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吹氧法生产工艺及冶炼操作
时间:2017年05月23日         信息来源:www.ashxyj.com

    一、吹氧脱碳法

    吹氧脱碳法生产中低碳锰铁是以还原电炉或高炉冶炼的液态高碳锰铁为原料,热兑到转炉中,通过氧枪吹入氧气,氧化高碳锰铁中碳;同时加入适量的造渣剂或冷却剂,当合金中的碳脱的符合标准要求时,即为低碳锰铁。

    某厂在1.2t小时氧气顶吹转炉上,以液态高炉锰铁为原料,吹炼中碳锰铁。吹炼主要参数为:氧枪喷头距金属液面400mm,液态高炉锰铁w(Mn)>73%,w(P)<0.2%,供氧制度采用“低一高一低”型,即前期供氧压力0.6MPa,中期0.85MPa,还原剂(锰硅合金)加入量分别为液态高碳锰铁加入量的25%左右和20%~21%。终渣碱度控制在1.1。

    美国联合碳化物公司1976所开始采用转炉氧气顶吹脱碳法批量生产中碳锰铁。液态高碳锰铁兑入转炉内后,产即开始吹氧脱碳,直到合金中碳含量合格后出炉。用此法可生产出含锰80%、含碳1.3%的中碳锰铁,生产能耗折合约为电硅热法电耗的一半,生产成本较低,但吹炼过程中锰的挥发损失较大,高碳锰铁中锰的回收率约80%。德国电冶金公司在吹氧脱碳结束后,向炉内加入硅铁和石灰还原渣中的MnO,使锰的回收率达到了91.8%。

    南非与法国合作,在61底吹转炉上用两支燃油保护的氧枪进行吹炼,吹炼温度1650~1750℃范围。第一阶段吹氧,把碳从6%~7.5%降至2%~3.2%,熔体温度为1650~1720℃,第二阶段加入氧气与水蒸气的混合气,温度保持不变,把碳降至1.6%;第三阶段吹入氩气赶氢,再加入锰硅合金还原渣中氧化锰。此法生产的锰回收率为91.5%。

    日本金属与化学公司采用转炉顶底复合吹炼技术,在转炉上部吹氧,底部喷吹惰性气体(Ar,N2,CO2),待吹炼至碳合格后,再由顶部喷入硅铁、锰硅、铝粉和熔剂还原渣中的MnO,高碳锰铁中锰元素的回收率达88%。

    吹氧脱碳

法生产中低碳锰铁的优越性在于可以利用高炉锰铁,拓宽了中低碳锰铁生产的途径。但由于该法需要的冶炼温度较高,锰的挥发损失较大,特别是生产低碳锰铁,冶炼温度需要控制在1950℃以上,锰的挥发损失更大。因此,如何提高锰的回收率,是解决该法生产的关键。

    日本某厂将转炉安装于摇架上,当吹氧脱碳至2%后,启动摇动设备,以稀释率为40%的氧气(惰性气体、(氧气+惰性气体))进行吹炼,控制摇速16~20r/min时,锰的回收率从不摇动时的85%提高到了92%。

    生产中发现,吹炼过程中向转炉内添加石灰,脱硫效效果明显,产品含硫量从不加石灰时的0.13%可以降到0.02%.

    吹氧脱碳法生产中低碳锰铁,采用的是热装生产工艺,省去了中间产品的浇铸、精整、运输、破碎等工艺,简化了工艺流程,以转炉代替电炉,以氧化代替电,节约电能,设备简单,易于实现机械化该法生产财期短,产量高,生产成本降低,可充分利用贫锰矿资源组织生产,是一种具有明显优越性的生产方法。

    冶炼操作时庆注意事项:

    (1)补炉。吹炼时炉渣对炉衬的侵蚀严重,出完炉后,需要用镁砂、卤水拌合料补炉,补炉要做到高温快速。

    (2)碱度控制。吹炼前期碱度控制在n(CaO)/n(SiO2)=1.1~1.2,中期碱度不超过2,后期碱度不超过4,加还原剂后,炉渣碱度控制在1.1~1.2。

    (3)在保证迅速脱碳的前提下,为减少锰的挥发损失,吹炼中要尽量避免1850℃以上的高温,当温度过高时,可加入适量冷却剂降温,常用的冷却剂有石灰、莹石、中碳锰铁。

    (4)终点判断。准确的终点判断是控制产品质量、提高产品合格率的一个重要手段。通常根据火焰和耗氧量来判断:

    ①观察吹氧时炉内逸出的烟气火焰。在一定温度下,火焰

的长度取决于燃烧生成的CO及CO2的浓度,CO及CO2的浓度又间接反映合金中碳的剩余碳已经比较低,相应地吹氧脱碳效果也降低,炉口火焰显得飘摇无力,或缩于炉口以内。

    ②氧气消耗量,实践中发现吹氧的消耗量与高碳锰铁的铁水含碳量对应关系很强,凭借经验可以从氧气的消耗量判断合金中碳的剩余量是否已经到了吹炼终点。必要时,可以取样快速分析进行碳含量的测定。

    (5)添加锰硅合金还原剂,待到吹氧结束,合金中的锰约有20%~30%被氧化入渣,增大了锰元素的损耗。为了提高锰的回收率。需要向炉内加入粒度小于20mm的锰硅合金,以还原渣中的MnO。锰硅合金加入量根据入炉铁水量、冷却剂数量、吹炼品种进行计算。通常,锰硅合金加入量约为入炉铁及补加的锰铁总量的20%,需要预热到400~500℃以后再加入炉内。

    (6)出炉与浇铸。待用作还原剂加入的锰硅合金全部熔化后出炉。将炉内的渣液与铁液一起倾倒入铁水包中,利用倾倒时的强烈搅拌作用,还原渣中MnO。合金液在浇铸包或镇静盆中覆渣静置一段时间降温后,再进行盖渣浇铸,以保护锭模不被高温铁水烧坏。

    二、吹氧脱硅法

    吹氧脱硅法以液态锰硅合金为原料,在转炉中用氧气吹炼脱硅,制取中低碳锰铁。操作工艺与吹氧脱碳法相似。1978年,上海铁合金厂用锰硅合金进行吹氧脱硅冶炼中低碳锰铁试验获得成功。

    操作方法:

    (1)使用含Mn32%左右,m(Mn)/m(Fe)≥4,m(P)/m(Mn)≤0.006的锰矿在矿热炉中生产锰硅合金;

    (2)液态锰硅合金扒渣称重后,倒入内衬镁砖的转炉中,吹氧脱硅;

    (3)吹炼过程中氧枪要始终插入渣中,同时陆续加入石灰、莹石等造渣材料;

    (4)吹氧接近终点时,取样化验含硅量,合格后可出炉,镇静降温后浇铸。

    采用液态锰硅合金吹氧脱硅炼制中低碳锰铁,锰回收率在75%以上;与摇炉-电炉预炼法相比,存在以下不足:该法以氧气脱硅,硅的自由能没有得到有效利用。其综合能耗高;冶炼过程中锰的氧化损失大,锰回收率低。



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