楊旭中錳見習(xí)報告-2009

1、見習(xí)論文淺談“JL”法冶煉中低碳錳鐵姓 名 楊 旭 指導(dǎo)教師 蘭志禹 見習(xí)單位 中鋼吉鐵一分廠 14目 錄目 錄I摘 要II前 言1一、冶煉中低碳錳鐵的熱力學(xué)原理和提高錳回收率的措施11.1、在生產(chǎn)中低碳錳鐵的條件下，終渣含Mn究竟多少為合理21.2、欲進一步降低渣中MnO的含量，應(yīng)采取的措施41.3、渣中Mn下降的限度5二、冶煉中低碳錳鐵的設(shè)備72.1電爐72.2、15噸天車一臺，10噸天車一臺，10噸地磅一臺，鐵水包若干72.3、搖爐設(shè)備參數(shù)7三、 冶煉品種及工藝流程83.1、冶煉普通中碳錳鐵，以FeMn82C1.5為例83.1.1原料條件83.1.2工藝流程83.1.3冶煉效果83.2、

2、冶煉特殊牌號中碳錳鐵9四、問題討論104.1、爐體旋轉(zhuǎn)的意義104.2、液態(tài)硅錳合金熱裝104.3、在中錳出爐后熱兌硅錳合金之前,先把下一爐的固態(tài)爐料加到爐內(nèi)預(yù)熱114.4、搖爐的作用和搖速的擇選114.5、使用高鋁炭化硅磚砌筑搖包包襯114.6、目前存在的問題12結(jié)語：13參考文獻：13致 謝：14摘 要目前，生產(chǎn)中低碳錳鐵的工藝方法比較繁多。中鋼吉鐵股份有限公司在上世紀80年代借鑒國外工藝，對電爐進行改造，增建一座20噸搖爐，形成了“JL”法生產(chǎn)中低碳錳鐵的工藝，創(chuàng)造了當時國內(nèi)生產(chǎn)的最好水平。在近了30年的使用期間里進行了各種試驗、改造。該工藝的最大優(yōu)點是錳回收率高, 渣中MnO可降至8%

3、以下,生產(chǎn)率高，在錳礦入爐品位在48%時，單位電耗平均為 670KWH/T。關(guān)鍵字： “JL”法 中低碳錳鐵 搖包 前 言我們公司的105#精煉電爐是當時國內(nèi)生產(chǎn)中低碳錳鐵的領(lǐng)頭人?！癑l”法創(chuàng)造了當時國內(nèi)生產(chǎn)的最好水平，在生產(chǎn)中進行了各種試驗、改造，比如低磷低碳錳鐵的試驗，進行貧化渣的試驗、進行硅鐵與中錳渣生產(chǎn)低碳錳鐵的試驗然而目前我們與國外的先進電爐還有差距，主要是熱損失大。但相信經(jīng)過我們不斷地努力，我們的電爐會達到更好的指標。 “JL”法冶煉中低碳錳鐵工藝流程如1所示：硅錳合金Mn68%Si18%中錳渣MnO 20%CaO 33%SiO2 28%搖 爐欲處理硅錳合金Mn 72%Si 15

4、%中錳電爐錳礦終 渣水 淬石灰CaO85%中錳入庫圖1 “JL”法冶煉中低碳錳鐵工藝流程本文就“JL”法生產(chǎn)中低碳錳鐵涉及的熱力學(xué)原理、生產(chǎn)設(shè)備、冶煉品種及工藝流程進行分析闡述，綜述性的介紹此工藝生產(chǎn)中低碳錳鐵的情況。一、冶煉中低碳錳鐵的熱力學(xué)原理和提高錳回收率的措施在電硅熱法冶煉中低碳錳鐵過程中，具有決定意義的反應(yīng)是：MnOSiMnSiO2此反應(yīng)的標準自由能可由下列反應(yīng)得到：MnO(S)Mn(l)O2G139915082.4T ( T 12441700) (1)Si(l)O2SiO2G2947676198.74T ( T 14131700) (2)(1)2(2)的下式：2MnO(S)Si（l

5、）2Mn(l)SiO2 G314937633.94T ( T 14131700) (3)由吉布斯函數(shù)明確一下三個問題：1.1、在生產(chǎn)中低碳錳鐵的條件下，終渣含Mn究竟多少為合理冶煉中低碳錳鐵時，一般的合金成分和爐渣成分如下：合金成分（%）MnSiCPFe78831.02.00.71.00.150.251518爐渣成分（%）MnOSiO2CaOMgOFeOAl2O3192828343440120.51.026為便于計算, 取下列成分為計算依據(jù), 并列于表1-1和表1-2表1-1 中低碳錳鐵的成分和摩爾組成項目MnFeSiCP質(zhì)量分數(shù)80.016.91.50.90.299.5摩爾數(shù)1.455 0.

