锰系铁合金冶炼工艺PPT精品文档

1、1第五章第五章 锰系铁合金锰系铁合金1 锰系铁合金简介锰系铁合金简介2 高碳锰铁冶炼原理与工艺高碳锰铁冶炼原理与工艺3 硅锰合金冶炼原理与工艺硅锰合金冶炼原理与工艺4 中低碳锰铁冶炼原理与工艺中低碳锰铁冶炼原理与工艺2三大类锰系产品三大类锰系产品（1）锰系铁合金）锰系铁合金 高碳锰铁、中低碳锰铁、锰硅合金、氮化锰铁、金属锰、高碳锰铁、中低碳锰铁、锰硅合金、氮化锰铁、金属锰、电解金属锰和氮化锰；电解金属锰和氮化锰；（2）锰的氧化物）锰的氧化物 二氧化锰、四氧化三锰；二氧化锰、四氧化三锰；（3）锰盐）锰盐 钢铁工业是最重要的应用领域，用锰量占钢铁工业是最重要的应用领域，用锰量占90951 1 锰系

2、铁合金简介锰系铁合金简介锰系合金用量平均8kg/吨IronmakingSteelmakingContinuous castingRollingMain productsHot metalMolten steelBilletsScrapPig iron produced in Blast Furnace (BF)BOFEAFSection millWire-rod millPlate millHot strip millSeamlesspipe millRailSheet pileShapeBarWire rodPlateHR coil and sheetCR coil and sheetWel

3、ded pipeSeamless pipeetc.ProductsIron oreLime stoneCokeHC FeMn3.34 kgRef FeMn0.93 kgSiMn5.44 kg9.71 kg of Manganese alloys per tonne of steelCrude steel produced in basic oxygen (BOF) or electric arc (EAF) furnacesBFBillets produced by continuous casting20102010年我国铁合金总产年我国铁合金总产量量24362436万吨，其中锰系万吨，其中

4、锰系铁合金铁合金800800多万吨。多万吨。 中低碳锰铁中低碳锰铁高碳锰铁高碳锰铁 硅锰合金硅锰合金6 6 锰铁牌号锰铁牌号 中碳锰铁中碳锰铁 FeMn80FeMn80 FeMn78 FeMn78 FeMn75 FeMn75 高碳锰铁高碳锰铁 FeMn78FeMn78 FeMn74 FeMn74 FeMn68 FeMn68 低碳锰铁低碳锰铁 FeMn85FeMn85 FeMn80 FeMn800.2-0.7 1.0-2.0 0.1-0.3 0.020.2-0.7 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.

5、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碳锰铁合金碳锰铁合金7 7 锰铁牌号锰铁牌号(2) 锰硅铁合金锰硅铁合金 Mn+Si C P SFeMn68Si18 83 1.5 0.21 87 0.4 0.21 97 95 93 50.003可直接用于冶炼电炉或高炉锰铁合金可直接用于冶炼电炉或高炉锰铁合金2.中磷中铁锰矿石中磷中铁锰矿石3-50.003-0.005可用于冶炼高碳锰铁或配矿冶炼锰合金可用于冶炼高碳锰铁或配矿冶炼锰合金3.高磷高铁锰矿石高磷高铁锰矿石0.005不

6、能直接用于冶炼锰铁合金，往往采用不能直接用于冶炼锰铁合金，往往采用二步冶炼。二步冶炼。(1)炼制成低磷低铁富锰渣炼制成低磷低铁富锰渣(2)再冶炼锰质合金。再冶炼锰质合金。我国锰矿资源量大，但锰品位较低。我国锰矿资源量大，但锰品位较低。15锰矿的评价锰矿的评价1 1 含锰量含锰量30%30%2 2 一定的锰铁比一定的锰铁比 取决于锰铁牌号和锰回收率取决于锰铁牌号和锰回收率3 3 磷含量要低磷含量要低4 4 脉石含量越低越好脉石含量越低越好5 5 钾、钠等碱性物质越低越好钾、钠等碱性物质越低越好6 6 熔化性能、化学反应性能等熔化性能、化学反应性能等162 2 高碳锰铁生产原理与工艺高碳锰铁生产原

