高爐冶煉錳鐵生產(chǎn)工藝

1875年普爾塞爾（A.Pourcel）在法國泰爾努瓦（Terre Noire）的高爐內(nèi)煉出含有60%～80%Mn，6%～7%C的高碳錳鐵。20世紀(jì)初中國漢陽鐵廠在100t高爐內(nèi)冶煉鏡鐵。1937～1944年日商在天津建制鐵所冶煉錳鐵。中華人民共和國成立后，1949年陽泉鋼鐵廠用高爐冶煉鏡鐵和錳鐵。鞍山鋼鐵公司于1950年用試驗爐和臨近大修的高爐冶煉錳鐵。石景山鋼鐵廠、重慶鋼鐵廠與馬鞍山鋼鐵廠等都先后用高爐生產(chǎn)錳鐵和鏡鐵。新余鋼鐵廠于1960年開始冶煉錳鐵。

高爐冶煉錳鐵的焦比高，負(fù)荷輕；煤氣量大，在爐身極易發(fā)展邊沿氣流；爐料吹損大；爐頂溫度高。初渣中MnO含量高，流動性好，對爐身中、下部耐火磚侵蝕快。由于上述特點和冶煉規(guī)律，錳鐵高爐的內(nèi)型與生鐵高爐相比是擴(kuò)大爐喉；加大爐腹直徑使高爐有效高度和爐腰直徑比降低；實踐證明，無爐襯高爐（圖3）能適應(yīng)冶煉錳鐵的要求，可以得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。所謂無爐襯高爐是指除承受高溫爐渣和鐵液的爐缸與爐底部分用磚砌外，爐腹、爐身的外殼用水噴淋或汽化冷卻。不砌耐火材料。錳鐵高爐的其他設(shè)備基本與煉鐵高爐相同，僅在一些參數(shù)和設(shè)備匹配上作適當(dāng)修改。

高爐錳鐵用錳礦石要求含Mn>30%，Mn：Fe>3，P：Mn<0.005，對SiO₂量有限制。塊度8～40mm。入爐錳礦經(jīng)過水洗可以降低入爐礦含粉率，提高錳礦的含錳量，和降低焦比。水洗后<2 mm的粉礦可作尾泥處理。2～8 mm粉礦用帶式燒結(jié)機(jī)燒結(jié)成高堿度錳燒結(jié)礦或高堿度高M(jìn)gO錳燒結(jié)礦。對焦炭的要求與煉鐵高爐相同。熔劑最好用生石灰，也可用石灰石。

根據(jù)錳鐵高爐爐體解剖的結(jié)果，加入的爐料在高爐內(nèi)可分為塊狀帶，軟熔帶、滴落帶和再還原區(qū)。塊狀帶位于爐身處，爐料未達(dá)熔點時，錳礦、焦炭和熔劑分層相間存在；錳礦中的錳、鐵高價氧化物在塊狀帶受熱分解和被爐氣中的CO還原成MnO與FeO；還原反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，使?fàn)t頂溫度升高；爐料中的水分（附著水和結(jié)晶水）、有機(jī)物等隨爐氣外排。軟熔帶位于爐腰與爐腹，包括爐料靠爐壁的軟區(qū)和中部的熔區(qū)；MnO與FeO同錳礦中的脈石和熔劑開始形成初渣，而分為軟熔帶和焦炭層；軟熔帶的存在增大了爐氣的阻力，因此要求錳原料的熔點要高而軟化區(qū)間要窄。滴落帶位于軟熔帶中心；初渣液滴穿過下方的焦炭層時，MnO與FeO被焦炭直接還原。MnO在高爐中的還原過程按巴甫洛夫的觀點，在高爐風(fēng)口以上的爐腹是第一還原區(qū)，風(fēng)口帶為錳、鐵氧化區(qū)，爐缸為再還原區(qū)。MnO的還原是在熔融狀態(tài)被碳還原，與爐缸溫度、爐渣堿度和流動性、焦炭粒度有密切關(guān)系。MnO還原為Mn需要熱量是4946 kJ/kg（Mn），F(xiàn)eO還原為Fe所需的熱量是2699 kJ/kg（Fe），所以高爐冶煉錳鐵的焦比要比冶煉生鐵高。

