錳系鐵合金基礎(chǔ)知識

1、錳系鐵合金錳系鐵合金l錳系鐵合金產(chǎn)品分類錳系鐵合金產(chǎn)品分類l錳系鐵合金冶煉方法錳系鐵合金冶煉方法l錳礦的預(yù)處理錳礦的預(yù)處理l錳系鐵合金爐外精煉技術(shù)錳系鐵合金爐外精煉技術(shù)2 錳系鐵合金產(chǎn)品分類錳系鐵合金產(chǎn)品分類1）Mn元素性質(zhì)及其工業(yè)應(yīng)用元素性質(zhì)及其工業(yè)應(yīng)用2）錳鐵牌號及其在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用）錳鐵牌號及其在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用3）錳鐵合金產(chǎn)品生產(chǎn)對原料條件要求）錳鐵合金產(chǎn)品生產(chǎn)對原料條件要求3Mn元素性質(zhì)及其工業(yè)應(yīng)用元素性質(zhì)及其工業(yè)應(yīng)用Mn元素性質(zhì)：元素性質(zhì)：M=54.93 =7380 kg/m3 Tm=1517 K Tb=2365 KT=1555時，時，Mn蒸汽壓為蒸汽壓為0.133atm，升華條

2、件？錳中，升華條件？錳中毒？毒？金屬錳元素的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域：金屬錳元素的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域：鋼鐵冶金鋼鐵冶金錳系鐵合金錳系鐵合金有色冶金有色冶金MnCu合金（阻尼材料，熱敏材料）合金（阻尼材料，熱敏材料）4 錳鐵牌號及其在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用錳鐵牌號及其在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用 中碳錳鐵中碳錳鐵 FeMn80FeMn80 FeMn78 FeMn78 FeMn75 FeMn75 高碳錳鐵高碳錳鐵 FeMn78FeMn78 FeMn74 FeMn74 FeMn68 FeMn68 低碳錳鐵低碳錳鐵 FeMn85FeMn85 FeMn80 FeMn800.2-0.7 1.0-2.0 0.1-0.3 0.020.2-0.

3、7 1.0-2.0 0.1-0.3 0.021.0-2.0 0.7-2.5 0.2-0.4 0.021.0-2.0 0.7-2.5 0.2-0.4 0.027.0-7.5 2.5-4.5 0.33-0.4 0.037.0-7.5 2.5-4.5 0.33-0.4 0.03C Si P SC Si P S碳錳鐵合金碳錳鐵合金其他有害金屬元素要求？國外有標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)正在制訂。其他有害金屬元素要求？國外有標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)正在制訂。5 錳鐵牌號及其在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用錳鐵牌號及其在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用(2) 錳硅鐵合金錳硅鐵合金 Mn+Si C P SFeMn68Si18 83 1.5 0.21 87 0.4 0.

4、21 97 95 93 90% P 90% MnMn、SiSi回收率根據(jù)工藝水平有變化回收率根據(jù)工藝水平有變化產(chǎn)品產(chǎn)品原料條件原料條件入爐入爐MnMnMnMn/Fe/FeP/P/MnMn碳錳碳錳FeMn78C8.0FeMn78C8.040%40%8.88.80.0020.002FeMn65C7.0FeMn65C7.034%34%4.54.50.0030.003錳硅錳硅FeMn65Si18FeMn65Si1834%34%6 60.0020.002(1) (1) 原料中的原料中的MnMn/Fe/Fe和和P/P/MnMn比值比值7 錳礦按其工業(yè)上的用途可分為化工用錳礦和錳礦按其工業(yè)上的用途可分為化工

5、用錳礦和冶金用錳礦兩大類。冶金用錳礦兩大類。 錳礦石分類錳礦石分類錳礦石錳礦石化工用錳礦化工用錳礦電池氧化錳，高錳酸鉀電池氧化錳，高錳酸鉀錳礦類型：氧化錳礦（鐵合金）錳礦類型：氧化錳礦（鐵合金） 碳酸錳礦（電解錳）碳酸錳礦（電解錳）錳礦中的錳礦中的MnMn/Fe/Fe比，比，P/P/MnMn比比錳礦中錳礦中MnMn 30%30%，富，富MnMn礦礦冶金用錳礦冶金用錳礦我國冶金級錳礦分類標(biāo)準(zhǔn)及所占比例我國冶金級錳礦分類標(biāo)準(zhǔn)及所占比例品級品級MnMn%MnMn/Fe/FeP/P/MnMn各占比例各占比例% %產(chǎn)地產(chǎn)地一一40407 70.0040.0045 5廣西廣西湖南湖南貴州貴州二二35355