7、理与工艺矿热炉法矿热炉法（1）熔剂法）熔剂法（2）无熔剂法）无熔剂法高碳锰铁生产方法高碳锰铁生产方法（1）高炉法）高炉法（2）矿热炉法）矿热炉法1717 高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）冶炼原理：冶炼原理： (MnO)渣渣 + C = Mn + CO 主反应主反应 (FeO)渣渣 + C = Fe + CO Mn4+ Mn3+ Mn2+ Mn3C 直接还原直接还原 C的直接还原的直接还原 CO间接还原间接还原 (P2O5)渣渣 + 5C = 2P + 5CO (SiO2)渣渣 + CaO或或MgO = (CaO或或MgO)n(SiO2)m MnOSiO2 + CaO = C

8、aOSiO2 + MnO副反应副反应1818 高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）冶炼原理：冶炼原理： 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 = 2/3Mn3C + 2CO G510789.6340.8T T始始=1499 K (软熔带软熔带)间接还原间接还原直接还原直接还原19 高碳锰铁矿热炉炉膛结构

9、示意图高碳锰铁矿热炉炉膛结构示意图松散的烧结料；松散的烧结料；2. 软熔带；软熔带；3. 渣焦混合物；渣焦混合物；4. 焦炭层；焦炭层；5. 渣层（有焦炭）；渣层（有焦炭）；6. 渣层；渣层；7. 金属；金属；8. 死料区；死料区；9. 电极碎块；电极碎块；10. 电极；电极；11. 碳砖；碳砖；12. 出渣口；出渣口；13. 出铁口出铁口2020 熔剂法生产高碳锰铁工艺制订原则熔剂法生产高碳锰铁工艺制订原则混合配矿中的混合配矿中的Mn/Fe比：比：FeMn78C8.0 产品产品 Mn/Fe=7.89 FeMn74C7.5 产品产品 Mn/Fe=5.1 FeMn68C7.0 产品产品 Mn/F

10、e=3.42) 混合矿中的碱度控制：混合矿中的碱度控制： 配加石灰或白云配加石灰或白云石石 4 . 12 . 1Ca2 SiOO8 . 16 . 1M4 . 1Ca2 SiOgOO21炉渣碱度与渣中含锰量的关系炉渣碱度与渣中含锰量的关系 2222 为什么碱度并非愈高愈好？为什么碱度并非愈高愈好？碱度提高碱度提高1 渣量增大渣量增大 2 炉渣熔点提高炉渣熔点提高3 粘度提高，不利于相分离粘度提高，不利于相分离4 电阻降低，不利于热分配电阻降低，不利于热分配2323 无熔剂法生产高碳锰铁无熔剂法生产高碳锰铁条件：条件： 矿石中矿石中Mn/Fe比远高于碳锰产品中的比远高于碳锰产品中的Mn/Fe比比

11、获得低获得低P的富的富Mn渣用于生产锰硅合金或金属硅渣用于生产锰硅合金或金属硅工艺水平：无熔剂法工艺水平：无熔剂法Mn的回收率低一点，但结合后续的回收率低一点，但结合后续MnSi铁铁 合金生产，使锰的综合回收率很高。合金生产，使锰的综合回收率很高。采用酸性渣操作，不加石灰，可以得到高碳锰铁和富锰渣采用酸性渣操作，不加石灰，可以得到高碳锰铁和富锰渣24 无熔剂法生产高碳锰铁的工艺案例无熔剂法生产高碳锰铁的工艺案例牌号牌号SiMn/FeFeMn78C8.047.8FeMn74C7.545.1FeMn68C7.01028的富锰渣，试问应如何设计高碳锰铁的产品牌号？的富锰渣，试问应如何设计高碳锰铁的产

