硅錳合金的冶煉

1、硅猛合金的冶煉關(guān)于硅鐳合金的冶煉方式和方法鄧紹鑫、鄧元華內(nèi)容摘要：硅猛合金是煉鋼屮常用的復(fù)合脫氧劑，因此，世界上對(duì)于硅鐳合金的冶煉都十分的重視。木文通過對(duì)硅鐳合金的冶煉過程進(jìn)行剖析闡述，客觀上總結(jié)了國內(nèi)外硅鐳合金冶煉的技術(shù)手段和方法。關(guān)鍵詞：硅鐳合金復(fù)合脫氧劑冶煉硅鐳合金是煉鋼常用的復(fù)合脫氧劑，又是生產(chǎn)中，低碳鐳鐵和電硅熱法生產(chǎn)金屬鐳的還原劑。硅鐳合金可在大屮小型礦熱爐內(nèi)采取連續(xù)式操作進(jìn)行冶煉。目前，世界上硅鐳合金電爐正向大型化、全封閉的方向發(fā)展，南非1975年投產(chǎn)了一臺(tái)88000KVA的大型硅鐳合金電爐。生產(chǎn)硅鐳合金的原料有猛礦、富猛渣、硅石、焦炭。生產(chǎn)硅鐳合金可使用一種鐳礦或兒種鐳礦(包括

2、富鐳渣)的混合礦。為保證煉出合格產(chǎn)品，礦石屮的鐳鐵比和鐳磷比應(yīng)滿足一定要求，見表1-2所示。所用的鐳礦含鐳越高，表1-2各項(xiàng)指標(biāo)越好，圖1-1為鐳礦品位對(duì)硅鐳合金技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響。鐳礦中二氧化硅含量通常不受限制。采用含二氧化硅較高的鐳礦(3040%Si02)來冶煉硅猛合金在技術(shù)上是允許的，在資源利用上是合理的。1-1鐳礦屮的雜質(zhì)P205要低P205使合金屮磷含量升高。猛礦粒度一般為1080mm,小于10mm不超過總量的10%。對(duì)于硅石的要求，SiO2297%,P205<0.02,粒度1040mm,不帶泥土及雜物。對(duì)于焦炭的要求，固定碳$84%,灰分W14%,焦炭粒度，一般中小電爐使用3

3、13mm,大電爐使用525mm。對(duì)于石灰的要求與碳素猛鐵對(duì)石灰的要求相同。為了改善硅的還原，爐料中必須有足夠的SiO2使在酸性渣中進(jìn)行冶煉，渣屮SiO2過高，會(huì)使排渣困難，通常冶煉硅鐳合金的爐渣成分：CaO+MgO(SiO2)二3442%,二0.60.8Mn<8%SiO2鐳的高價(jià)氧化物不穩(wěn)定，受熱后容易分解和被C0還原成低價(jià)的氧化物MnO,在1373K'1473K的溫度區(qū)間，鐳的高價(jià)氧化物已經(jīng)分解或還原成MnO0MnO較穩(wěn)定，只能用碳直接還原，由于爐料屮SiO2較高，MnO在沒開始還原時(shí)就與它反應(yīng)成硅酸鹽，富猛渣屮的硅鐳也是硅酸鹽的形式存在，因此從MnO中還原鐳的反應(yīng)，實(shí)際上是液

4、態(tài)爐渣的硅酸鹽屮進(jìn)行還原的。由于鐳與碳組成穩(wěn)定的化合物Mn3C,用碳還原MnO得到的不是純鐳，而是猛的化合物Mn3CoMnOSi0243C=Mn3C+S102+C0爐料屮的氧化鐵比氧化猛容易還原，還原出來的鐵與鐳組成共熔體，大大改善了MnO的還原條件。溫度升高，硅也被還原出來，其反應(yīng)式是：SiO2+2C二Si+2CO由于硅與鐳生成比Mn3C更穩(wěn)定地化合物MnSi,當(dāng)硅遇到了Mn3C時(shí)，Mn3C屮的碳被排擠出來，使合金含碳量下降，其反應(yīng)式為：l/3Mn3C+Si二MnSi+l/3C被還原出來的硅越多，碳化物破壞得越徹底，合金的含碳量就越低。用碳還原爐料中的硅和猛生產(chǎn)硅猛合金，其總反應(yīng)式：MnOS