6、302 0.054 1.81摩爾分數(shù)0.803 0.167 0.030 1表1-2 中錳爐渣成分和摩爾組成項目MnOSiO2CaOMgOFeOAl2O3質(zhì)量分數(shù)2431361.80.51.694.9摩爾數(shù)0.338 0.517 0.643 0.045 0.007 1.549 摩爾分數(shù)0.218 0.334 0.415 0.029 0.004 1（3）式中各反應(yīng)物均為純物質(zhì), 而實際生產(chǎn)中, 特別是冶煉末期, Mn和Si均是中碳錳鐵的實際含量, MnO和SiO2也是中錳爐渣的含量, 所以實際的反應(yīng)為：2（MnO）(24%) (Si)(1.5%) 2(Mn)（80%） （SiO2）（31%）G 4

7、RTLn（K/J4）G4G3RTLnJ4 (4) 中錳冶煉末期T1773KG314937633.941773 89200.4 JG489200.4RTLnJ4 而J4為給定狀態(tài)的活度積，由下式計算：J4aMn可根據(jù)表1-1中的摩爾分數(shù)由圖2查得1圖2 1700K時液態(tài)硅錳合金中Mn和Si的活度查圖時，將NMnNFe0.8030.1670.97作為NMn，查圖得aMn0.97計算aSi：lg1.17（1NSi)21.03 1.17(10.03)21.03 2.1308537.4103aSiNSi7.41030.03 2.2104aMno和aSiO2可由表1-2中的NCaONMgO0.444和NS

8、iO20.334查圖3得到，aMnO0.68,和aSiO20.035aMnO . .aSiO2圖3 1500時MnO和SiO2的等溫活度線3將求出的各種活度值帶入J4中。J4104323.7將J4323.7帶入（4）式中，并令T1773KG4G3RTLnJ4 89200.48.3141773lg（323.7） 4002.8 J 4.003 KJ此值在熱力學(xué)上已屬很小, 說明反應(yīng)（4）已按近平衡狀態(tài), 渣中含MnO24%是合理的。1.2、欲進一步降低渣中MnO的含量，應(yīng)采取的措施上述的計算結(jié)果說明, 含Si1.5%的錳鐵已無能力將含Mn24%的錳渣再進一步貧化了。那么該渣與含Si20%、Mn65

9、%的的新出爐的硅錳合金能否反應(yīng)呢了？如能向右反應(yīng), 則渣中MnO將進一步貧化, 這需要用下列反應(yīng)的自由能進行判斷。2（MnO）(24%) (Si)(20%) 2(Mn)（65%） （SiO2）（31%）G5G3RTLnJ5 （5）其中，當T1773K時，標準吉布斯函數(shù)任為89200.4 JJ5式子中的aMnO (24%)和aSiO2（31%）上面已經(jīng)求出，需要求出硅錳合金中aMn和aSi即可。精煉電爐熱兌錳硅合金的成分組成列表1-3。表1-3自用硅錳合金的成分和摩爾組成項目MnFeSiCP質(zhì)量分數(shù)6513.6200.70.299.5 摩爾數(shù)1.182 0.243 0.714 2.139 摩爾分

10、數(shù)0.553 0.114 0.334 1 按照上述方法，由NMnNFe和圖2求得硅錳中aMn0.21。由公式lg1.17（1NSi)21.03求出0.02835。aSiNSi0.3350.02835。 9.49103 J51030.352 G5G3RTLnJ5 89200.48.3141773lg（0.352） 104591.35 J 104.59 KJ此負值很大, 說明反應(yīng)（5）將激烈地向MnO被還原的方向進行。因而渣中MnO被貧化, Mn的回收率提高。1.3、渣中Mn下降的限度前面的計算只說明液態(tài)的中錳渣與含Si20%的硅錳合金反應(yīng), 能將渣中的MnO的含量降低，但MnO能降到什么程度是我