12、品牌号？2525锰系铁合金原料预处理锰系铁合金原料预处理 n矿产资源状况：贫矿、粉矿 n炉子大型化对炉 粒 度透气性 料理化性能要求 还原度焦耗、电耗n降低电耗和焦比的需求 锰矿结晶水高温脱除引起电能额外消耗26用热料生产锰铁的工艺流程用热料生产锰铁的工艺流程 1冷料仓冷料仓;2回转窑回转窑;3热料仓热料仓;4吊罐吊罐;5炉子料仓炉子料仓;6电炉电炉;7气体净化器气体净化器 2727锰矿石在升温过程中的物理化学变化锰矿石在升温过程中的物理化学变化1.硬锰矿硬锰矿2.菱锰矿菱锰矿4MnO2 2H2OMnO2Mn2O3Mn3O44MnO2 2H2O+附着水 100 150 400 500 527

13、900 4MnO2 2H2OMnCO3+附着水 H2OH2OMnCO3MnO100 150 H2O525 CO2283 3 硅锰合金生产原理与工艺硅锰合金生产原理与工艺n硅锰铁合金的用途硅锰铁合金的用途 1) 复合脱氧剂（炼钢预脱氧）复合脱氧剂（炼钢预脱氧） 2) 中间合金（中低碳锰铁还原剂）中间合金（中低碳锰铁还原剂）29l锰硅铁合金常用牌号：锰硅铁合金常用牌号：FeMn68Si18, FeMn64Si14, FeMn60Si28l硅锰冶炼的原料：锰矿（富锰渣），硅石，焦炭，石灰等硅锰冶炼的原料：锰矿（富锰渣），硅石，焦炭，石灰等l锰硅铁合金冶金原理：锰硅铁合金冶金原理： 总反应：总反应：M

14、nOSiO2 + 3C = MnSi(Fe) + 3CO MnOSiO2 + 4/3C = 1/3Mn3C + SiO2 + CO (低温低温) SiO2 + 2C = Si + 2CO (高温高温) 1/3Mn3C + Si = MnSi + 1/3C (Mn3C是中间产物是中间产物) 锰硅铁合金冶炼锰硅铁合金冶炼30硅锰合金中硅含量与碳含量之间的关系硅锰合金中硅含量与碳含量之间的关系31主要矿物化学成分/ %结晶水%吸附水%Mn SiO CaO MgO FeO Al2O3 P S硬锰矿4MnO22H2O48.65 5.32 2.54 0.66 3.29 3.50 0.056 0.0534.

15、440.89软锰矿MnO250.03 9.43 1.02 0.65 5.52 0.86 0.035 0.0381.60 锰矿的还原冶金（澳洲锰矿）锰矿的还原冶金（澳洲锰矿）31 主要成分：MnO、FeO锰矿成分 副成分 ：SiO2、CaO、MgO、Al2O3 杂质成分：P2O5 还原过程的几种情况：若矿热炉内温度不高还原剂加入量不足时 Fe、P优先还原，生成含P生铁（Fe-C）和高Mn渣温度提高，达到MnO还原条件时Mn、Fe、P还原，生成高碳MnFe产品（P含量较高）继续提高温度，增加还原剂，并配入一定量的硅石时； Mn、Fe、Si、P都还原生成MnSi铁合金MnMn32（1 1）中低碳锰铁

16、生产两种方法）中低碳锰铁生产两种方法 脱碳法：高碳锰铁脱碳法：高碳锰铁 中低碳锰铁中低碳锰铁 脱硅法：硅锰合金脱硅法：硅锰合金 中低碳锰铁中低碳锰铁 （2 2）硅锰合金和中碳锰铁成分表）硅锰合金和中碳锰铁成分表 成分成分原料原料MnSiPCSFe硅锰合金硅锰合金66.7417.320.1161.780.03814.006中碳锰铁中碳锰铁85.880.180.1431.420.0311.154 中低碳锰铁合金冶炼原理与工艺中低碳锰铁合金冶炼原理与工艺34脱硅法(硅热法)冶炼中低碳锰铁原理H H2 298= 22.1kcal/molG = -32200+31.7TG = -32200+31.7T