6、 50.0050.005三三30303 30.0060.006四四25252 20.0060.0067070遼寧遼寧五五1818不限不限不限不限2525我國貧礦多、富礦少，且我國貧礦多、富礦少，且SiOSiO2 2含量高，因此，錳礦進(jìn)口量逐年提高，含量高，因此，錳礦進(jìn)口量逐年提高，與國內(nèi)礦搭配使用。與國內(nèi)礦搭配使用。8MnMn錳系鐵合金冶煉方法（非高爐法）錳系鐵合金冶煉方法（非高爐法）礦熱爐冶煉工藝礦熱爐冶煉工藝無溶劑法無溶劑法有熔劑法有熔劑法高碳錳鐵，錳硅鐵合金高碳錳鐵，錳硅鐵合金硅熱冶金硅熱冶金富錳渣（除富錳渣（除P，提高，提高M(jìn)n/Fe比）比）爐外冶煉工藝爐外冶煉工藝中、低碳錳鐵，中、低

7、碳錳鐵，金屬錳金屬錳吹氧脫碳吹氧脫碳高碳錳鐵高碳錳鐵910 高碳錳鐵冶煉工藝（熔劑法）高碳錳鐵冶煉工藝（熔劑法）冶煉原理：冶煉原理： (MnO)渣渣 + C = Mn + CO 主反應(yīng)主反應(yīng) (FeO)渣渣 + C = Fe + CO Mn4+ Mn3+ Mn2+ Mn3C 直接還原直接還原 C的直接還原的直接還原 CO間接還原間接還原 (P2O5)渣渣 + 5C = 2P + 5CO (SiO2)渣渣 + CaO或或MgO = (CaO或或MgO)n(SiO2)m MnOSiO2 + CaO = CaOSiO2 + MnO副反應(yīng)副反應(yīng)11 高碳錳鐵冶煉工藝（熔劑法）高碳錳鐵冶煉工藝（熔劑法）

8、冶煉原理：冶煉原理： FeO + CO = Fe + CO2 G4932440.13T T始始=1229 K (956) MnO + CO = Mn + CO2 G412664172.16T T始始=2396 K (2123) MnO + C = Mn + CO G575266339.78T T始始=1693 K 2MnO + 8/3C = 2/3Mn + 2CO G510789.6340.8T T始始=1499 K (軟熔帶軟熔帶)間接還原間接還原直接還原直接還原12 熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵工藝制訂原則熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵工藝制訂原則1) 混合配礦中的混合配礦中的Mn/Fe比：比：FeMn78C8

9、.0 產(chǎn)品產(chǎn)品 Mn/Fe=7.89 FeMn74C7.5 產(chǎn)品產(chǎn)品 Mn/Fe=5.1 FeMn68C7.0 產(chǎn)品產(chǎn)品 Mn/Fe=3.42) 混合礦中的堿度控制：混合礦中的堿度控制： 配加石灰或白云石配加石灰或白云石 4 . 12 . 1Ca2 SiOO8 . 16 . 1M4 . 1Ca2 SiOgOO13 為什么堿度并非愈高愈好？為什么堿度并非愈高愈好？ 渣中殘渣中殘Mn含量含量 Mn的回收率的回收率Mn=78%82% 渣渣/鐵比鐵比 粘度粘度 相分離相分離 爐渣的熔點不能太高爐渣的熔點不能太高 Mn的揮發(fā)的揮發(fā)14 無熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵無熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵條件：條件： 礦石中礦石中M

