錳硅合金簡(jiǎn)史

20世紀(jì)初法國(guó)冶金學(xué)家在研究電硅熱法生產(chǎn)中、低碳錳鐵過(guò)程中，用碳從含錳高的硅酸錳礦還原出含Mn75%、Si20%～25%和碳約1%的錳硅合金，代替硅和硅鐵作還原劑。第一次世界大戰(zhàn)（1914～1918）末期，德國(guó)魏斯韋勒廠在1000kVA電爐內(nèi)，用焦屑還原含約10%Mn的高爐渣，產(chǎn)出含Si16%的錳硅合金。1929年克萊門(mén)特（F.Clements）報(bào)導(dǎo)了含Mn60%～80%的錳硅合金中硅與碳含量間的關(guān)系。從圖1中看出含Si>18%時(shí)，合金含C<1%。

錳硅二元系相圖見(jiàn)圖1。在高溫液相區(qū)有兩個(gè)穩(wěn)定化合物，Mn₅Si₃和MnSi。在液相線(xiàn)下的化合物有Mn₆Si、Mn₉Si、Mn₃Si、Mn₅Si₂和Mn₁₁Si₉等。錳硅合金中含有約20?，Mn-Si-Fe合金在錳角的液相線(xiàn)投影圖見(jiàn)圖2。圖2中的粗黑虛線(xiàn)為有鐵存在時(shí)Mn-Si系共晶點(diǎn)與包晶點(diǎn)的移動(dòng)軌跡，即液相面相交線(xiàn)的投影。圖2中還給出了Mn-Si系中的共晶反應(yīng)點(diǎn)（e₆、e₇）、包晶反應(yīng)點(diǎn)（p₄、p₅、p₆、p₇）及Mn-Si-Fe三元共晶點(diǎn)p₁。錳硅合金在使用價(jià)值上的特點(diǎn)是含碳量與含硅量成反比（見(jiàn)圖3）。這是因?yàn)殄i的硅化物比碳化物穩(wěn)定。商品錳硅鐵合金（含Mn65%～75%、Si15%～25%）的密度約為6.3g/cm，熔化溫度范圍為1075～1320℃。

錳硅合金加入鋼液中脫氧，脫氧產(chǎn)物為MnSiO3。比FeSiO3的熔點(diǎn)低，表面張力較大，容易從鋼液中上浮，因而鋼中夾雜物較少。錳硅合金脫氧時(shí)，錳和硅的利用率均較高，所以錳硅合金是良好的復(fù)合脫氧劑。錳硅合金的錳碳比高，特別適合冶煉含錳的低碳鋼。由于鎮(zhèn)靜鋼、高強(qiáng)度低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼等產(chǎn)量的增加，錳硅合金的用量也相應(yīng)增加。

錳硅合金是在埋弧還原電爐內(nèi)，用碳還原錳礦和硅石煉成的。（工藝流程見(jiàn)圖4）電爐容量3000～63000kVA，爐型可以是封閉式、半封閉式或敞口式。（見(jiàn)埋弧還原電爐）

錳硅合金原料

錳原料通常由幾種錳礦。富錳渣、錳燒結(jié)礦等搭配組成。入爐成分要求為Mn>30%，Mn/Fe>4.5，P/Mn≤0.0035；硅石含SiO₂>98%；焦炭含固定碳>80%，灰分<15%；熔劑有石灰（或石灰石）、白云石與螢石等，添加量根據(jù)錳原料的脈石組分、冶煉渣型及電爐容量等決定。

