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錳鐵合金的冶煉中，錳的還原是在成渣過程中依靠爐渣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)來完成的，其渣量約占總量的70%。碳素錳鐵、硅錳合金的冶煉均為有渣冶煉，因此研究爐渣的性質(zhì)，有助于冶煉過程中礦物的互相搭配，改善爐料的適應(yīng)性，使還原更充分，對(duì)合金高產(chǎn)有著極其重要的意義。

【爐渣成分及分類】按冶煉產(chǎn)品不同或加入的溶劑不同，爐渣的化學(xué)成分也就不同。爐渣主要由氧化物組成，不同氧化物有不同的化學(xué)性質(zhì)，一般鐵合金生產(chǎn)中常見的氧化物可分為堿性氧化物、酸性氧化物和兩性氧化物。

爐渣的形成主要是堿性氧化物與酸性氧化物中和而產(chǎn)生的鹽，即硅酸鹽、鋁酸鹽和三重化合物。冶煉碳素錳鐵時(shí)MnO與SiO2結(jié)合成MnO·SiO2，使MnO還原不充分，渣中MnO高。故需要加入與SiO2化學(xué)親和力較強(qiáng)的堿性氧化物CaO參加反應(yīng):CaO+MnO·SiO2=MnO+CaO·SiO2，使MnO活度提高，并充分還原。通過爐渣的置換反應(yīng)使金屬氧化物活度提高，有利于氧化物的還原，達(dá)到提高產(chǎn)量，降低消耗的目的。

堿性氧化物的加入量是由冶煉品種、冶煉條件、以及爐渣性質(zhì)決定的。爐渣的堿度就是渣中堿性氧化物與酸性氧化物之比，用Ｒ表示。當(dāng)Ｒ＜1稱酸性渣，如硅錳合金Ｒ=0.6～0.8;當(dāng)Ｒ＞1.2稱弱堿性渣，如生產(chǎn)碳素錳鐵Ｒ=1.2～1.4;當(dāng)Ｒ＞2叫強(qiáng)堿性渣，如中碳鉻鐵、釩鐵。

【爐渣性質(zhì)】

【熔點(diǎn)】爐渣的熔點(diǎn)主要與爐渣組成有關(guān)，SiO2熔點(diǎn)1723℃，Al2O3熔點(diǎn)2050℃，純CaO熔點(diǎn)2615℃，在冶煉碳素錳鐵時(shí)爐渣所依據(jù)的成分主要有SiO2、CaO、MgO、Al2O3，幾種氧化物在相互反應(yīng)時(shí)，能在冶金溫度下生成液體化合物或共晶，使熔點(diǎn)低于其單獨(dú)氧化物的熔點(diǎn)。

【粘度】冶煉錳鐵時(shí)堿度過低，硅易還原，爐渣粘度增加，熔池不活躍，冶煉不能順利進(jìn)行，渣與合金未能完全分離，金屬混在渣中損失大;堿度過高，渣流動(dòng)性不好，嚴(yán)重侵蝕爐襯，降低爐襯壽命，因此合適的粘度對(duì)錳鐵冶煉至關(guān)重要。

爐渣粘度與爐渣堿度有很大關(guān)系，當(dāng)Ｒ=CaO/SiO2從0.9～3.2時(shí)，粘度為0.75～0.95Pa·s，粘度會(huì)突然增加，此種渣稱為短渣。

爐渣堿度為0.9，溫度降低粘度平衡增大，這類渣稱為長渣。

一般情況下，同樣溫度的酸性渣比堿性渣的粘度大，而溫度1450℃以下酸性渣比堿性渣粘度低，溫度升高堿性渣粘度降低較明顯。而在實(shí)際生產(chǎn)中通常是在酸性渣中加堿性氧化物CaO、MgO等，往堿性渣中加粘土塊來降低渣的粘度。在冶煉碳素錳鐵時(shí)，當(dāng)Ｒ=CaO/SiO2≈1.4時(shí)則會(huì)增加爐渣的難熔性和粘度，致使排渣困難，影響整個(gè)冶煉過程，而且由于爐渣熔點(diǎn)升高，還會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)損失嚴(yán)重，噴渣、刺火、增加電極消耗或電耗，過高的堿度只能是沖淡渣中的含錳量，造成渣量增加，爐料熔化慢，難還原，坩堝中含有不易還原的雜質(zhì)，且坩堝也不易擴(kuò)大，爐料透氣不好，回收率下降。當(dāng)Ｒ=CaO/SiO2≈0.9時(shí)，爐渣熔點(diǎn)下降，渣中帶走金屬量增多，坩堝爐口熱損失較大，冶煉還原氣氛變慢)。

因此，降低爐渣粘度可改善渣的流動(dòng)性，加快反應(yīng)速度，使排渣順利，還有利于電極下插，提高爐缸溫度，使渣鐵分離好，減少渣中混入金屬，可提高金屬回收率。

