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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3Mn元素性质及其工业应用Mn元素性质：M=54.93ρ=7380kg/m3Tm=1517KTb=2365KT=1555℃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FeMn85FeMn800.2-0.71.0-2.00.1-0.30.021.0-2.00.7-2.50.2-0.40.027.0-7.52.5-4.50.33-0.40.03CSiPS⑴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(2)锰硅铁合金Mn+SiCPSFeMn68Si18831.50.210.02FeMn64Si27870.40.210.02MnCJMn97970.08JMn95950.15JMn93930.20(3)金属锰6锰铁合金产品对原料条件要求(2)Mn、Fe、Si、P的回收率——工艺水平（渣系选择、炉前作业）Fe、P90%Mn、Si回收率根据工艺水平有变化产品原料条件入炉MnMn/FeP/Mn碳锰FeMn78C8.0＞40%＞8.8＜0.002FeMn65C7.0＞34%＞4.5＜0.003锰硅FeMn65Si18＞34%＞6＜0.002(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品级Mn%≥Mn/Fe≥P/Mn≤各占比例%产地一4070.0045广西湖南贵州二3550.005三3030.006四2520.00670辽宁五18不限不限25※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。8MnMn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910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]+COMn4+Mn3+Mn2+Mn3C直接还原C的直接还原CO间接还原(P2O5)渣+5C=2[P]+5CO(SiO2)渣+CaO或MgO=(CaO或MgO)n·(SiO2)m※MnO·SiO2+CaO=CaO·SiO2+MnO副反应11高碳锰铁冶炼工艺（熔剂法）冶炼原理：FeO+CO=Fe+CO2△G°＝－49324＋40.13TT始=1229K(956℃)MnO+CO=Mn+CO2△G°＝－412664＋172.16TT始=2396K(2123℃)MnO+C=Mn+CO△G°＝575266－339.78TT始=1693K2MnO+8/3C=2/3Mn+2CO△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1)混合配矿中的Mn/Fe比：FeMn78C8.0产品Mn/Fe=7.89FeMn74C7.5产品Mn/Fe=5.1FeMn68C7.0产品Mn/Fe=3.42)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ηMn=78%～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牌号SiMn/FeFeMn78C8.047.8FeMn74C7.545.1FeMn68C7.043.4元素含量(%)Mn/FeP/MnMn50100.0011Fe5P0.05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Mn%28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,FeMn60Si28(1)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MnO·SiO2+3C=MnSi(Fe)+3CO第二种论述MnO·SiO2+4/3C=1/3Mn3C+SiO2+CO(低温)SiO2+2C=Si+2CO(高温)1/3Mn3C+Si=MnSi+1/3C(Mn3C是中间产物)第三种论述MnO·SiO2+SiCMnSi(Fe)+3CO锰硅铁合金冶炼MnMn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0.5—0.7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1.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＝(MnO)+CO2烧结工艺单位负荷的炉膛深度m/MW单位负荷的极心圆面积m2/MW单位负荷的熔炼区域体积m3/MW高于理论用焦量的比例%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）锰矿石的物理性质矿名主要矿物化学式晶体结构总水量/%结晶水/%吸附水/%烧损/%澳州锰矿硬锰矿4MnO2·2H2O单斜5.334.440.8914.7澳州锰矿软锰矿MnO2立方1.601.611.3加蓬锰矿软锰矿MnO2立方4.9704.9714.7南非锰矿褐锰矿Mn2O3四方0.4500.452.9越南锰矿软锰矿MnO2立方变化0变化9.0阿根廷锰矿菱锰矿MnCO3三斜变化0变化38※※以MnCO3为菱锰矿成分计算矿物化学式颜色密度/g·cm-3晶体结构硬度(莫氏)软锰矿MnO2黑色4.8~5.6立方2~5硬锰矿4MnO2·2H2O钢灰色3.9单斜4~6褐锰矿Mn2O3黑棕色4.7~4.9四方6~6.5黑锰矿Mn3O4黑色4.7~4.8四方5水锰矿Mn2O3·3H2O钢灰色4.2~4.4斜方4.2~4.3菱锰矿MnCO3玫瑰红-暗红色3.3三斜3.5~4.6锰方解石(Ca,Mn)CO3白、灰白带微红2.7~3.1三方3.5~4.5蔷薇辉石MnO·SiO2淡红色3.5~3.7三斜6锰橄榄石MnSiO4淡红色4.04斜方5.5~6硫锰矿MnS绿棕色3.9~4.1立方3.5~4方锰矿MnO翠绿色5.4八面体5.6主要的含锰矿物矿名成分/%结晶水/%吸附水/%主要矿物MnSiO2CaOMgOFeOAl2O3PS澳洲锰矿48.655.322.540.663.293.500.0560.0534.440.89硬锰矿澳洲锰矿50.039.431.020.655.520.860.0350.0384.60软锰矿加蓬锰矿50.174.030.290.463.824.620.1020.0294.97软锰矿南非锰矿51.495.024.910.6612.50.390.0400.1400.45褐锰矿越南锰矿46.648.941.130.247.843.330.0930.030软锰矿一些进口锰矿的成分和矿物结构矿名成分/%主要矿物MnSiO2CaOMgOFeOAl2O3PS娄底锰矿约30约2314.33.65.14.60.162.08硫锰矿、锰橄榄石洮江锰矿约29约2220.44.53.24.10.060.45方锰矿、锰橄榄石等湘潭锰矿约30约2712.93.73.75.80.171.10方锰矿、锰橄榄石照东锰矿约30约201.02.51.48.20.060.34锰橄榄石等建昌锰矿约23约213.92.4约142.20.071.8菱锰矿、锰方解石等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311.硬锰矿2.菱锰矿4MnO2·2H2OMnO2Mn2O3Mn3O44MnO2·2H2O+附着水100～150℃400～500℃≥527℃≥900℃4MnO2·2H2OMnCO3+附着水H2OH2OMnCO3MnO100～150℃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℃T=25℃T=500℃/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3937.44313.83566.43396.93220.1376.4747.4916.91093.7一吨镍铁理论电耗（kwh)高硅镍铁低硅镍铁低硅500℃低硅600℃低硅700℃MnMn中、低碳锰铁合金的生产方法和原理35生产方法冶金原理高碳锰铁吹氧脱碳硅热法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MnMn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