11、們關(guān)心的問題。為此, 我們?nèi)〗?jīng)過搖滬處理的同一爐的合金成分和爐渣成分作為給定狀態(tài)，進行熱力學(xué)計算，粗略估計MnO下降的限度。經(jīng)搖爐處理的合金成分和爐渣成分列入表1-4和表1-5。表1-4 經(jīng)搖爐處理的合金的成分和摩爾組成項目MnFeSiCP質(zhì)量分數(shù)71.5512.514.61.20.146100 摩爾數(shù)1.301 0.223 0.521 2.046 摩爾分數(shù)0.636 0.109 0.255 1表1-5 經(jīng)搖爐處理的爐渣的成分和摩爾組成 項目MnOSiO2CaO質(zhì)量分數(shù)8.4641.533.283.16摩爾數(shù)0.119 0.692 0.5931.404摩爾分數(shù)0.085 0.493 0.442

12、 1 搖爐終了的反應(yīng)為：2（MnO）(8.46%) (Si)(14.6%) 2(Mn)（71.55%） （SiO2）（41.5%）G6G3RTLnJ6 （6）J6按上述方法求得硅錳中錳與硅的活度及爐渣中MnO和SiO2的活度aMn0.41 aSi5.33103aMnO0.085 aSiO20.057J6103 248.8G6G3RTLnJ5 89200.48.3141773lg（248.8） 7882.04 J 7.88 KJ此值不算太大, 反應(yīng)仍可向降MnO的方向進行, 說明渣中MnO可降到以8%下。實際上搖爐終了的溫度約1350 , 由于我們?nèi)狈?350的活度數(shù)據(jù), 仍引用1500的活度數(shù)

13、據(jù), 所以搖爐達平衡狀態(tài)時的MnO的平衡濃度應(yīng)比8%還低。把上述“JL ”法冶煉過程的三個環(huán)節(jié)作為給定狀態(tài)進行的熱力學(xué)計算結(jié)果列表如下。序號給定狀態(tài)反應(yīng)方程 G （kJmol1）說明1中錳冶煉末期2（MnO）(24%) (Si)(1.5%) 2(Mn)（80%） （SiO2）（31%）4.003渣中MnO 24%屬正常2搖爐開始2（MnO）(24%) (Si)(20%) 2(Mn)（65%） （SiO2）（31%）104.59反應(yīng)激烈地向MnO減少方向進行3搖爐結(jié)束2（MnO）(8.46%) (Si)(14.6%) 2(Mn)（71.55%） （SiO2）（41.5%）7.88渣中MnO 可降

14、到8%以下以上熱力學(xué)計算結(jié)果表明, 中錳液態(tài)爐渣和液態(tài)硅錳合金進行反應(yīng), 能顯著地將渣中MnO降到8%以下。這就是提高錳回收率的措施。二、冶煉中低碳錳鐵的設(shè)備2.1電爐1.1封閉式硅錳合金電爐一臺（16500KVA）1.2中低碳錳鐵精煉電爐一臺（105#爐是1985年參照日本新瀉廠改造的有蓋旋轉(zhuǎn)電爐），設(shè)備參數(shù)如下：爐殼直徑6600mm變壓器容量3500 KVA爐殼高度3400mm電極直徑450mm爐膛直徑3490mm極心圓直徑1250mm爐膛深度1500mm常用的二次電壓178V爐體旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)/分加料管支4個出鐵口2個2.2、15噸天車一臺，10噸天車一臺，10噸地磅一臺，鐵水包若干2.3、

15、搖爐設(shè)備參數(shù)：包殼直徑2400mm轉(zhuǎn)速069轉(zhuǎn)/分包殼高度1900mm偏心距80100120mm包襯直徑1690mm電動機30KW包襯深度1545mm爐膛容積5m3三、 冶煉品種及工藝流程3.1、冶煉普通中碳錳鐵，以FeMn82C1.5為例3.1.1原料條件錳礦成分（%）錳礦成分MnFeOCaOMgOSiO2Al2O3PS澳大利亞錳礦49.207.460.4620.165.503.000.0800.217南非燒結(jié)錳礦46.016.6516.831.956.760.9750.02510.039硅錳合金成分(%)MnSiCP6617.831.10.16錳礦的粒度580 mm，水分小于3%石灰含Ca

