CN114959168B - 封闭电炉冶炼低微碳锰硅合金工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了封闭电炉冶炼低微碳锰硅合金工艺，包括S1.封闭电炉熔炼和出炉作业。本发明通过合理的原料搭配、焦炭硅石计算相关参数的调整和配入量的掌握、炉渣碱度、炉前工艺操作等多方面控制，实现了冶炼过程中途无需对炉内工况调整的效果，无塌料、翻渣、刺火现象发生，生产稳定，保证了封闭电炉生产低微碳锰硅合金工艺的稳定性、长期性、经济性和合格率，为整个行业的发展做出了有益的尝试。本发明通过采用封闭电炉生产低微碳锰硅合金，冶炼过程中产生的一氧化碳气体、二氧化碳气体收集处理并利用，符合国家环保政策的要求及铁合金产业政策的绿色高质量发展要求。

Description

封闭电炉冶炼低微碳锰硅合金工艺
技术领域：
本发明涉及一种低微碳锰硅合金工艺，尤其涉及一种封闭电炉冶炼低微碳锰硅合金工艺。
背景技术：
封闭电炉生产普通锰硅合金中硅的质量百分比为17％～21％，低微碳锰硅合金中硅的质量百分比提高到25％～30％，需要加入过量的碳才能还原硅到牌号要求，加入原料中碳总质量百分比需要达到28％～32％，加入过量的碳会导致炉内炉料中焦炭含量偏高，而焦炭在高温状态下导电性能提高，因此需要电极上抬，才能保证电极送电，从而造成炉面温度大幅度上升，而炉底温度下降，造成炉底渣面不断的上升，影响正常冶炼且产品质量不稳定，成本增加，工人炉面高温操作困难。
也正是由于上述提到的多种原因，目前行业内低微碳锰硅合金冶炼普遍采用半封闭电炉组织生产。因为：
①半封闭电炉可以直观第一时间观察到炉内的运行状况，从而正确的根据炉内情况进行有针对性的处理和调整。
②根据炉内的情况，可以很方便的将附加原料如硅石、焦炭、造渣剂等直接人工加入到炉内高温反应区，从而快速处理炉况，保证电炉平稳运行和成分的稳定。
③炉面有工人从事推料操作，可以及时把料面原料推至炉内高温冶炼区域，在保证冶炼温度的同时也保证了电炉的热效率较高和合金成分的稳定。
但是由于其采用半封闭电炉设备的生产方式，不可避免的存在着以下缺陷：
①敞口或半封闭电炉在冶炼过程中势必会产生剧量的二氧化碳排放，此种工艺显然已经不适合环保政策的要求。
②电炉的大型化和封闭化是铁合金产业发展的必然趋势，所有品种也都将向着电炉封闭化发展。
③采用半封闭电炉生产需要工人在炉面从事推料作业，现场高温、粉尘及噪声大，劳动环境恶劣。
④电炉存在喷火塌料风险，易发生人身伤害事故。
之前曾有相关企业尝试过采用封闭电炉生产低微碳锰硅合金，但由于其需要更高的反应温度、硅石焦炭配入量及更低杂质元素的要求，致使炉况较难控制，同时封闭电炉无法像半封闭电炉能及时观察炉内情况，导致炉况变化大、成品合格率低、烟道频繁堵塞等情况发生，不能保证长期稳定生产，未实现工业化生产。
发明内容：
为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种封闭电炉冶炼低微碳锰硅合金工艺，采取特定的技术条件和操作步骤，实现封闭电炉稳定顺产，保证炉况和产品合格率符合要求。
本发明由如下技术方案实施：
封闭电炉冶炼低微碳锰硅合金工艺，包括如下步骤：
S1.封闭电炉熔炼：在封闭电炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，其中，所述炉料包括：
25～30％重量的第一种高锰矿石，该第一种高锰矿石含有43～45％重量的Mn、7～10％重量的Si、≦4％重量的Fe、≦0.06％重量的P、≦0.04％重量的S、1～3％重量的Ca和≦6％重量Al；
30～35％重量的第二种高锰矿石，该第二种高锰矿石含有33～35％重量的Mn、4～6％重量的Si、≦6％重量的Fe、≦0.02％重量的P、≦0.04％重量的S、15～18％重量的Ca和≦1％重量Al；
25～30％重量的第三种高锰矿石，该第三种高锰矿石含有38～40％重量的Mn、20～22％重量的Si、≦3％重量的Fe、≦0.02％重量的P、≦0.07％重量的S、4～6％重量的Ca和≦8％重量Al；
5～10％重量的第四种高锰矿石，该第四种高锰矿石含有15～20％重量的Mn、25～28％重量的Si、≦1％重量的Fe、≦0.02％重量的P、≦0.02％重量的S、30～35％重量的Ca和≦2％重量Al；
