5 第五章 锰系铁合金

锰系铁合金的冶炼和用途

第五章 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

锰系铁合金的冶炼和用途

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

锰系铁合金的冶炼和用途

Mn元素性质及其工业应用Mn元素性质：M=54.93 ρ=7380 kg/m3 毒？ 金属锰元素的工业应用领域： Tm=1517 K Tb=2365 K T=1555℃时，Mn蒸汽压为0.133atm,升华条件？锰中

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)3

锰系铁合金的冶炼和用途

锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用高碳锰铁 FeMn78

C

Si

P

S

FeMn74

7.0-7.5 2.5-4.5 0.33-0.4 0.03

⑴ 碳 锰 铁 合 金

FeMn68 中碳锰铁 FeMn80 FeMn781.0-2.0 0.7-2.5 0.2-0.4 0.02

FeMn75 低碳锰铁 FeMn85FeMn80

0.2-0.7 1.0-2.0

0.1-0.3 0.02

其他有害金属元素要求？国外有标准，国内正在制订。

锰系铁合金的冶炼和用途

锰铁牌号及其在钢铁生产中的应用Mn+Si C P S <0.02 <0.02

(2) 锰硅铁合金

FeMn68Si18 FeMn64Si27 Mn JMn97 >97 >95

>83 >87 C

<1.5 <0.21 <0.4 <0.21

<0.08 <0.15

(3) 金属锰

JMn95

JMn93

>93

<0.205

锰系铁合金的冶炼和用途

锰铁合金产品对原料条件要求(1) 原料中的Mn/Fe和P/Mn比值 产品 FeMn78C8.0 FeMn65C7.0 原料条件 入炉Mn >40% >34% Mn/Fe >8.8 >4.5 P/Mn <0.002 <0.003

碳锰

锰硅

FeMn65Si18

>34%

>6

<0.002

(2) Mn、Fe、Si、P的回收率——工艺水平(渣系选择、炉前作业) Fe、P >90% Mn、Si回收率根据工艺水平有变化6

锰系铁合金的冶炼和用途

锰矿石分类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。化工用锰矿——电池氧化锰，高锰酸钾 锰矿石 冶金用锰矿 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7

锰系铁合金的冶炼和用途

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 广西 湖南 贵州 辽宁

一二 三 四 五

4035 30 25 18

75 3 2 不限

0.0040.005 0.006 0.006 不限 70 25

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※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。

锰系铁合金的冶炼和用途

Mn

锰系铁合金冶炼方法(非高炉法)有熔剂法——高碳锰铁，锰硅铁合金 矿热炉冶炼工艺 无溶剂法 高碳锰铁 富锰渣(除P,提高Mn/Fe比) 吹氧脱碳 炉外冶炼工艺 硅热冶金

中、低碳锰铁， 金属锰

锰系铁合金的冶炼和用途

高碳锰铁冶炼工艺(熔剂法)冶炼原理： 主反应

(MnO)渣 + C = [Mn] + CO (FeO)渣 + C = [Fe] + CO Mn4+ Mn3+ Mn2+

Mn3C

副反应 ※

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· 2)m (SiOMnO· 2 + CaO = CaO· 2 + MnO SiO SiO10

锰系铁合金的冶炼和用途

高碳锰铁冶炼工艺(熔剂法)冶炼原理： 间接还原 FeO + CO = Fe + CO2 △G°=-49324+40.13T MnO + CO = Mn + CO2 △G°=-412664

+172.16T T始=1229 K (956℃) T始=2396 K (2123℃)

直接还原

MnO + C = Mn + CO △G°=575266-339.78T T始=1693 K 2MnO + 8/3C = 2/3Mn + 2CO △G°=510789.6-340.8T T始=1499 K (软熔带)11

锰系铁合金的冶炼和用途

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 FeMn74C7.5 产品 FeMn68C7.0 产品 2) 混合矿中的碱度控制： Mn/Fe=7.89 Mn/Fe=5.1 Mn/Fe=3.4

配加石灰或白云石

锰系铁合金的冶炼和用途

为什么碱度并非愈高愈好？渣中残Mn含量① Mn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13

锰系铁合金的冶炼和用途

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。

锰系铁合金的冶炼和用途

无熔剂法生产高碳锰铁的工艺案例碳锰产品牌号 FeMn78C8.0 FeMn74C7.5 FeMn68C7.0 Si <4 <4 <4 Mn/Fe 7.8 5.1 3.4 元素含量(%) Mn 50

锰矿成份Mn/Fe >10 P/Mn <0.0011

Fe 5P 0.05

考题之二： 100 kg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？

锰系铁合金的冶炼和用途

锰硅铁合金冶炼

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· 2 + 3C = MnSi(Fe) + 3CO SiO

第二种论述

MnO· 2 + 4/3C = 1/3Mn3C + SiO2 + CO (低温) SiOSiO2 + 2C = Si + 2CO 1/3Mn3C + Si = MnSi + 1/3C (高温) (Mn3C是中间产物)

第三种论述

MnO· 2 + SiC SiO

MnSi(Fe) + 3CO

锰系铁合金的冶炼和用途

Mn

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

锰系铁合金的冶炼和用途

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

锰系铁合金的冶炼和用途

直接还原：(MnO)+C=[Mn]+CO 间接还原：(MnO)+CO=[Mn]+CO (MnO2)+CO=(MnO)+CO2 烧结工艺