16、O 85%, 粒度1050mm 3.1.2工藝流程按圖1的工藝流程進行, 具體操作如下：中錳爐出完鐵堵好眼之后, 將配好的固態(tài)爐料通過兩個外圍加料管加到爐內(nèi)。料在爐內(nèi)的堆積自成雙峰形, 峰谷與極心圓的圓周相重合, 料在爐內(nèi)被爐底和爐墻預(yù)熱, 等待與經(jīng)搖爐處理的硅錳合金熱兌；中錳爐排出的液體爐渣用天車兌入搖爐, 再將液態(tài)硅錳兌入搖爐中, 啟動搖爐,以每分鐘 50轉(zhuǎn)的搖速搖動510分鐘后, 傾爐, 扒凈渣, 將合金兌入中錳爐；使用熱兌小車往中錳爐內(nèi)兌硅錳合金；兌完硅錳,送電冶煉；當爐料熔化一時再使爐體旋轉(zhuǎn)并推料助熔, 每爐的送電時間約1小時30分爐料全熔后取樣判Si, 合格出爐。3.1.3冶煉效果

17、處理前后合金及爐渣主要成分的變化如表3-1所示。表3-1 搖爐處理前后合金與爐渣的成分成分合金爐渣Mn %Si %MnO %CaOSiO2搖前66.34118.22120.9432.53829.799搖后71.55114.9738.64135.88641.472合金平均脫Si17.82%, Mn上升7.85%：渣中錳脫出58.73%:中錳爐的冶煉效果見表3-2。表3-2 中錳爐的冶煉指標入爐品位單位電耗硅錳合金單耗(T/T)錳礦單耗(T/T)Mn回收率48%670KWh/t1.041.1564%3.2、冶煉特殊牌號中碳錳鐵特殊牌號中碳錳鐵主要有低硅、低磷兩種。技術(shù)要求見下表3-32表3-3 冶

18、煉特殊牌號中錳原料名稱牌號Mn(MiN)Si(Max)C(Max)P(Max)S(Max)中碳錳鐵（低硅）FeMn82C1.5788511.50.350.03中碳錳鐵（低磷）FeMn78C2.075821.520.120.03品種原料MnFeOSiO2Al2O3CaOMgOPS中碳錳鐵（低硅）南非燒結(jié)45.906.775.576.7716.294.1800.0320.039高澳48.355.977.283.570.600.3460.0690.010南非高鐵45.6514.7415.130.528.730.3390.0350.142硅錳合金65.7020.870.7170.1370.022中碳錳

19、鐵（低磷）南非燒結(jié)45.906.775.576.7716.294.1800.0320.039硅錳合金66.0219.571.0100.0800.014對于特殊牌號的冶煉，我們的方法是：低硅中碳錳鐵采用延長精煉時間，增加錳礦入爐品位的方法；低磷中碳錳鐵采用使用含磷較低的錳礦 公司06年應(yīng)用Jl法生產(chǎn)低磷中碳錳鐵（1156.891噸），使用了含磷較低的南非燒結(jié)礦，效果列于表3-4表3-4 “Jl”法生產(chǎn)低磷中碳錳鐵產(chǎn)品名稱低磷中碳錳鐵技術(shù)要求Mn78%、Si2.5%、P0.1%、C1.0%）錳礦原料南非燒結(jié)礦原料成分MnFeOSiO2Al2O3CaOMgOPS45.96.775.576.7716.

20、294.180.03160.04熱兌硅錳合金成分MnSiCPS64.7520.310.920.0610.015精煉爐產(chǎn)品成分80.671.490.990.0860.005技術(shù)指標礦耗硅錳噸耗單位電耗1.18421.0861818kwh/t冶煉工藝控制加料速度，原防止磷被優(yōu)先還原南非燒結(jié)礦難融，精煉時間長，堵眼困難，需要調(diào)節(jié)合理爐次保證生產(chǎn)順利進行四、問題討論4.1、爐體旋轉(zhuǎn)的意義首先, 爐體旋轉(zhuǎn)給操作帶來方便，靠兩支外圍料管完成雙峰形布料。兌鐵水時爐體旋轉(zhuǎn), 可將液體硅錳合金沿極心圓均勻分布，為錳礦和硅錳合金提供較大的接觸面積，促進兩者的反應(yīng)。其次, 爐體在冶煉過程中旋轉(zhuǎn)，可改變爐底高溫區(qū)的位

21、置, 避免爐底因局部過熱造成Mn的揮發(fā), 使爐內(nèi)溫度分布均勻, 延長爐齡。同時，在精煉期間使用壓縮空氣向爐內(nèi)金屬液體吹氣，使液態(tài)合金與爐渣大面積接觸，提高脫硅速度，可以使精煉時間縮短，大幅度的降低電耗。4.2、液態(tài)硅錳合金熱裝液態(tài)硅錳合金熱裝可使其顯熱得到利用。資料指出1, 每噸1400的液態(tài)硅錳合金顯熱為1578.5103千焦, 相當于438度電能,很多冶煉中低碳錳鐵的廠家都證實, 硅錳合金熱裝可使單位電耗下降300一400度, 同時, 熱裝可去掉硅錳合金生產(chǎn)中的澆鑄、精整、破碎、倒運等工序, 從而減少合金的機械損失。4.3、在中錳出爐后熱兌硅錳合金之前,先把下一爐的固態(tài)爐料加到爐內(nèi)預(yù)熱這樣