錳硅合金冶煉過(guò)程

在電爐冶煉時(shí)爐內(nèi)分成4層，即爐料層、焦炭層、爐渣層與合金層。（圖4）爐料層是礦石、熔劑與焦炭的混合物。在電極周?chē)蠈颖?，下料速度快，靠爐墻料層厚。礦石受熱收縮而出現(xiàn)細(xì)裂紋和孔穴，至下部變成網(wǎng)狀。爐料區(qū)內(nèi)MnO2與Fe₂O3被CO還原或熱分解成MnO和FeO?？拷固繉拥牡V石開(kāi)始軟化和生成熔點(diǎn)約為1200～1300℃的初渣。中國(guó)的錳礦含Al₂O₃較高，初渣的熔點(diǎn)可參考MnO-SiO₂-Al₂O₃系相圖（圖5）。爐料層下面為焦炭層，厚約100mm，在錳硅合金冶煉中占有重要位置。熔融的爐料和初渣穿過(guò)此層時(shí)，被赤熱的焦炭還原。焦炭層的焦炭孔隙中有大量的細(xì)金屬粒，它是含Si20%～30%的合金。熔渣穿過(guò)焦炭層而進(jìn)入爐渣層。在電極下端及其附近是焦炭粒，熔渣和金屬粒的混合層。在電弧加熱的高溫下進(jìn)行碳還原MnO與SiO₂的反應(yīng)。還原出來(lái)的合金下沉至熔池底部，形成合金層。

錳硅合金冶煉操作

錳硅合金的冶煉操作與高碳錳鐵相似，但渣鐵出爐溫度應(yīng)控制在1400～1500℃之間。爐渣熔點(diǎn)應(yīng)選擇在1300℃附近。爐渣熔點(diǎn)過(guò)高，則爐料過(guò)熱，渣黏度大，渣中夾合金多；熔點(diǎn)低則成渣速度大于反應(yīng)速度，造成爐內(nèi)翻渣。提高爐渣堿度可以降低渣中MnO的含量，從而提高錳的回收率。但堿度過(guò)高會(huì)使二氧化硅的還原變得困難，渣量增加。確定適當(dāng)?shù)臓t渣堿度十分重要。堿度CaO MgO/SiO₂應(yīng)控制在0.6～1.1范圍內(nèi)。生產(chǎn)Si≥22%的錳硅合金取下限，生產(chǎn)Si≤14%的錳硅合金取上限。減少渣量是降低電耗，提高錳回收率的前提。降低渣量的主要途徑是提高錳原料含錳量及選擇Al₂O₃含量高的渣型。渣中Al₂O₃要控制在15%～20%。合金與渣需定時(shí)從爐內(nèi)排出并將合金鑄錠，爐渣則送沖渣場(chǎng)粒化，用作建筑材料。 2100433B

電爐冶煉硅錳合金與冶煉碳素錳鐵一樣，爐料中的 Fe和P先被還原，Mn的高價(jià)氧化物在上層分解或被CO還原成低價(jià)氧化物 MnO，低價(jià)氧化物MnO再與C反應(yīng)生成碳化物，其反應(yīng)式可寫(xiě)作

MnO (1 x)C→MnCx CO

隨著爐料的下沉進(jìn)入高溫區(qū)，C還原SiO₂的反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生

SiO₂ 2C=Si 2CO

被還原出來(lái)的Si再與已生成的MnCx作用生成硅錳合金，并促進(jìn)了Si的還 原，反應(yīng)式為

SiO₂ 2C MnCx=Mn·Si·Cx 2CO

生成的Si愈多，碳化物被破壞的愈徹底，合金含碳量也愈低。當(dāng)合金的含硅量 低于23.5%時(shí)(如硅錳10、硅錳14、硅錳17和硅錳20)，硅破壞碳化物的反應(yīng) 可寫(xiě)作

(Mn，F(xiàn)e)₇C₃ 7Si=7(Mn ·Fe)Si 3C

若含硅量較高，則破壞碳化物的反應(yīng)可寫(xiě)作

(Mn，F(xiàn)e)₇C₃ 10Si=7(Mn·Fe)Si 3SiC

鎂鋁硅[錳]系[鑄造]合金是以鎂為基本元素和鋁、硅為主要合金元素(有時(shí)含錳)組成的合金。耐熱性好，是常用的壓鑄鎂合金。

中文名稱(chēng)

鎂鋁硅[錳]系[鑄造]合金

英文名稱(chēng)

magnesium-aluminum-silicon-[manga- nese cast] alloy

定　　義

以鎂為基本元素和鋁、硅為主要合金元素(有時(shí)含錳)組成的合金。耐熱性好，是常用的壓鑄鎂合金。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），金屬材料（二級(jí)學(xué)科），有色金屬材料（三級(jí)學(xué)科），鎂及其合金（四級(jí)學(xué)科）