纯净高硅硅锰合金的生产工艺分析

【内容摘要】高硅硅锰合金是一种用途较广，产量较大的铁合金，主要应用于低碳锰铁、金属锰、高强度焊条的生产中，对其产品中的各种元素含量有着严格的限制。本文就纯净高硅硅锰合金的几种生产工艺进行了分析，并提出了一些优化措施。

【关键词】纯净 高硅硅锰合金 生产工艺 

1 引言

硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的铁合金，用途较广产量较大，主要作为锰的替代品应用于低碳锰铁、金属锰和高强度焊条的生产中，是钢铁生产的脱氧剂和合金剂的中间料，更是低碳锰铁生产的主要原料。作为金属锰的替代品，高硅硅锰合金中C、P等杂质的含量已经达到了较低的水平，但随着钢铁工业结构的调整，对铁合金产品的生产质量提出了更高的要求，这就需要对硅锰合金中P、C等杂质含量进一步进行控制。本文就纯净高硅硅锰合金的几种生产工艺进行了分析，并从温度控制、原材料等方面提出了一些有效的优化措施。

2 纯净高硅硅锰合金生产原理与操作要点

2.1 纯净高硅硅锰合金产品生产执行标准

表1:纯净高硅硅锰合金产品执行标准

2.2 纯净高硅硅锰合金生产原理

纯净高硅硅锰合金的生产原理同硅锰合金的生产原理基本相同，都是在矿热炉中用炭同时还原锰矿石和硅石中的氧化锰和二氧化硅而炼制生产的论，可以在大、中、小型矿热炉内采取连续续式操作进行冶炼。在纯净高硅硅锰合金冶炼过程中的主要化学反应有以下三种：

(MnO)+(1+x)C=[MnCx]+CO

(SiO2)+2C=[Si]+2CO

(SiO2)+2C+(MnCx)=MnSiCx+2CO

同普通硅锰合相比，其区别在于产品的合金[Si]含量上的不同，以及已生成碳化物的破坏形式上的不同。当[Si]<23.5%时，对已生成碳化物的破坏形式为:

(Mn,Fe)7C3+7Si=7(Mn,Fe)Si+3C

当[Si]>23.5%时，对已生成碳化物的破坏形式为：

(Mn,Fe)7C3+10Si=7(Mn,Fe)Si+3SiC

2.3 纯净高硅硅锰合金冶炼操作要点

从硅锰合金生成的热力学条件可以看出，要达到越高的硅含量所需要的还原反应温度就越高，因此纯净高硅硅锰合金的生产需要比普通硅锰合金的生产更高的炉温，同时还需要从原材料、炉渣、反应区域等方面为纯净高硅硅锰合金的冶炼提供必要条件。在原料、设备条件都处于最适宜的情况下，配料比对炉况的保持非常关键，其中需要考虑原料成分、水分含量、粒度变化等，最为关键的是要掌握好焦炭的用量、原料粒度、精料入炉。纯净高硅硅锰合金能否冶炼成功，炉渣能否顺利排出极为关键。虽然出铁口较容易用铁杆捅穿，但为了防止出炉时铁杆熔化增铁，通常都不用铁杆烧出铁口。

3 纯净高硅硅锰合金几种常见生产工艺

目前，我国用于纯净高硅硅锰合金的常见生产工艺主要有以下几种:

3.1 一步法

一步法是合冶炼中较常用的一种方法，由于此工艺渣层能达到良好的脱碳效果，且设备投资较小，在我为应用较为普遍。利用一步法进行纯净高硅硅锰合金冶炼时，由于所产生的渣量较大，因此除了要注意锰矿的入炉口位和Mn/Fe配比外，还要注意CaO/SiO2配比。在实际冶炼中，应用一步法冶炼纯净高硅硅锰合金，要控制渣量就要从渣型选择、炉况、技术指标、经济指标等方面进行控制，而这些最终都受到炉渣性能的影响。一般来说，采用一步法生产纯净高硅硅锰合金时，炉渣碱度需要控制在0.8左右，此外还需要考虑炉渣粘度和电导率等问题。

3.2 二步法

二步法也称重熔法，是一种利用普通锰硅和固态硅铁重熔或液态热兑，用以生产纯净高硅硅锰合金的一种冶炼方法。通常二步法又分为电炉法与中频炉法，电炉法涉及到造渣但产量较高，中频炉法的原料范围比电炉法更广，但炉衬挂渣较为厉害。相对来说，二步法比一步法的热利用率较高，但车间联动能力较弱，投资相对更高。但由于采用二步法炉况较容易控制，且容易实现渣型的转换，因此在我国合金冶炼中应用也较为广泛。

3.3 摇包法

摇包法是将液态中锰渣与硅铁在炉外摇包中生产，以冶炼纯净高硅硅锰合金的一种方法。采用摇包法冶炼纯净高硅硅锰合金，先将预热的锰矿、白灰、液态锰硅合金加入到摇包中，然后摇动，借助炉料的显热与潜热，使炉料熔化并产生精炼反应。这种方法最初主要用于中低碳锰铁生产中，在纯净高硅硅锰合金的生产中，与中低碳锰铁冶炼的操作方法一样，但需要注意控制炉渣碱度，保持炉渣中的锰含量。在摇包法生产中，Si既是还原剂也是添加剂。