22、的操作是合理的, 固態(tài)爐料將赤熱的爐底、爐墻覆蓋起來, 減少了爐口向空間散熱, 而使這部分熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闋t料的顯熱,因而使可能損失掉的能量得到合理利用。4.4、搖爐的作用和搖速的擇選熱力學(xué)計算表明, 中低碳錳鐵中含的1.5%Si, 已不可能再將中錳渣中的MnO貧化, 但此渣卻能被新出爐的含Si 20%的硅錳合金將MnO貧化到8%以下, 不過這只是熱力學(xué)條件。由于中低碳錳鐵的渣量很大,渣層較厚, 用還原的反應(yīng), 其限制環(huán)節(jié)將取決于反應(yīng)物質(zhì)的擴散速度。因此, 將含Si20%的硅錳合金貧化中錳渣的反應(yīng)選在搖爐內(nèi)進行，資料指出搖包內(nèi)兩相液體的傳質(zhì)規(guī)律經(jīng)驗公式4：N15.375.17/D N241.119.

23、00/D N345.011.60/D式中D為搖包直徑；N1、N2、N3分別為達到平擺運動、海浪波運動和荷葉波運動時的臨界轉(zhuǎn)速。我們的搖包直徑為2m, 為使渣鐵混合達到海浪波與荷葉波的運動狀態(tài), 轉(zhuǎn)速選為46一52轉(zhuǎn)/分。實踐證明, 用這樣的轉(zhuǎn)速只需5一10分鐘即可達到目的。搖包的容積要適中，容積過大，熱量損失嚴重，容積過小，較難完成任務(wù)量105#爐搖爐經(jīng)過改造，適合的容積為5立方米, 有效容積3立方米。4.5、 使用高鋁炭化硅磚砌筑搖包包襯使用常規(guī)鎂磚砌筑的搖包包襯的平均使用壽命只有7天，平均100爐次，拆砌包襯時勞動強度和作業(yè)量大。搖包包襯壽命短原因為一下兩點：1、搖爐生產(chǎn)時爐渣堿度變化大，

24、開始R2為1.101.30,搖爐結(jié)束終渣R2為0.60.85，屬于堿酸性變化；2、反應(yīng)溫差劇烈，搖包的時間短（10分鐘）.同時每爐的間歇1.5小時左右，鎂磚的抗急冷急熱的性能差，造成了包襯的使用壽命較低。07年使用高鋁炭化硅磚砌筑搖包包襯，砌筑時根據(jù)搖包圓弧的尺寸來設(shè)計磚的尺寸，盡量的減少磚縫，以減少渣鐵對包襯的沖刷侵蝕。鎂磚、高鋁炭化硅磚對比列于表4-1、圖4表4-1 鎂磚、高鋁炭化硅磚成分對比名稱型號化學(xué)成分鎂磚MZ95MgO95 SiO22.5高鋁炭化硅磚LC75Al2O375 SiC5圖4 鎂磚、高鋁炭化硅磚材料特性對比使用高鋁炭化硅砌筑，搖包包襯可連續(xù)使用50天（500爐次），最高時達到了180天。很大程度上減少了渣鐵對包襯的沖刷和侵蝕。由于包襯壽命大幅提高，減少了天車作業(yè)率，降低了勞動強度。4.6、目前存在的問題1、由于高堿度操作，爐口侵蝕嚴重，采用了鎂砂包在爐前與爐上進行雙向堵眼，取得了良好的效果，但還應(yīng)當研究出一種使用鎂砂的開堵眼機，用來維護出鐵口，從而延長爐襯的使用壽命。2、當精煉電爐與搖爐同時生產(chǎn)時，場地狹小，天車作業(yè)時間長，目前進行了爐前改造，建立了雙搖包，可將中錳渣最低貧化到60%70%以上。3、使用高鋁碳化硅磚砌筑搖包包襯取得了良好的效果。目前，新材料的發(fā)展日新月異，新型耐火材料不斷出現(xiàn)，今后需多應(yīng)用一些新型復(fù)合材料，進一步提高電