5、iO2+3C=MnSi+3COAF=3821656.6-2435.67To由于還原出來的硅與猛結(jié)合生成MnSi,從而改善了還原條件。合金屮的含硅量越低，SiO2的開始還原溫度越低，例如，冶煉硅鐳20時(shí)，SiO2開始還原溫度為1763K,冶煉硅猛14時(shí)為1748K。生產(chǎn)硅鐳合金的工藝與生產(chǎn)碳素猛鐵基木相同但在爐況的掌握上比生產(chǎn)碳素鐳鐵要難些。為此在操作上更要求做到精心細(xì)致，正確的判斷爐況和及時(shí)處理。正常爐況的標(biāo)志是電極插入深度合適，爐料均勻下沉，爐口冒火均勻，成分穩(wěn)定和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好。準(zhǔn)確的配料比是保證得到正常爐況的關(guān)鍵。配料比屮的主要問題是配碳量問題。當(dāng)爐料中還原劑過多時(shí)，爐料導(dǎo)電性增強(qiáng)

6、，電流上漲電極上抬，圮竭縮小，疵火塌料現(xiàn)象增多，爐口的外觀和煉硅鐵時(shí)的還原劑過多時(shí)有些相同，由于爐料屮有過多的還原劑，二氧化硅還原較多因而合金中硅高。若還原劑過剩量太大，電極上抬很嚴(yán)重，爐底溫度低，合金中硅含量反而下降。當(dāng)爐料中還原劑不足時(shí)，電極下插深，爐口火焰低，發(fā)暗，由于還原劑不足，渣屮二氧化硅高，渣發(fā)粘，出鐵時(shí)鐵渣不分，合金屮硅低碳高。配碳量是根據(jù)公式計(jì)算出來的，但要把爐上的一些實(shí)際情況考慮進(jìn)去。例如爐渣堿度大渣稀，出鐵帶走的生料多，配料量可以大些，又如舊的出鐵口爐眼大，出鐵時(shí)帶走的焦炭多，配碳量也要大一些。爐渣的堿度對(duì)硅鐳合金的冶煉也有很大的影響。堿度過高，成渣溫度大大下降，爐內(nèi)溫度提

7、不高，加之50與SiO2結(jié)合成硅酸鹽，這些都使SiO2的還原困難，合金含硅量上不去。此外，堿度過高，爐渣過稀，出鐵時(shí)帶走的生料多，出鐵口也容易燒壞，爐眼也不好堵，因此堿度太高是不好的。堿度太低，渣發(fā)粘，排渣困難，排渣不徹底，容易引起翻渣，堿度太低，電阻大，爐渣的導(dǎo)電性大大下降，常常給不滿負(fù)荷，因而爐溫低，坦竭縮小，化料速度慢，生產(chǎn)率彳氐由于爐溫低和渣發(fā)粘SiO2還原發(fā)生困端合金中硅低碳嵐渣屮跑鐳多。生產(chǎn)屮可根據(jù)渣量和渣的流動(dòng)性來判斷爐渣堿度，正常冶煉時(shí)，每爐的渣量和鐵量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。若出渣過多，出鐵較少，說明堿度高；若渣量少，流不出來，出鐵口掛渣，說明堿度低。爐渣的流動(dòng)性和堿度直接相關(guān)，渣