17、2MnO+Si=2Mn+SiO2 SiO2+CaO= CaOSiO2Mn,Si,Fe+2(MnO)+2CaO=3MnFe+(2CaOSiO2)35脱硅法(硅热法)冶炼中低碳锰铁原理1 1 冶炼冶炼原料原料2 2 温度温度的保证（生成相，相分离）的保证（生成相，相分离） 是否需要外部供能？是否需要外部供能？3 3 化学化学速率速率（生成相）（生成相） 气力搅拌，机械搅拌，喷射冶金，包体转动气力搅拌，机械搅拌，喷射冶金，包体转动4 4 化学化学平衡平衡 （生成相）（生成相）36平衡平衡-怎样洗杯子？怎样洗杯子？如何用最少的水洗干净杯子？如何用最少的水洗干净杯子？3737 国内普遍采用的摇炉电炉法，

18、把来自矿热炉的液态锰硅合金国内普遍采用的摇炉电炉法，把来自矿热炉的液态锰硅合金和来自精炼炉的锰渣置于摇包中进行预脱硅反应，贫化渣中锰并降和来自精炼炉的锰渣置于摇包中进行预脱硅反应，贫化渣中锰并降低合金中硅含量。然后再把预脱硅后的锰硅合金置于精炼炉内精炼。低合金中硅含量。然后再把预脱硅后的锰硅合金置于精炼炉内精炼。中碳锰铁生产工艺中碳锰铁生产工艺38把把2 mm大小的石灰和锰矿在竖炉内预热到大小的石灰和锰矿在竖炉内预热到800,然后与矿热炉的然后与矿热炉的液态锰硅合金一起放到摇包中摇动，生产出合格的中低碳锰铁。液态锰硅合金一起放到摇包中摇动，生产出合格的中低碳锰铁。日本的水岛法日本的水岛法(摇包

19、硅热法摇包硅热法)20m20m3 3摇包摇包- -精炼炉生产中碳锰铁合金工艺流程精炼炉生产中碳锰铁合金工艺流程矿热炉精炼炉回转窑第一次摇包处理第三次摇包处理第二次摇包处理弃渣硅锰合金矿和石灰硅锰富锰渣弃渣硅锰合金矿，石灰矿，石灰合格中碳锰铁富锰渣矿，石灰富锰渣40乌德霍姆法（喷吹法）乌德霍姆法（喷吹法）（1 1） 采用采用2500KVA2500KVA的工频感应炉。每炉的工频感应炉。每炉装装1515吨硅锰合金。吨硅锰合金。（2 2） 惰性气体为载体将锰矿与石灰喷吹惰性气体为载体将锰矿与石灰喷吹入熔体内部。入熔体内部。（3 3） 在硅含量降低到约在硅含量降低到约7%7%时分渣一次，时分渣一次，继续喷入锰矿和石灰直到硅含量降低到继续喷入锰矿和石灰直到硅含量降低到1%1%。41中低碳锰铁生产工艺总结中低碳锰铁生产工艺总结n为什么要生产中低碳锰铁？为什么要生产中低碳锰铁？n用什么原料生产中低碳锰铁？用什么原料生产中低碳锰铁？n相同原料的生产工艺为何不同？相同原料的生产工艺为何不同？42摇包工艺中的科学问题摇包工艺中的科学问题摇包示意图摇包反应动力学摇包反应动力学摇包转速对渣中氧化锰还原速率的影响摇包转速对渣中氧化锰还原速率的影响摇包内两相液体运动的影响因素摇包内两相液体运动的影响因素44渣渣 ( (g g, ,u u, , ， ) )金金 属属 熔熔 体体液液 面面 高高 度度 H