在上述高锰矿石中，Mn的含量以Mn计，Si的含量以SiO2计， Ca的含量以CaO计，Al的含量以Al2O3计；
其余为焦炭和硅石；
S2.出炉：每3～4小时出一炉，待封闭电炉一次出炉完毕后对铁水包内的合金进行第一步扒渣操作，将合金液面上的炉渣全部扒净；然后开始镇静过程，将包内铁水静置10～15分钟；再进行一次扒渣操作，将合金液面上浮的高碳层扒出；开始合金浇注，合金注满锭模后，使用推耙再次将合金表面上浮的高碳层推出；而后待合金冷却凝固即可。
进一步的，S1封闭电炉熔炼中，控制入炉原料的锰铁比在10～ 13之间，磷锰比控制在0.00095以下。
进一步的，S1封闭电炉熔炼中，控制炉渣三元碱度控制在0.6～ 0.7之间。
进一步的，S1封闭电炉熔炼中，控制单位极心圆功率密度为 2000～2200KVA/m2；电极下插深度为1700～2100mm；二次电流10～ 11.5万A，自然功率因数cosφ为0.55～0.7。
进一步的，S1封闭电炉熔炼中，所述封闭电炉的炉膛直径为 9000-10000mm；炉膛深度为3200-3400mm；电极直径为1400-1550mm；极心圆直径为4200-4500mm。
本发明的优点：
1、本发明通过合理的原料搭配、焦炭硅石计算相关参数的调整和配入量的掌握、炉渣碱度、炉前工艺操作等多方面控制，实现了冶炼过程中途无需对炉内工况调整的效果，无塌料、翻渣、刺火现象发生，生产稳定，保证了封闭电炉生产低微碳锰硅合金工艺的稳定性、长期性、经济性和合格率，为整个行业的发展做出了有益的尝试。
2、本发明通过采用封闭电炉生产低微碳锰硅合金，冶炼过程中产生的一氧化碳气体、二氧化碳气体收集处理并利用，避免了传统采用开放或半封闭电炉生产烟气无序排放导致的工作环境恶劣、环保不达标等问题，符合国家环保政策的要求及铁合金产业政策的绿色高质量发展要求。
具体实施方式：
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例在内蒙古丰镇市某铁合金厂进行，所有封闭电炉的参数为：炉膛直径为10000mm；炉膛深度为3300mm；电极直径为 1500mm；极心圆直径为4300mm。
实施例中所用高锰矿石选用厂内的四种高锰矿石，四种高锰矿石的成分列于表1。两个实施例均拟生产牌号为牌号FeMn60Si28的低微碳锰硅合金。
表1高锰矿石成分表
Mn(％) SiO2(％) Fe(％) P(％) S(％) CaO(％) Al2O3(％)
第一高锰矿石 43.5 8.9 1.2％ 0.015 0.03 17.2 5.2
第二高锰矿石 34.3 5.3 1.5 0.013 0.02 16.2 0.9
第三高锰矿石 38.2 21.8 2.6 0.015 0.05 5.3 6.8
第四高锰矿石 18.7 26.6 0.9 0.016 0.01 33.6 1.4
实施例1：
在封闭电炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，其中，所述炉料按照FeMn60Si28的牌号计算调整，原料包括高锰矿石、焦炭和硅石，
四种锰矿石以及焦炭和硅石的配比为25:25:35:7:4:4，控制单位极心圆功率密度为2100KVA/m2；电极下插深度为2000mm；二次电流 11万左右，自然功率因数cosφ为0.6；
3.5小时出炉，捅开封闭电炉底部炉眼，合金从炉底开口流入铁水包，出炉完毕后对铁水包内的合金进行第一步扒渣操作，将合金液面上的炉渣全部扒净；然后开始镇静过程，将包内铁水静置15分钟；再进行一次扒渣操作，将合金液面上浮的约1mm厚的高碳层扒出；开始合金浇注，合金注满锭模后，使用推耙再次将合金表面上浮的约 1mm高碳层推出；而后待合金冷却凝固，破碎得到合金块产品。
实施例2：
在封闭电炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，其中，所述炉料按照FeMn60Si28的牌号计算调整，原料包括高锰矿石、焦炭和硅石，
四种锰矿石以及焦炭和硅石的配比为30:30:30:5:2:3，控制单位极心圆功率密度为2100KVA/m2；电极下插深度为2000mm；二次电流 11万左右，自然功率因数cosφ为0.6；
