锰系铁合金基础知识.ppt

锰系铁合金,锰系铁合金产品分类锰系铁合金冶炼方法锰矿的预处理锰系铁合金炉外精炼技术,2,锰系铁合金产品分类,1）Mn元素性质及其工业应用2）锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用3）锰铁合金产品生产对原料条件要求,3,Mn元素性质及其工业应用,Mn元素性质M54.93ρ7380kg/m3Tm1517KTb2365KT1555℃时，Mn蒸汽压为0.133atm，升华条件锰中毒金属锰元素的工业应用领域①钢铁冶金锰系铁合金②有色冶金MnCu合金（阻尼材料，热敏材料）,,4,锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用,中碳锰铁FeMn80FeMn78FeMn75,高碳锰铁FeMn78FeMn74FeMn68,低碳锰铁FeMn85FeMn80,0.2-0.71.0-2.00.1-0.30.02,1.0-2.00.7-2.50.2-0.40.02,7.0-7.52.5-4.50.33-0.40.03,CSiPS,⑴碳锰铁合金,,,,,其他有害金属元素要求国外有标准，国内正在制订。,5,锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用,6,锰铁合金产品对原料条件要求,2Mn、Fe、Si、P的回收率工艺水平（渣系选择、炉前作业）Fe、P90Mn、Si回收率根据工艺水平有变化,1原料中的Mn/Fe和P/Mn比值,7,,锰矿按其工业上的用途可分为化工用锰矿和冶金用锰矿两大类。,锰矿石分类,锰矿石,化工用锰矿电池氧化锰，高锰酸钾,锰矿类型氧化锰矿（铁合金）碳酸锰矿（电解锰）锰矿中的Mn/Fe比，P/Mn比锰矿中Mn＞30，富Mn矿,冶金用锰矿,,,我国冶金级锰矿分类标准及所占比例,※我国贫矿多、富矿少，且SiO2含量高，因此，锰矿进口量逐年提高，与国内矿搭配使用。,8,,,锰系铁合金冶炼方法（非高炉法）,矿热炉冶炼工艺,无溶剂法,有熔剂法高碳锰铁，锰硅铁合金,硅热冶金,富锰渣（除P，提高Mn/Fe比）,炉外冶炼工艺,中、低碳锰铁，金属锰,,,,吹氧脱碳,高碳锰铁,,9,10,高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）,冶炼原理MnO渣C[Mn]CO主反应FeO渣C[Fe]COMn4Mn3Mn2Mn3C直接还原C的直接还原CO间接还原P2O5渣5C2[P]5COSiO2渣CaO或MgOCaO或MgOnSiO2m※MnOSiO2CaOCaOSiO2MnO,,,副反应,,,,,,11,高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）,冶炼原理FeOCOFeCO2△G＝－49324＋40.13TT始1229K956℃MnOCOMnCO2△G＝－412664＋172.16TT始2396K2123℃MnOCMnCO△G＝575266－339.78TT始1693K2MnO8/3C2/3Mn2CO△G＝510789.6－340.8TT始1499K软熔带,,间接还原,直接还原,,12,熔剂法生产高碳锰铁工艺制订原则,混合配矿中的Mn/Fe比FeMn78C8.0产品Mn/Fe7.89FeMn74C7.5产品Mn/Fe5.1FeMn68C7.0产品Mn/Fe3.42混合矿中的碱度控制配加石灰或白云石,,,13,为什么碱度并非愈高愈好,渣中残Mn含量①Mn的回收率ηMn78～82渣/铁比粘度相分离②炉渣的熔点不能太高Mn的挥发,,,14,无熔剂法生产高碳锰铁,条件①矿石中Mn/Fe比远高于碳锰产品中的Mn/Fe比②获得低P的富Mn渣用于生产锰硅合金或金属硅工艺水平无熔剂法Mn的直收率低一点，但结合后续MnSi铁合金生产，使锰的综合回收率很高。