10、n/Fe比遠(yuǎn)高于碳錳產(chǎn)品中的比遠(yuǎn)高于碳錳產(chǎn)品中的Mn/Fe比比 獲得低獲得低P的富的富Mn渣用于生產(chǎn)錳硅合金或金屬硅渣用于生產(chǎn)錳硅合金或金屬硅工藝水平：無熔劑法工藝水平：無熔劑法Mn的直收率低一點，但結(jié)合后續(xù)的直收率低一點，但結(jié)合后續(xù)MnSi鐵鐵 合金生產(chǎn)，使錳的綜合回收率很高。合金生產(chǎn)，使錳的綜合回收率很高。 無熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵的工藝案例無熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵的工藝案例牌號牌號SiMn/FeFeMn78C8.047.8FeMn74C7.545.1FeMn68C7.01028的富錳渣，試問應(yīng)如何設(shè)計高碳錳鐵的產(chǎn)品牌號？的富錳渣，試問應(yīng)如何設(shè)計高碳錳鐵的產(chǎn)品牌號？l錳硅鐵合金常用牌號：錳硅鐵合金

11、常用牌號：FeMn68Si18, FeMn64Si14, FeMn60Si28 (1) 配料的配料的Mn/Fe比？比？ (2) 產(chǎn)品中的碳含量？產(chǎn)品中的碳含量？(涉及產(chǎn)品用途涉及產(chǎn)品用途)l錳硅鐵合金冶金原理：錳硅鐵合金冶金原理： 第一種論述第一種論述 MnOSiO2 + 3C = MnSi(Fe) + 3CO 第二種論述第二種論述 MnOSiO2 + 4/3C = 1/3Mn3C + SiO2 + CO (低溫低溫) SiO2 + 2C = Si + 2CO (高溫高溫) 1/3Mn3C + Si = MnSi + 1/3C (Mn3C是中間產(chǎn)物是中間產(chǎn)物) 第三種論述第三種論述 MnOSi

12、O2 + SiC MnSi(Fe) + 3CO 錳硅鐵合金冶煉錳硅鐵合金冶煉MnMn錳系鐵合金冶煉中的幾點問題錳系鐵合金冶煉中的幾點問題 (1) 配料堿度問題配料堿度問題 錳硅合金冶煉工藝中，終渣堿度不僅取決于爐料配方，同錳硅合金冶煉工藝中，終渣堿度不僅取決于爐料配方，同時與冶煉過程時與冶煉過程SiO2的還原率有關(guān)，書上常講的的還原率有關(guān)，書上常講的CaO/SiO2為為0.50.7應(yīng)針對具體渣系而言才對（應(yīng)針對具體渣系而言才對（Al2O3型渣，型渣，MgO型渣）；型渣）； (2) 冶煉錳硅合金時，爐內(nèi)功率密度大，以獲得冶煉錳硅合金時，爐內(nèi)功率密度大，以獲得Si還原必須還原必須 的高溫條件；的高

13、溫條件； (3) 錳硅合金生產(chǎn)中，爐況有周期性，爐腔愈煉愈小，其原錳硅合金生產(chǎn)中，爐況有周期性，爐腔愈煉愈小，其原 因是生產(chǎn)高硅錳鐵時，爐腔內(nèi)含形成因是生產(chǎn)高硅錳鐵時，爐腔內(nèi)含形成SiC的積累，因此，的積累，因此， 轉(zhuǎn)煉工藝十分重要；轉(zhuǎn)煉工藝十分重要； (4) 配碳量控制和焦炭層的作用。配碳量控制和焦炭層的作用。17 高碳錳鐵、高碳鉻鐵、硅錳合金高碳錳鐵、高碳鉻鐵、硅錳合金礦熱爐爐膛結(jié)構(gòu)示意圖礦熱爐爐膛結(jié)構(gòu)示意圖1.松散的燒結(jié)料；松散的燒結(jié)料；2. 軟熔帶；軟熔帶；3. 渣焦混合物；渣焦混合物；4. 焦炭層；焦炭層；5. 渣層（有焦炭）；渣層（有焦炭）；6. 渣層；渣層；7. 金屬；金屬；8.