3.4 几种冶炼方法的优缺点

一步法投资小，成本较低，具有较好的发展前景，但其原料组织和还原剂控制较为复杂，同时挂硅附加硅铁的时间控制要求较高，容易因此影响产品质量；二步法操作灵活、品种综合回收率高，但主要适用于多品种、小批量的生产，用于大容量的生产控制极为严格控制，炉龄也较短，生产成本较高；摇包法在生产纯净高硅硅锰合金时，其自热利用能力较高，锰铁回收率较低，同时锰渣与硅铁的开始反应温度和反应数量的控制较为复杂，产量起伏很大甚至会出现无铁现象。

4 纯净高硅硅锰合金生产工艺优化分析

在纯净高硅硅锰合金生产中，极容易出现炉况波动大、生产指标不稳定、锰矿利用率不高等问题，要优化纯净高硅硅锰合金生产工艺，可以从以下几个方面进行：

4.1 矿热炉的选择优化

在纯净高硅硅锰合金生产中，硅的还原实际上是一个吸热反应的过程，温度越高越有利于硅的还原，越容易提高合金中硅的含量。此外，纯净高硅硅锰合金冶炼时，初期焦炭的配入量通常都较为充足，甚至会有过剩现象，这时极容易在电极周围产生刺火现象，如果炉内布料状况较好，在产生刺火现象时炉料能够极好的堆积到电极的根部压住电极产生的弧光，避免和减少电极刺火对矿热炉内部造成的破坏。因此根据纯净高硅硅锰生产标准的需要，用于纯净高硅硅锰生产的矿热炉应当具有较高的炉膛温度，同时还应具有较好的炉内布料状况。例如，在吉林铁合金有限责任公司所采用的确401半封闭矿热炉，即可以要用人工堆料的方法来压住电极刺火，同时还能有效的增加化料速度，再加上较高的熔炼温度，可以获得较好的生产指标。

4.2 渣型选择优化

合适的渣型对于纯净高硅硅锰合金的生产有着极为重要的意义。纯净高硅硅锰合金中Si的含量要求较高，需要达到61%以上，因此在生产中必须配入大量的焦炭和硅石。在以往的生产中，为了避免加入大量焦炭和硅石引起起翻渣，通常会采用增加大量锰渣配入量的方法以提高炉渣碱度。但这种作法会使渣碱度极高，甚至达到中性渣的水平，实际上这样所获得的炉况效果并不好，极容易因为Sio氧化反应凝结堵塞烟囱，经常绕坏胶管甚至一个班次烟囱堵塞五六次以上，严重影响生产效率和生产安全。同时，大量加入锰渣配入量，还会引起起炉温过高、刺火严重等现象，给水套、侧板、圈梁等带来威胁。因此，必须注意合适的渣型，根据实践验证，终渣大碱度控制在0.6-0.8之间最为合适。炉渣内CaO或MgO含量增时，炉渣粘度都能够降低，但相对来说钙渣型比镁渣型更为稳定，因此从镁渣型中还原Si比钙渣型中还原Si更为容易。

4.3 熔炼操作优化

在硅锰合金的生产中，合金中的[Si]达到位25%左右时，要想再提高[Si]含量较为困难，含量越高难度越大。在熔炼操作中，加入一定量的硅铁可以有效的提升合金中的[Si]含量，并减少中间过渡产品的生成，随着冶炼的不断进行，可以慢慢撤掉硅铁，能过调整焦碳与硅石的配入量来满足合金成分的需要。由于纯净高硅硅锰合金的冶炼需要配入大量硅石，因此炉渣粘度极高，极容易附着在炉内，在生产过程中每炉渣铁必须排放干净，否则极容易引起起翻渣。此外，纯净高硅硅锰合金出炉温度极高，对出铁口的侵蚀极为严重，在熔炼操作中还需要精心维护出铁口，经常剔净出铁口炉渣，修补出铁口，否则极容易烧坏炉眼或堵不上炉眼。

4.4 降碳降磷优化

在纯净高硅硅锰合金生产中，金属熔体中存在硅和碳的平衡，不同温度下硅和碳的活度积不同，在一定温度下熔体中硅含量越高则碳含量越低，因此要采用相应的措施来提高硅含量。可以采用降低温度使碳以SiC和其它复合碳化物形式析出的方法来降低碳含量，如出炉后将熔体静一段时间再浇铸即可以效降低碳含量。还原脱磷是纯净高硅硅锰合金生产中常用的降磷方法，利用还原脱磷过程将磷还原为单质磷，在高温下挥发成气相。在生产中，提高铝含量能有效降低磷含量，但将会增加成本，通常采用提高硅含量的方法来达到脱磷要求。但在脱磷中要注意回磷现象， 避免气相磷重新进入合金之中，因此要控制好脱磷时间。

【参考文献】

[1] 张明远，胡卫，高逸锋.纯净高硅锰硅合金的生产实践[J].铁合金，2007（02）

[2] 白国峰.低磷低碳高硅锰硅合金的生产实践[J].铁合金，2006（04）

[3] 储少军.铁合金学科发展动态分析与展望[J].铁合金，2007（01）

[4] 钟耀球，黄文，韦国邱.高硅锰硅合金生产的渣型选择[J].铁合金，2012（01）

[5] 穆宇同.关于高硅锰硅合金的生产与研究[J].铁合金，2010（05）