MnO主要是在熔渣中被碳還原。添加CaO提高爐渣堿度，可以提高渣中MnO的活度和爐缸溫度，使錳的收得率增加。添加MgO可以提高爐渣堿度，改進(jìn)爐渣流動性而降低爐渣中MnO含量。

高爐冶煉過程是在爐料和爐氣的反向運(yùn)動中進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)和機(jī)械運(yùn)動。爐料均勻而有節(jié)奏地下降，反應(yīng)產(chǎn)生的煤氣合理分布上升從爐頂泄出是高爐順行的首要要求。焦炭在風(fēng)口燃燒，焦炭被爐料中的氧氧化，在爐料下降過程中小塊料填充于大塊料之間，爐料逐漸熔化使體積縮小，定期從爐缸排放爐渣與合金等都會在爐內(nèi)形成自由空間。爐料由于自重克服爐料與爐壁、爐料間的摩擦力和煤氣上升的浮力而下降。錳鐵高爐爐缸溫度比生鐵高爐高，爐料軟熔帶相對上移，氣體通道切面相對變小，氣流速度變大，阻力損失增加，對高爐的順行影響甚大。煤氣流的合理分布對高爐冶煉錳鐵十分重要。

高爐錳鐵冶煉用原料主要有錳礦、焦炭和熔劑。

高爐高碳錳鐵錳 礦

高爐冶煉用的錳礦有氧化礦、碳酸鹽礦、焙燒礦和燒結(jié)礦。

礦石中的錳是高爐錳鐵冶煉中的主要回收元素。錳礦石含錳量的高低直接影響錳鐵冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。高爐生產(chǎn)實踐表明，錳礦中含錳量波動1%，焦比波動50~80kg,產(chǎn)量波動3%~5%，因此對入爐礦中含錳量要求越高越好。

錳礦中SiO2的含量是影響渣量的主要因素。據(jù)分析，入爐錳礦中的m(SiO2)/m(Mn)波動10%，相當(dāng)于含錳量波動1%，應(yīng)當(dāng)盡量選用m(SiO2)/m(Mn)低的礦石入爐。我國各廠家入爐混合礦的m(SiO )/m(Mn)一般控制在0.3~0.8。

錳礦中的m(Mn)/m(Fe)決定產(chǎn)品的含錳量，生產(chǎn)不同牌號的錳鐵，需用不同m(Mn)/m(Fe)比值的錳礦。

錳礦中的磷是高爐錳鐵生產(chǎn)中的控制元素，希望越低越好。磷在鋼鐵產(chǎn)品中大都屬有害元素。磷在高爐冶煉中理論上百分之百還原。因此錳鐵產(chǎn)品中的磷含量取決于礦石、焦炭中的含磷量。但在高爐冶煉中，Mn的回收率和錳礦石的品位會在較大范圍內(nèi)變化，因此產(chǎn)品中的含磷量也隨之變化。

錳礦石中允許的含磷量按下式計算：

w(P礦)={[P]/np-(w′pK w″pФ w″pD)}÷H

式中 w(P礦)——入爐錳礦石的含磷量，%；

[P]——產(chǎn)品中允許含磷量上限，%；

np——磷在高爐中的還原率(理論上100%，實際上80%左右)；

w′p,w″p,w″p——分別為焦炭，熔劑 和其他附加物的含磷量，%；

H,K,Ф,D——分別為冶煉每噸錳鐵所需礦石、焦炭、熔劑和其他附加物單耗，kg/t.