14、 死料區(qū)；死料區(qū)；9. 電極碎塊；電極碎塊；10. 電極；電極；11. 碳磚；碳磚；12. 出渣口；出渣口；13. 出鐵口出鐵口直接還原：（直接還原：（MnO）+CMn+CO 間接還原：（間接還原：（MnO）+COMn+CO （MnO2）+CO(MnO)+CO2 燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝單單 位位 負(fù)負(fù) 荷荷 的的 爐爐 膛膛 深深 度度 m m/ /M MW W單單 位位 負(fù)負(fù) 荷荷 的的 極極 心心 圓圓 面面 積積 m m2 2/ /M MW W單單 位位 負(fù)負(fù) 荷荷 的的 熔熔 煉煉 區(qū)區(qū) 域域 體體 積積 m m3 3/ /M MW W高高 于于 理理 論論 用用 焦焦 量量 的的 比比 例

15、例 % %錳系鐵合金生產(chǎn)中的存在問題錳系鐵合金生產(chǎn)中的存在問題 粉礦 n礦產(chǎn)資源 狀況 原料預(yù)處理 貧礦n爐子大型化對爐 粒 度透氣性 料理化性能要求 還原度焦耗、電耗不同錳礦種類的理化性質(zhì)不同錳礦種類的理化性質(zhì)n幾種原礦的理化指標(biāo)n幾種原礦的差熱曲線（DTA）錳礦石的物理性質(zhì)錳礦石的物理性質(zhì)礦名礦名主要礦物主要礦物化學(xué)式化學(xué)式晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)總水量總水量/%結(jié)晶水結(jié)晶水/%吸附水吸附水/%燒損燒損/%澳州錳礦澳州錳礦硬錳礦硬錳礦4MnO2 2H2O單斜單斜5.334.440.8914.7澳州錳礦澳州錳礦軟錳礦軟錳礦MnO2立方立方1.601.611.3加蓬錳礦加蓬錳礦軟錳礦軟錳礦MnO2立方

16、立方4.9704.9714.7南非錳礦南非錳礦褐錳礦褐錳礦Mn2O3四方四方0.4500.452.9越南錳礦越南錳礦軟錳礦軟錳礦MnO2立方立方變化變化0變化變化9.0阿根廷錳阿根廷錳礦礦菱錳礦菱錳礦MnCO3三斜三斜變化變化0變化變化38以以MnCO3為菱錳礦成分計算為菱錳礦成分計算礦物礦物化學(xué)式化學(xué)式顏色顏色密度密度/gcm-3晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 硬度硬度(莫氏莫氏)軟錳礦軟錳礦MnO2黑色黑色4.85.6立方立方25硬錳礦硬錳礦4MnO22H2O鋼灰色鋼灰色3.9單斜單斜46褐錳礦褐錳礦Mn2O3黑棕色黑棕色4.74.9四方四方66.5黑錳礦黑錳礦Mn3O4黑色黑色4.74.8四方四方5水

17、錳礦水錳礦Mn2O33H2O鋼灰色鋼灰色4.24.4斜方斜方4.24.3菱錳礦菱錳礦MnCO3玫瑰紅玫瑰紅-暗紅色暗紅色3.3三斜三斜3.54.6錳方解石錳方解石(Ca,Mn)CO3白、灰白帶微紅白、灰白帶微紅2.73.1三方三方3.54.5薔薇輝石薔薇輝石MnOSiO2淡紅色淡紅色3.53.7三斜三斜6錳橄欖石錳橄欖石MnSiO4淡紅色淡紅色4.04斜方斜方5.56硫錳礦硫錳礦MnS綠棕色綠棕色3.94.1立方立方3.54方錳礦方錳礦MnO翠綠色翠綠色5.4八面體八面體5.6 主要的含錳礦物主要的含錳礦物礦名礦名成成 分分/%結(jié)晶水結(jié)晶水/%吸附水吸附水/%主要主要礦物礦物MnSiO2CaO

18、 MgO FeO Al2O3PS澳洲錳礦澳洲錳礦 48.655.322.540.663.293.500.056 0.0534.440.89硬錳礦硬錳礦澳洲錳礦澳洲錳礦 50.039.431.020.655.520.860.035 0.0384.60軟錳礦軟錳礦加蓬錳礦加蓬錳礦 50.174.030.290.463.824.620.102 0.0294.97軟錳礦軟錳礦南非錳礦南非錳礦 51.495.024.910.6612.50.390.040 0.1400.45褐錳礦褐錳礦越南錳礦越南錳礦 46.648.941.130.247.843.330.093 0.030軟錳礦軟錳礦一些進(jìn)口錳礦的成分

