500KVA的精煉電爐前后同時冶煉，在冶煉過程中加入硅鐵或工業硅后，再配入少量焦炭形成兩個反應界面，促進爐渣中錳的還原反應速度，采用本工藝投資相對較少，利用廢棄的爐渣，降低了單位電耗50％，減少煙塵排放80％以上，質量易控制，單位成本降低10-25％。文檔編號C21C5/00GK101550467SQ200810068700公開日2009年10月7日申請日期2008年3月31日優先權日2008年3月31日發明者漆瑞軍,宏陳申請人:漆瑞軍;陳宏