某廠高爐錳鐵冶煉對入爐錳礦的m(Mn)/m(Fe)及m(P)/m(Mn)要求下見表。

錳礦中的鉛在冶煉時易還原也易揮發(fā)，還原后沉積在爐底，嚴(yán)重時會破壞爐底，爐溫高時易揮發(fā)，在高爐上部結(jié)瘤。一般為要求錳礦中Pb含量<0.1%。錳礦中的鋅易揮發(fā)在高爐上部沉積，對爐墻磚襯和爐殼有破壞作用，也可能和爐襯混合形成爐瘤。通常要求錳礦中Zn含量<0.2%。

錳礦石入爐粒度一般為5~60mm，含粉率要求小于5%。

高爐高碳錳鐵焦 炭

焦炭在高爐冶煉中不但是還原劑和發(fā)熱劑，而且是整個高爐料柱的骨架。焦炭質(zhì)量的好壞一方面要看其化學(xué)成分，另一方面要看其物理性能——粒度和強(qiáng)度。錳鐵高爐冶煉用焦炭主要有冶金焦、氣煤焦和土焦。不同焦炭質(zhì)量差別較大，使用時應(yīng)綜合考慮。

對焦炭的基本技術(shù)要求：

(l)高而穩(wěn)定的固定碳含量。固定碳含量越高，作為還原劑和發(fā)熱劑的能力越大，對降低焦比，改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有利。

(2)較低的灰分可以減少渣量及灰分帶入的磷含量。

(3)較高的機(jī)械強(qiáng)度，可防止和減輕焦炭在爐內(nèi)下降過程中產(chǎn)生粉末、惡化料柱透氣性。揮發(fā)分低的焦炭機(jī)械強(qiáng)度比較好。

焦炭中的水分雖然對高爐冶煉過程無影響，但水分波動會影響配料的準(zhǔn)確性。因此，希望焦炭水分穩(wěn)定為好。焦炭入爐粒度一般為20~60mm。

高爐高碳錳鐵熔 劑

高爐錳鐵冶煉所用熔劑為石灰石、生石灰、白云石等。

對石灰石和生石灰要求CaO含量越高越好。CaO含量高，帶入的渣量相對減少。使用白云石調(diào)節(jié)渣時，要求白云石的MgO含量盡量高。

熔劑入爐粒度要求：石灰石和白云石15~75mm，生石灰為20~l00mm，小高爐偏下限，中型高爐偏上限。

錳鐵高爐冶煉操作與生鐵高爐相似，但錳鐵高爐具有以下不同特點：

①錳礦中MnO含量較鐵礦中FeO含量低，MnO較FeO難還原。冶煉過程中渣量大，錳的回收率較低。

②由于錳與氧的親和力比鐵強(qiáng)，還原MnO時需要較高的溫度和較大的能量，因此高爐錳鐵的冶煉焦比要比生鐵冶煉高得多，焦炭負(fù)荷輕。

③由于焦比高、焦炭負(fù)荷輕，焦炭和礦石之間粒度相差大。邊緣氣流易于發(fā)展，造成煤氣流紊亂，易產(chǎn)生偏行管道。

④錳鐵高爐煤氣量大，發(fā)熱值高，造成爐頂溫度高，煤氣含塵量大，凈化困難。

⑤爐襯侵蝕快，爐底易堆積，使得爐襯壽命低于生鐵高爐。

以上特點決定了錳鐵高爐的操作制度有別于生鐵高爐而具有自身的特點。

高爐高碳錳鐵裝料制度

高爐錳鐵冶煉中原料、燃料及熔劑的裝入方法直接影響高爐斷面料層分布及上升煤氣流的分布，高爐裝料制度包括料線、料批、裝料順序和布料器工作制度。

(1)料線，即大鐘下降后的下沿至料面距離，根據(jù)錳礦粒度小、密度大、滾動性差，焦炭粒度大、滾動性好的特點，錳鐵高爐的料線選在碰焦點以下，通過反彈布料，使礦石布到邊緣，焦炭布到中心，有利于中心煤氣流的發(fā)展。