19、和礦物結(jié)構(gòu)一些進(jìn)口錳礦的成分和礦物結(jié)構(gòu)礦名礦名成成 分分/%主主 要要 礦礦 物物MnSiO2CaO MgOFeOAl2O3PS婁底錳礦婁底錳礦 約約30約約2314.33.65.14.60.162.08硫錳礦、錳橄欖石硫錳礦、錳橄欖石洮江錳礦洮江錳礦 約約29約約2220.44.53.24.10.060.45 方錳礦、錳橄欖石等方錳礦、錳橄欖石等湘潭錳礦湘潭錳礦 約約30約約2712.93.73.75.80.171.10方錳礦、錳橄欖石方錳礦、錳橄欖石照東錳礦照東錳礦 約約30約約201.02.51.48.20.060.34錳橄欖石等錳橄欖石等建昌錳礦建昌錳礦 約約23約約213.92.4約

20、約142.20.071.8菱錳礦、錳方解石等菱錳礦、錳方解石等我國一些錳礦的成分和礦物結(jié)構(gòu)我國一些錳礦的成分和礦物結(jié)構(gòu)使用錳礦原礦帶來的不利因素使用錳礦原礦帶來的不利因素n粒度問題粒度問題爐料未熔化層的透氣性爐料未熔化層的透氣性n錳礦結(jié)晶水高溫脫除引起電能額外消耗錳礦結(jié)晶水高溫脫除引起電能額外消耗錳礦石在升溫過程中的物理化學(xué)變化錳礦石在升溫過程中的物理化學(xué)變化311.硬錳礦硬錳礦2.菱錳礦菱錳礦4MnO2 2H2OMnO2Mn2O3Mn3O44MnO2 2H2O+附著水附著水 100 150 400 500 527 900 4MnO2 2H2OMnCO3+附著水附著水 H2OH2OMnCO3M

21、nO100 150 H2O525 CO2錳礦冶煉過程中的脫水與價態(tài)變化錳礦冶煉過程中的脫水與價態(tài)變化 吸附水吸附水 150n礦中總水份（礦中總水份（%） 結(jié)晶水結(jié)晶水 500nMn價態(tài)變化價態(tài)變化 MnO2 Mn2O3 MnO Mn 預(yù)還原（燒結(jié)過程）預(yù)還原（燒結(jié)過程） 終還原終還原33礦熱爐節(jié)電的技術(shù)措施礦熱爐節(jié)電的技術(shù)措施 爐料熱裝工藝爐料熱裝工藝Ni,Fe,SiCO SiO2,MgO,CaO H（已知）（已知）H1H2鎳鐵水鎳鐵水爐渣爐渣T1500T=25 T=500 /600 / 700 H =H1+ H2反應(yīng)物反應(yīng)物爐氣爐氣 鎳燒結(jié)礦鎳燒結(jié)礦 焦炭焦炭 鎳燒結(jié)礦鎳燒結(jié)礦 焦炭焦炭生成物生成物熱裝法冶煉鎳鐵合金節(jié)約電耗計算原理圖熱裝法冶煉鎳鐵合金節(jié)約電耗計算原理圖34低硅、高硅鎳鐵合金及冷裝、熱裝法低硅、高硅鎳鐵合金及冷裝、熱裝法理論電耗比較理論電耗比較3937.44313.83566.43396.93220.1376.4747.4916.91093.7一噸鎳鐵理論電耗一噸鎳鐵理論電耗（kwh)高硅鎳鐵高硅鎳鐵 低硅鎳鐵低硅鎳鐵 低硅低硅500 低硅低硅600 低硅低硅700 MnMn中、低碳錳鐵合金的生產(chǎn)方法和原理中、低碳錳鐵合金的生產(chǎn)方法和原理35生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法冶金原理冶金原理高碳錳鐵吹氧脫碳高碳錳鐵吹氧脫碳硅熱法硅