8、稀，堿度就高、渣粘、堿度就低。二氧化硅是較難還原的氧化物，它的還原程度與還原劑的用量特別是與爐溫有關(guān)。因此，冶煉硅含量較高的硅鐳合金除適當(dāng)增加還原劑的用量外，關(guān)鍵是怎樣提高爐內(nèi)的溫度。我們知道，在連續(xù)冶煉法中，爐渣的熔點(diǎn)對(duì)爐溫有很大的影響。在冶煉硅鐳合金時(shí)，因?yàn)闋t渣屮的SiO2和MnO在12400C會(huì)組成低熔點(diǎn)的共晶體，而從MnSiO3屮還原得到含硅20%的開始還原溫度為14900C,因此冶煉高硅硅猛合金的主要困難也是爐溫問題。鐳礦的品位和塊度對(duì)爐溫是有影響的。猛礦含鐳越高，渣量就少，爐溫容易上去。猛礦塊度大，透氣性好，整個(gè)爐口冒火，料層均勻下沉。原料預(yù)熱好，落入下部反應(yīng)區(qū)時(shí)帶入較多的熱量，同

9、時(shí)塊度大，熔化很慢，成渣溫度也高，這都有助于爐溫的提高。提高合金的含硅量，還要有一個(gè)合適的爐渣成分。生產(chǎn)實(shí)踐指出，當(dāng)堿度(CaO/Si02)在0.50.7之間，合金含硅量高。此外，爐渣中含有少量的(57%)MgO能大大改善爐渣的流動(dòng)性，又利于爐溫的提高，這都能促進(jìn)SiO2的還原。電極工作端的長(zhǎng)度對(duì)爐溫是有直接影響的。900012500KVA的電爐冶煉硅鐳合金時(shí)電極的正常埋入深度為1.21.4米，工作電壓為130、145V；3000、6000KVA的電爐冶煉硅鐳合金時(shí)電極的正常埋入深度為600800mm。此外，如出鐵口處爐壁變薄，出鐵口爐眼太大造成出鐵時(shí)淌生料嚴(yán)重，也都影響爐溫的提高，從而影響合

10、金中硅含量的提高。鐳的回收率是生產(chǎn)硅猛合金的一項(xiàng)重要指標(biāo)提高鐳的回收率就是要減少進(jìn)入爐渣和隨同爐氣逸出的猛。爐渣屮鐳量與爐渣堿度有關(guān)。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)屮有如下關(guān)系，見表1-3。堿度越高，渣屮含鐳量越低，但不應(yīng)由此得出結(jié)論。堿度越高鐳的回收率越高。因?yàn)閴A度越高，渣量就越尢雖然渣中的猛的百分比下降，爐渣中總的跑鐳量不一定下降。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：堿度由0.2增大到0.70.8時(shí)，猛的回收率隨著堿度的增加而提高，堿度再高，鐳的回收率反而下降。為了減少隨爐氣逸出的猛，就要避免高溫區(qū)過于集屮，減少猛的揮發(fā)。因此，二次電壓不能過高，電極插得深，料柱厚，爐氣外逸時(shí)有比較長(zhǎng)的行程，以便爐料吸收部分揮發(fā)的鐳，可以減少鐳的汽化

11、損失。封閉電爐煉硅猛合金時(shí)，判斷爐況除根據(jù)原料情況(粒度、成分)電極位置、爐渣堿度、合金成分、渣量(同敞口爐)夕卜，還要考慮爐氣成分，爐膛各部分溫度變化等情況對(duì)冶煉過程進(jìn)行全面分析，綜合判斷，女口:(1) 爐膛出口壓力波動(dòng)，爐蓋溫度局部升高說明爐膛內(nèi)局部翻渣或刺火。(2) 爐氣出口壓力增大，爐蓋溫度未升高，二次電流下降，說明爐內(nèi)有塌料現(xiàn)象。(3)爐氣出口壓力增大,爐蓋溫度升高，電極波動(dòng)，出爐壓力顯著下降，是爐膛內(nèi)翻渣的象征。(4)爐氣分析中氫含量急劇上升，在原料濕度不變情況下，說明爐內(nèi)設(shè)備有嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，應(yīng)立即停電處理。如氧氣含量增加，說明密封不好，應(yīng)搞好密封。近年來，俄羅斯有的工廠利用堿性鋁