(2)批重,指每一批料礦石重量。小料批加重邊緣，大料批發(fā)展邊緣。根據(jù)錳鐵高爐的冶煉特點，一般采用小料批加重邊緣。

(3)裝料順序,指一批料中礦石、焦炭、熔劑裝入料斗的順序。礦石先裝為正裝(加重邊緣)，焦炭先裝為倒裝(發(fā)展邊緣)。此外還有分裝、半正裝、半倒裝等。

(4)布料器工作制度,采用布料器是使?fàn)t料在高爐斷面分布均勻的一項措施，它還可用來糾正爐料下降和煤氣上升的不均勻。錳鐵高爐通常采用六點式布料器布料，即每批料旋轉(zhuǎn)60度。

生產(chǎn)實踐證明：錳鐵高爐采用深料線、較小料批、正裝或正分裝為主的裝料制度有利于爐況順行。

高爐高碳錳鐵送風(fēng)制度

錳鐵高爐的送風(fēng)制度直接影響煤氣的初始分布及爐況。送風(fēng)制度的確定體現(xiàn)為鼓風(fēng)動能，即風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)溫及風(fēng)口尺寸等參數(shù)的選擇。

在原料強(qiáng)度好、粒度均勻且粉末少的情況下，可采用大風(fēng)量及較小風(fēng)速(大風(fēng)口)。反之則采用小風(fēng)量、較大風(fēng)速(小風(fēng)口)。高爐容積與鼓風(fēng)動能成正比。即高爐容積越大、鼓風(fēng)動能也越大。冶煉產(chǎn)品含Mn量越高，爐缸越易堆積，為此需要的鼓風(fēng)動能也越大。

在高爐錳鐵冶煉中，為保爐缸活躍，要采取措施吹透中心。除力爭全風(fēng)操作外，還應(yīng)保持較高風(fēng)速和較大的鼓風(fēng)動能，以及調(diào)節(jié)風(fēng)口長度和角度來實現(xiàn)這一目的。

高爐高碳錳鐵熱制度

高爐錳鐵冶煉的熱制度是指冶煉中爐溫水平及維持手段。爐溫水平的確定應(yīng)建立在保證錳的還原率及有利于降低焦比的基礎(chǔ)上。

爐溫的高低主要取決于焦炭負(fù)荷、風(fēng)溫、煤氣熱能和化學(xué)能的利用情況。

焦炭負(fù)荷與礦石中的錳、鐵含量，冶煉中的渣量，熔劑消耗量以及風(fēng)溫、高爐容積和工作狀態(tài)有關(guān)。在以上條件較穩(wěn)定的前提下，應(yīng)保持較合適而穩(wěn)定的焦炭負(fù)荷。當(dāng)以上條件變化時應(yīng)根據(jù)變化相應(yīng)調(diào)整焦炭負(fù)荷，以保證爐溫的穩(wěn)定。

在高爐錳鐵冶煉中，熱風(fēng)帶入的熱量是高爐熱量的主要來源之一。提高風(fēng)溫可降低焦比，減少煤氣生成量，有利爐況順行。因此在設(shè)備條件許可下應(yīng)盡量提高風(fēng)溫。

高爐高碳錳鐵造渣制度

高爐錳鐵造渣制度與原料條件有關(guān)。當(dāng)錳礦品位高，Mn,Fe質(zhì)量比高時，可采用無熔劑或少熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵，此時爐渣為低磷、低鐵富錳渣，可作為硅錳合金的原料。我國錳礦石含錳品位低，國內(nèi)以熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵，以堿性渣操作為主。生產(chǎn)實踐表明：渣中MgO含量由5%提高到8%時，渣中MnO由8%降至5%。為此，在高爐錳鐵冶煉中合適的爐渣成分為:CaO為30%~44%;SiO2為25%~30%;MgO為8%~12%;Al2O3為10%~15%,MnO為3%~7%。2100433B