【導(dǎo)電性】爐渣的導(dǎo)電性直接影響到金屬的加熱和電能的消耗，其導(dǎo)電性隨著溫度的升高而增強(qiáng)，通常礦熱爐的爐渣比電阻小，即要求爐渣中的電阻大，電壓小。所以有渣法生產(chǎn)時(shí)，電極接近爐渣，有時(shí)插在渣中，電極弧光短幾乎聽不到電弧聲，而無渣法冶煉時(shí)電弧較長。爐渣的導(dǎo)電性與組分有關(guān)，渣中含堿性氧化物多則導(dǎo)電性強(qiáng)，如碳素錳鐵堿度高時(shí)爐渣粘度大，比電阻減小，導(dǎo)電性增強(qiáng)，電極插入爐缸深度淺而導(dǎo)致爐況紊亂，影響冶煉正常進(jìn)行。而渣中酸性氧化物越多，導(dǎo)電性越差，比電阻大，電極插入過深，負(fù)荷送不足，渣中含Mn高，渣流動(dòng)性像水一樣，爐渣呈深綠色，合金硅、錳含量低。

【原料搭配】由于錳鐵和錳硅合金的冶煉是埋弧有渣法操作，爐料熔化后被還原成Mn、Si合金元素，通常是連續(xù)加入爐料的，如果堿性礦石加入量越多，就會(huì)導(dǎo)致渣量增加，渣淺上移，電極上抬，熔池溫度下降，還原得不到滿足，產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量下降，料面翻渣，吃料速度慢，消耗高，產(chǎn)量低。反之酸性礦石加入量越多，熔化速度慢，渣中MnO含量高，即渣中跑錳過高。因此在酸性礦石中加入堿性礦石，在堿性礦石中加入酸性礦石必須適宜。

【保持合理的爐料電阻】一般情況下爐料軟化溫度越低，軟化就越快，其導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性均有改善，爐內(nèi)熱分散程度越大，下料速度越慢。通常的做法是混合均勻，分批入爐，但有些冶煉碳素錳鐵時(shí)用加入低碳的辦法起到了良好的效果，這也不是無道理的，因?yàn)檫�原MnO和SiO是在渣層中進(jìn)行，低碳直接進(jìn)入渣層中改變了渣的比電阻，使還原更充足，而在爐料層中減少了部分的碳，使比電阻升高，有利于電極深插。這種操作對(duì)于品位較高的錳礦尤其有效，因?yàn)檫@時(shí)往往需要較多的配碳量，當(dāng)然對(duì)于冶煉硅錳合金來說就沒有必要了，因?yàn)橐睙捁桢i合金時(shí)渣層表面存在一層致厚的焦炭層。

【爐料粒度】粒度小的造渣劑和礦石，比電阻大，熔化速度較快，而粘度偏大的礦石熔化較慢。粉礦比電阻太大，加入過多往往造成爐況惡化，不僅透氣性不好，也不利于氣相物的排出，而且化料過快，造成翻渣，熔池變冷。有的廠家直接用石灰石代替石灰，起到了良好的效果，這是因?yàn)槭沂仁伊６却螅淖兞藸t料的成渣速度。這種情況對(duì)于水份含量過高或粉石灰過多時(shí)效果更為明顯。

【錳硅合金冶煉】

【冶煉工藝】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。爐料層是礦石、熔劑與焦炭的混合物。電極周圍料層薄，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還原或熱解成MnO和FeO。靠近焦炭層的礦石開始軟化，生成熔點(diǎn)約為1200～1300℃的初渣。由于國內(nèi)錳礦含Al2O3較高，初渣的熔點(diǎn)可參考MnO2－SiO2－Al2O3系相圖。

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，他是含Si20%～30%的合金。熔渣穿過焦炭層進(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)。還原出來的合金下沉至熔池底部，形成合金層。冶煉過程中錳和鐵的高價(jià)氧化物被還成低價(jià)氧化物，MnO與SiO2的結(jié)合成復(fù)合硅酸鹽，并在1250～1500℃熔化。

【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℃附近。爐渣熔點(diǎn)過高，則爐料過熱，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。但堿度過高會(huì)使二氧化硅的還原變得困難，渣量增加。爐渣堿度越高，其錳含量越低，但隨著爐渣堿度的增加，渣量相應(yīng)增大，雖然渣中錳的百分比下降，但跑錳卻不一定下降。

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，取堿度為0.6，生產(chǎn)Si≤14%的錳硅合金，取堿度為1.1。減少渣量是降低電耗，提高——表1渣堿度與錳含量的關(guān)系——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，爐渣則送沖渣場粒化，用作建筑材料。

【結(jié)語】控制好爐料的成渣速度和相應(yīng)的還原速度是冶煉的關(guān)鍵，煉好渣也就能控制好合金的還原，只有這樣，才能保證電極深插，保持熔池的溫度達(dá)到所需的還原溫度，使?fàn)t況正常，做到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗。

——曹華云，云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司

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