高硅锰硅合金的生产

1 前言

高硅锰硅合金是生产低碳锰铁和金属锰的还原剂，它的含【Si】量达28%以上，远远高于正常合金含【Si】在18%左右的水平。这就要求冶炼中必须有比普通硅锰合金更高的炉膛温度，更多的焦炭和硅石的配入量。因此，冶炼高硅锰硅合金必须要有更大的难度。

2 生产原理

高硅锰硅合金的生产原理与普通锰硅合金有相同之处，其主要化学反应如下：

（MnO）+（1+x）C=【MnCx】+CO

（SiO2）+2C=【Si】+2CO

（SiO2）+2C+（MnCx）=MnSiCx+2CO

它们的区别在于合金【Si】含量的不同对已生成碳化物的破坏形式不同。当【Si】﹤23.5%时，破坏碳化物的反应式为：（Mn,Fe）7C3+7Si=7（Mn,Fe）Si+3C

当【Si】﹥﹥23.5%时，硅破坏碳化物的反应式为：（Mn,Fe）7C3+10Si=7（Mn,Fe）Si+3 Si C

由于硅石量和焦炭量的大量配入，使中间反应：SiO2+C= SiO+CO得到极大的发展，SiO是气体，在上升过程中，部分被氧化，生成SiO2。SiO2粘附在烟道内，越积越多，使烟囱极易发生堵塞现象。

生产实现表明：只要焦炭、硅石的配入量不是过多，就会减少中间产品SiO的生成，也就会减少烟道易堵现象。

3 高硅锰硅合金的生产

3.1 矿热炉的选择

生产高硅锰硅合金的矿热炉应该具备以下两个条件：（1）较高的炉膛温度；（2）炉内布料状况要好。

硅的还原是一个吸热反应，温度高有利于硅的还原，所以，若想把合金中硅的含量提高到一个很高的水平，炉膛温度应保持较高。

由于冶炼高硅锰硅合金时，开始的时候，焦炭的配入量都比较充足，甚至过剩，因此，很容易在电极周围产生刺火现象。这时若布料状况好，炉料能够堆到电极根部，压住电极的弧光，从而减少弧光对矿热炉内设备的损坏。

这两点已经在生产实践中得到了证实。吉林铁合金有限责任公司401#炉是半封闭矿热炉，可以人工推料，在一定程度上压住了弧光，而且增加了化料速度；它的变压器容量为25MVA，有较高的熔炼温度，因此，它在生产高硅锰硅合金时，生产指标比其他电炉要好得多。

3.2 渣型的选择

合适的渣型是生产高硅锰硅合金的必要条件。

由于高硅锰硅合金中【Si】含量高，因此，必然要配入大量的焦炭和硅石。最初的时候，人们总担心由此而引起翻渣，所以就大量的增加中锰渣的配入量，以提高炉渣碱度。实践表明（见表1），这种做法是不可取的。

表1列出的是1998年8月103#炉生产高硅锰硅合金时的终渣。不难看出，这种渣碱度很高，几乎呈中性渣，当时就是出于怕翻渣的原因才把碱度控制这么高的，但是，电炉的运行状况并不尽如人意，热停太多，所以经常烧坏胶管；有时有翻渣现象；炉内温度高，刺火严重，圈梁、水套、侧板经常被烤坏；铁水温度高，出铁口不好堵等。

 

表2 是2000年12月103#炉生产高硅锰硅合金时的终渣，此时，电炉运行正常，几乎没有热停，炉气净化设备正常运行。

所以，合适的渣型是生产高硅锰硅合金的关键，与生产正常牌号的锰硅合金一样，终渣的三元碱度应该在0.6~0.8之间，超出此范围对冶炼不利。

在生产高硅锰硅合金的过程中，有人说镁渣型好，有人说钙渣型好。随着CaO或MgO含量的增加，炉渣的粘度都能够降低，但在一定范围内两者在降低炉渣粘度的能力上无明显差别。

从生成自由焓的数据知，CaO. SiO2和2 CaO. SiO2比MgO. SiO2稳定，因此，从MgO. SiO2中还原【Si】要比从CaO. SiO2和2 CaO. SiO2中还原【Si】容易得多。

炉渣中Al2O3含量的多少对炉渣粘度影响较大，Al2O3含量在15%左右，能够增加炉渣的比电阻，有利于电极下插，提高炉温。但是随着Al2O3含量的提高，炉渣的熔点升高，粘度增大，渣铁分离不好。提高渣中Al2O3含量可以通过炉料配比来实现，也可以通过硅石利用率，降低渣比来实现，反之亦然。

冶炼锰硅合金时，一个相当重要的因素就是确定电炉的硅石利用率。电炉不同，硅石的利用率不同，它与电炉的设备参数有关，同时与冶炼的品种有关。硅石的利用率有时可达到55%~60%，而地的硅石利用率只有40%或者更低。如果硅石利用率掌握不好，会影响电炉指标。以103#炉为例，冶炼普通锰硅合金时硅石利用率可达到45%，冶炼高硅锰硅合金时的硅石利用率可达到50以上，而且合金含硅越高，硅石利用率越高。

3.3 熔炼操作

从正常锰硅合金生产向高硅锰硅合金转炼的过程中，当合金【Si】含量在25%左右时，再往上提【Si】有一定的困难，此时，若是加一定量的硅铁，不仅可以使合金迅速提到规定要求，而且也减少了中间过渡产品，然后慢慢撤掉硅铁，逐渐调整焦炭和硅石的配入量，最后不用硅铁也可使合金成分合格。

在生产过程中，每炉的渣铁必需排放干净。由于硅石的大量配入，使炉渣很粘，一定要用铁棍带渣，若渣铁排放不净时，很容易引起翻渣。

由于高硅锰硅合金的温度很高，因此对出铁口的侵蚀相当严重。所以，出完炉后必需精心维护出铁口，把外口的炉渣剔净，并且勤修出铁口，否则，会有烧穿或堵不上炉眼的现象发生。生产高硅锰硅合金，不宜时间过长，时间过长，对设备损坏太严重，慎重考虑。

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