4小时出炉，捅开封闭电炉底部炉眼，合金从炉底开口流入铁水包，出炉完毕后对铁水包内的合金进行第一步扒渣操作，将合金液面上的炉渣全部扒净；然后开始镇静过程，将包内铁水静置15分钟；再进行一次扒渣操作，将合金液面上浮的约1mm厚的高碳层扒出；开始合金浇注，合金注满锭模后，使用推耙再次将合金表面上浮的约 1mm高碳层推出；而后待合金冷却凝固，破碎得到合金块产品。
对实施例1和2生产得到的合金块取样分析，分析过程为：
采用手工随机捡拾方式，在破碎得到的合金块产品中选取最大粒度≤100mm的块状样品5块～7块，采用鄂式破碎机破碎至粒度为≤ 10mm的块样，将破碎后的样品用四分法进行缩分，选取缩分后的试样约8kg，再次使用鄂式破碎机破碎至粒度为≤2.8mm的粒状样品，继续采用四分法进行缩分，选取缩分后的试样约2kg，使用对辊破碎机研破碎至粒度为≤1.0mm的样品，采用四分法进行缩分，选取约400 克样品，放入研磨机中进行研磨至粒度≤0.125mm，分装试样，重量约为50克，送化验进行分析。
采用低微碳锰硅合金国家标准方法，对锰、硅、磷、碳、硫五种元素进行分析(锰：高氯酸氧化滴定法；硅：氟硅酸钾滴定法；磷：磷钼蓝光度法；C、S：红外线吸收法)，分析结果列于表2：
表2合金块取样分析表
Mn(％) Si(％) C(％) P(％) S(％)
实施例1 61.98 28.66 0.069 0.066 0.010
实施例2 61.31 29.07 0.082 0.076 0.012
从表2分析可知，利用实施例1和2生产得到的合金产品为低微碳锰硅合金，符合高硅锰硅合金牌号FeMn60Si28的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.封闭电炉冶炼低微碳锰硅合金工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1.封闭电炉熔炼：在封闭电炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，控制炉渣三元碱度在0.6～0.7之间，其中，所述炉料包括：
25～30％重量的第一种高锰矿石，该第一种高锰矿石含有43～45％重量的Mn、7～10％重量的Si、≦4％重量的Fe、≦0.06％重量的P、≦0.04％重量的S、1～3％重量的Ca和≦6％重量Al；
30～35％重量的第二种高锰矿石，该第二种高锰矿石含有33～35％重量的Mn、4～6％重量的Si、≦6％重量的Fe、≦0.02％重量的P、≦0.04％重量的S、15～18％重量的Ca和≦1％重量Al；
25～30％重量的第三种高锰矿石，该第三种高锰矿石含有38～40％重量的Mn、20～22％重量的Si、≦3％重量的Fe、≦0.02％重量的P、≦0.07％重量的S、4～6％重量的Ca和≦8％重量Al；
5～10％重量的第四种高锰矿石，该第四种高锰矿石含有15～20％重量的Mn、25～28％重量的Si、≦1％重量的Fe、≦0.02％重量的P、≦0.02％重量的S、30～35％重量的Ca和≦2％重量Al；
在上述高锰矿石中，Mn的含量以Mn计，Si的含量以SiO2计，Ca的含量以CaO计，Al的含量以Al2O3计；
其余为焦炭和硅石；
所述封闭电炉的炉膛直径为9000-10000mm；炉膛深度为3200-3400mm；电极直径为1400-1550mm；极心圆直径为4200-4500mm；控制单位极心圆功率密度为2000～2200KVA/m2；电极下插深度为1700～2100mm；二次电流10～11.5万A，自然功率因数cosφ为0.55～0.7；
S2.出炉：每3～4小时出一炉，待封闭电炉一次出炉完毕后对铁水包内的合金进行第一步扒渣操作，将合金液面上的炉渣全部扒净；然后开始镇静过程，将包内铁水静置10～15分钟；再进行一次扒渣操作，将合金液面上浮的高碳层扒出；开始合金浇注，合金注满锭模后，使用推耙再次将合金表面上浮的高碳层推出；而后待合金冷却凝固即可。
2.根据权利要求1所述封闭电炉冶炼低微碳锰硅合金工艺，其特征在于，S1封闭电炉熔炼中，控制入炉原料的锰铁比在10～13之间，磷锰比控制在0.00095以下。
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