12、代硅酸鹽冶煉硅鐳合金，使合金產(chǎn)星提高，單位電耗降低，鐳和硅收得率提高。如當(dāng)用偉晶花崗巖代替石灰石及一部分硅石時(shí)。按末渣屮(Na20+K20)為57%計(jì)算,硅收得率從43.8%提高到48.4%,鐳收得率則從73.1%提高到79.3%o爐渣中合金珠的數(shù)量將減少5/6'6/7。表1-4為利用偉晶花崗巖熔煉硅猛合金的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。偉晶花崗巖，堿性花崗巖這類材料均是電爐鐵合金工業(yè)的新型溶劑。普通工業(yè)爐渣的粘度在1773K時(shí)為0.51.OPas,而在1723K時(shí)為0.82.OPas。當(dāng)爐渣含7.4%(Na20+K20)時(shí)，其粘度應(yīng)降低25%,而當(dāng)爐渣含15.3%(Na20+K20)時(shí)，其粘度兒乎降

13、低50%,達(dá)0.4Pas。俄羅斯有的鐵合金廠，使用次石墨作還原劑冶煉硅鐳合金及硅鐵，電氣制度穩(wěn)定，鐵合金爐熔池的有效電阻增大。事實(shí)表明，在鐵合金中應(yīng)用次石墨作還原劑是很必要的。近來，對(duì)液體硅鐳合金進(jìn)行爐外脫磷進(jìn)行了研究，實(shí)踐證明，爐外脫磷可得到含P<0.1%的產(chǎn)品，適用于冶煉特殊用途的鋼和用作生產(chǎn)低碳的低碳猛鐵的原料，并且不需要特殊的低磷鐳礦或者把礦石先冶煉成低磷高鐳渣。將含硅20%以上的硅猛合金用堿性溶劑處理，即可達(dá)到上述效果。使用的堿性溶劑如CaOCaF2系，CaO冰晶石系，Na20CaO系，K20CaO系等，把它們混合而成多成分系。這種溶劑對(duì)含硅低得猛鐵則不起作用，但當(dāng)含硅量在20

14、%以上時(shí)，將引起急劇的去磷作用，其脫磷率為90%左右，下面列出一些處理結(jié)果，見表1-5處理溫度只要達(dá)到被處理合金的熔點(diǎn)以上時(shí)，便可以達(dá)到預(yù)期效果，故出爐的硅鐳合金即可立即加入溶劑處理。硅鐳合金的爐料計(jì)算：1.原料化學(xué)成分按品種要求混合鐳礦Mn/Fe>4.5,P/Mn<0.0025原材料化學(xué)成分見表1-6。注：焦炭含水量約10%表1-62.計(jì)算依據(jù)（1）元素分配見表1-7（2）硅鐳合金化學(xué)成分：Mn70%,Si20%,Cl%,Fe8%,P0.18%。（3）出鐵口排碳及爐口燃燒損失10%。（4）以lOOKg混合鐳礦為計(jì)算基礎(chǔ)，求需焦炭、硅石量，并計(jì)算出爐渣堿度。3.計(jì)算（1）合金重量合

15、金量:100X30%X78%二33.4Kg70%100X30%X78%70%X20%=6.7Kg合金屮硅量：合金屮磷含量：100X0.061%X85%33.4X100%二0.155%(2) 焦炭用量見表1-8考慮出鐵口排碳，爐口燒損折合成含水10%焦炭：13.5844-0.824-0.94-0.9=20.4Kg(3) 硅石用量(6.7/0.4X60/28-23.9)4-0.97=12.4Kg(4)爐渣堿度爐渣量：(12.4X0.97+23.9+20.4X0.15X0.45)X0.5/0.4二18.67/0.4=46.7KgMnSi合金爐渣中SiO23842%,取40%計(jì)算爐渣量爐渣堿度(R二CaO+MgO/Si02)=9+1.1+20.4X0.15X