硅锰合金

金属材料

硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金，是一种用途较广、产量较大的铁合金。锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂，又是生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。

基本常识

锰和硅是碳钢中所用的主要合金元素。锰是炼钢过程中最主要的脱氧剂之一，几乎所有的钢种都需要用锰来脱氧。因为用锰来脱氧时所生成的氧产物熔点较低，易于上浮；锰还能增大硅和铝等强脱氧剂的脱氧效果。所有的工业钢都需加入少量的锰作为脱硫剂，使钢能进行热轧、锻造及其它工艺而不致断裂，锰还是各钢种中最重要的合金元素，在合金钢中也会添加15%以上的锰以增加钢的结构强度。硅是生铁和碳钢中仅次于锰的最重要的合金元素。在钢生产中，硅主要用作熔融金属的脱氧剂，或作为合金添加剂使钢增加强度和改善其性能。硅还是一种有效的石墨化介质，它能使铸铁中的碳变成游离的石墨碳。加入标准灰口铸铁和球墨铸铁中的硅可达4%。而大量的锰和硅都是以铁合金的形式添加到钢液中的：锰铁、硅锰和硅铁。

生产锰硅合金的原料有锰矿、富锰渣、硅石、焦炭、白云石（或石灰石）、萤石。生产锰硅合金可使用一种锰矿或几种锰矿（包括富锰渣）的混合矿。由于锰硅合金要求铁、磷含量比高碳锰铁低，故要求冶炼锰硅合金的锰矿有更高的锰铁比和锰磷比。所用的锰矿含锰越高，各项指标越好。

原理

电炉冶炼硅锰合金与冶炼碳素锰铁一样，炉料中的 Fe和P先被还原，Mn的高价氧化物在上层分解或被CO还原成低价氧化物 MnO，低价氧化物MnO再与C反应生成碳化物，其反应式可写作

MnO+(1+x)C→MnCx+CO

随着炉料的下沉进入高温区，C还原SiO2的反应开始发生

SiO2+2C=Si+2CO

被还原出来的Si再与已生成的MnCx作用生成硅锰合金，并促进了Si的还原，反应式为

SiO2+2C+MnCx=Mn·Si·Cx+2CO

生成的Si愈多，碳化物被破坏的愈彻底，合金含碳量也愈低。当合金的含硅量低于23.5%时(如硅锰10、硅锰14、硅锰17和硅锰20)，硅破坏碳化物的反应可写作

(Mn，Fe)7C3+7Si=7(Mn ·Fe)Si+3C

若含硅量较高，则破坏碳化物的反应可写作

(Mn，Fe)7C3+10Si=7(Mn·Fe)Si+3SiC

炉渣碱度

冶炼硅锰合金时，硅和锰是从熔融态的硅酸锰中还原出来。MnO易被还原，而SiO2难被还原。为使SiO2能得到充分还原以保证合金成分，从控制炉渣成分角度来考虑，应选择低碱度炉渣为宜，且碱度愈低愈好。但当碱度低于0.5时炉渣粘度较大，难以从炉内排出;且由于导电性差而影响电功率在炉膛载体内的均匀分布，难以得到广阔的高温区。结果会使 SiO2不能充分还原，还会导致炉况恶化。影响炉渣碱度的重要因素是SiO2的还原率。提高炉渣的碱度的途径就是提高SiO2的还原率来实现，不能依靠添加CaO或MgO来实现，因为CaO和MgO的增加限制了SiO2的还原，降低了Mn的回收率。通常情况下，控制炉渣碱度CaO/SiO2=0.5~0.7、CaO+MgO/SiO2= 0.6~0.8较适宜，此时渣中SiO2含量在38~42%、MnO含量在10%左右。

配料计算

做配料计算，一般按下列程序及要求进行。(1)原料及产品规格：①确定硅锰合金生产牌号及成分;②确定原料及成分，包括入炉锰矿、焦炭、硅石、熔剂等项原料。(2)参数选择：①元素分配系数的确定，包括入合金、入炉渣及挥发损失;②炉渣碱度选择;③焦炭损失系数，包括炉口烧损和出铁口挑碳，一般按12%计。(3)以100 kg锰矿为基础计算：①锰矿搭配比例计算，经计算得出入炉混合锰矿的搭配比及混合锰矿成分;②需碳量计算; ③硅石量的计算;④补加熔剂量的计算;⑤料批组成(kg)，由以上计算得出料批中锰矿、焦炭、硅石、熔剂等项原料的数量;⑥合金重量及成分计算;⑦炉渣重量及成分计算。

工艺要点

(1)原料技术条件：

①对锰矿化学成分要求：

锰矿粒度：10 mm~80 mm，小于10 mm的不大于10%；②对焦炭的要求：应符合冶金焦条件，固定碳≥84%，灰分≤14%;粒度要求5 mm~25 mm。萤石中的CaF2≥70%，粒度5 mm~40 mm。对原料的要求与电炉容量大小有关。

(2)冶炼参数要求：在变压器额定容量为12500 kVA矿热炉条件下：①常用电压级为143 V；②合适的电极工作端长度1700 mm~2000 mm；③保持三相电流电压平衡；④控制合适的炉渣碱度，控制二元碱度R2=0.5~0.7，炉渣中 SiO235~43%、MgO5~9%；⑤料面透气性良好、冒火均匀、炉料均衡大面积下沉(封闭电炉使炉内压力稳定)、电极深而稳定地插入炉料中，这是冶炼过程中炉况正常的重要标志；⑥足够量的还原剂，还原剂不足，易导致翻渣、负荷波动且送电不足，合金中Si与Mn的含量下降。

硅锰合金是在矿热炉中用炭同时还原锰矿石（包括富锰渣）和硅石中的氧化锰和二氧化硅而炼制生产的。锰硅合金的生产在矿热炉内进行，使用碳质还原剂、锰矿石、富锰渣、烧结锰矿、焙烧锰矿和硅石作原料，石灰、白云石、萤石等作熔剂在电炉内连续生产。

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