,无熔剂法生产高碳锰铁的工艺案例,碳锰产品,锰矿成份,考题之二100kg上述锰矿，若生产出高碳锰铁后，还可以同时产出Mn28的富锰渣，试问应如何设计高碳锰铁的产品牌号,锰硅铁合金常用牌号FeMn68Si18,FeMn64Si14,FeMn60Si281配料的Mn/Fe比2产品中的碳含量涉及产品用途锰硅铁合金冶金原理第一种论述MnOSiO23CMnSiFe3CO第二种论述MnOSiO24/3C1/3Mn3CSiO2CO低温SiO22CSi2CO高温1/3Mn3CSiMnSi1/3CMn3C是中间产物第三种论述MnOSiO2SiCMnSiFe3CO,锰硅铁合金冶炼,,,,锰系铁合金冶炼中的几点问题,1配料碱度问题锰硅合金冶炼工艺中，终渣碱度不仅取决于炉料配方，同时与冶炼过程SiO2的还原率有关，书上常讲的CaO/SiO2为0.50.7应针对具体渣系而言才对（Al2O3型渣，MgO型渣）；2冶炼锰硅合金时，炉内功率密度大，以获得Si还原必须的高温条件；3锰硅合金生产中，炉况有周期性，炉腔愈炼愈小，其原因是生产高硅锰铁时，炉腔内含形成SiC的积累，因此，转炼工艺十分重要；4配碳量控制和焦炭层的作用。,17,,,,高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意图,松散的烧结料；2.软熔带；3.渣焦混合物；4.焦炭层；5.渣层（有焦炭）；6.渣层；7.金属；8.死料区；9.电极碎块；10.电极；11.碳砖；12.出渣口；13.出铁口,直接还原（MnO）C＝[Mn]CO,间接还原（MnO）CO＝[Mn]CO（MnO2）CO＝MnOCO2,,烧结工艺,,锰系铁合金生产中的存在问题,粉矿矿产资源状况原料预处理贫矿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,,,,不同锰矿种类的理化性质,几种原矿的理化指标几种原矿的差热曲线（DTA）,锰矿石的物理性质,※以MnCO3为菱锰矿成分计算,,主要的含锰矿物,一些进口锰矿的成分和矿物结构,我国一些锰矿的成分和矿物结构,使用锰矿原矿带来的不利因素,粒度问题炉料未熔化层的透气性锰矿结晶水高温脱除引起电能额外消耗,,,,,,,锰矿石在升温过程中的物理化学变化,31,1.硬锰矿,2.菱锰矿,4MnO22H2O,MnO2,Mn2O3,Mn3O4,4MnO22H2O附着水,,,,,100～150℃,400～500℃,≥527℃,≥900℃,4MnO22H2O,MnCO3附着水,H2O,H2O,MnCO3,MnO,,,100～150℃,H2O,≥525℃,CO2,,,,锰矿冶炼过程中的脱水与价态变化,吸附水＜150℃矿中总水份（）结晶水＞500℃Mn价态变化MnO2Mn2O3MnOMn预还原（烧结过程）终还原,,33,矿热炉节电的技术措施炉料热装工艺,Ni,Fe,SiCOSiO2,MgO,CaO,,,,△H（已知）,△H1,△H2,,,镍铁水,炉渣,,,T≥1500℃,T25℃,T500℃/600℃/700℃,△H△H1△H2,反应物,炉气,镍烧结矿焦炭,镍烧结矿焦炭,生成物,热装法冶炼镍铁合金节约电耗计算原理图,34,低硅、高硅镍铁合金及冷装、热装法理论电耗比较,,,,,,,,3937.4,4313.8,3566.4,3396.9,3220.1,,,,,,376.4,747.4,916.9,1093.7,一吨镍铁理论电耗（kwh,高硅镍铁,低硅镍铁,低硅500℃,低硅600℃,低硅700℃,,,中、低碳锰铁合金的生产方法和原理,35,第一步生产锰硅铁合金脱C,第二步锰矿对锰硅合金脱Si,（析出）,（析出）,锰硅合金中硅与碳含量的关系,,,中、低碳锰铁生产工艺与设备,冷装法电弧炉,炉外精炼法,日本水岛法不用电炉，只用摇包中钢广铁“八一”法乌德霍姆法熔沟感应炉,摇包电炉法,摇包内用预热锰矿和石灰对渣态MnSi合金预脱硅；电炉内用锰矿对MnSi合金终脱硅,,,38,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。,,国内中碳锰铁生产工艺现状,把2mm大小的石灰和锰矿在竖炉内预热到800℃,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。,日本的水岛法摇包硅热法,,40,八一法摇包三步脱硅法,,