镜铁

锰系铁合金

锰系铁合金。由铁锰矿在高炉中冶炼制得。其含锰量为15—30%，含碳量为4.0—5.0%。主要用于转炉和平炉炼钢，代替锰铁用，是一种脱硫脱氧剂。因其断面具有镜面样光辉，故称镜铁。

相关信息

矿物名称：镜铁矿（赤铁矿变种、与石英伴生）（Hematite var.Specularite and Quartz）

化学组成：Fe2O3，Fe铁 69.94%，有时含TiO2、SiO2、Al2O3等混入物

鉴定特征：樱红色条痕是鉴定赤铁矿的最主要的特征；此外，形态和无磁性(镜铁矿例外)可与磁铁矿相区别

成因产状：形成于各种地质作用之中，但以热液作用，沉积作用和沉积变质作用为主；

著名产地：世界著名产地有中国河北宣化、湖南宁乡、辽宁鞍山、意大利的Elba岛、瑞士的St.Gotthard、维藓威、英伦的Cumberland、巴西的MinasGexais。

名称来源：Hematite一字，来自希腊语haimatites；指血(Blood)，象征着这种矿物的颜色。

发展历史

锰是炼钢工业使用最早、用量最多和使用最广的元素，可以说无锰不成钢。最初是用锰的氧化物或烧结的碳化物加入坩埚炉炼钢。马希特(D.Mushet)父子是最早使用高炉生产的镜铁(5%～20%Mn，3.5%～5.5%C)于贝氏炉炼钢的。1868年法国的普尔塞尔(A. Pourcel)用高炉炼出60%～80%Mn的锰铁。1890年西蒙(A. Simon)用电弧炉冶炼出含Mn84% 、Fe8%、C7. 1%和Si0. 2%的高碳锰铁。以后电炉容量不断扩大，并开发了炉料预热、预还原等工艺。1970年日本中央电工公司投产一座回转窑40000kVA封闭电炉生产高碳锰铁的生产线，取得节电的效果。

1908年法国新冶金研究所在电弧炉内用氧化锰炉渣氧化精炼高碳锰铁，得到含C1%～2%的锰铁。根据库塔涅(A.Coutagne)的报道。法国冶金工作者奠定了电硅热法生产中、低碳锰铁的基础。于20世纪初出现了许多专利和改进后的工艺，如波伦法(热兑法)等。1978年日本水岛铁合金厂建成不用精炼电炉的摇包法(水岛法)生产中碳锰铁。

20世纪中开始研究氧精炼法生产中碳锰铁。美国联合碳化物公司金属部研究成功了MOR(manganesoxygen refining的缩写)法，并于1976年建成月产中碳锰铁6000t的生产厂。1987年墨西哥铁合金公司建.成12t底吹转炉生产中碳锰铁。在此期间出现法国的CLU法(底吹氧、水蒸气法)，联邦德国电冶金公司的G.f.E法(底吹氧法)，日本重化工公司的顶吹氧、底吹复合气体法和日本水岛铁合金公司的摇包顶吹氧及复合气体法等氧精炼生产中碳锰铁的方法。

20世纪初，中国曾在汉阳铁厂的100t高炉冶炼镜铁。40年代用电炉生产锰铁。50年代以后逐步建成锰铁生产厂。1975年钢铁研究总院与遵义铁合金厂开始研究顶吹氧转炉生产中碳锰铁工艺，于1978年完成半工业试验。1982年在新余钢铁公司试验255m高炉—6t顶吹氧转炉联合生产中碳锰铁，并取得成功。1976年上海铁合金厂完成电炉—摇包法生产中碳锰铁的工业试验，并投入使用。

镜铁性质

晶体形态

复三方偏三角面体晶类；常见单形有平行双面；六方柱；菱面体；六方双锥；

晶体结构

晶系和空间群：三方晶系，空间群R3-c；

晶胞参数：a0=5.029埃，c0=13.73埃；

粉晶数据：2.69(1)1.69(0.6)2.51(0.5)

物理性质

硬度：5.5-6

比重：5.0-5.3g/cm3

解理：无

断口：贝壳状断口

颜色：红棕色

条痕：红色

透明度：不透明

光泽：金属光泽至半金属光泽或土状光泽；细薄片或晶体碎片边缘透光

发光性：无

其他：性脆，无解理，镜铁矿具有磁性。

光学性质

薄片中血红、橙红、灰黄色。一轴晶（-）。No=3.22，Ne=2.94。弱多色性。No-褐红，Ne-黄红。反射色白带蓝灰。反射率：28.70（绿光），26.15（橙光），25.03（红光）；Ro=27.8，Re=24.9（钠光，空气中）双反射弱，Ro=白，Re-灰蓝白。非均质。内反射暗红。

锰资源

锰在地壳中的丰度为9×10-2%。有工业使用价值的锰矿物有褐锰矿、黑锰矿、软锰矿、水锰矿、硬锰矿和菱锰矿。大西洋和太平洋海底的锰结核是潜在的锰资源。世界上锰矿产地主要分布在乌克兰、格鲁吉亚、俄罗斯、南非、加蓬、澳大利亚、巴西等国家。中国已探明的锰矿主要分布于广西、湖南、贵州、云南等地。中国的锰资源以碳酸锰矿为主，难选矿多，一般含锰仅30%左右，铁、磷、二氧化硅等的含量较高。用选择还原法在高炉(或电炉)中处理贫锰矿(主要是铁锰矿)生产富锰渣。锰矿石的90%用于炼钢，是钢铁工业的重要原材料。锰矿的块矿和富矿日益减少，粉矿和精矿增加，所以要经过烧结、球团、压块等方法制造人造块矿供铁合金厂使用。

水分和镜铁矿粉配比对制粒效果的影响

随着混合料中镜铁矿粉配比增加，适宜的制粒水分逐渐降低。这一方面是因为镜铁矿粉结构致密，其最大分子水和最大毛细水质量分数较低，导致混合料吸水率及持水性较低；另一方面，镜铁矿粉配比提高，意味着吸水性强的褐铁矿粉的比例降低。所以，当镜铁矿粉配比较高时，自由水分易流出造成混合料层过湿，显著影响料层透气性，甚至导致制粒过程无法正常进行。在适宜水分范围内，细粒物料被水润湿后，由于水在颗粒间空隙中形成薄膜水和毛细水，产生毛细力，在机械力作用下，细粒物料黏附于核颗粒上，黏附量达到最佳值，从而改善料层的粒度组成，使料层具有良好的透气性，提高镜铁矿粉的烧结产量及质量指标。

镜铁矿粉黏附动力学

当制粒时间小于3 min时，镜铁矿黏附率随制粒时间延长而快速上升；当制粒时间大于3 min后，总黏附率增长趋于缓慢，甚至有所下降。随着镜铁矿粉配比由 10%增长到 40%，在制粒时间小于3 min时，镜铁矿粉平均黏附速率分别为：2.28%/min、4.01%/min、4.06%/min 和 6.10%/min，可见黏附速率随镜铁矿粉配比升高而增大。在镜铁矿粉配比分别为10%和20%、制粒时间为4 min时，镜铁矿粉黏附率达到最大值。再进一步延长制粒时间，镜铁矿粉黏附率有所降低；而在镜铁矿粉配比分别为30%和40%、制粒时间大于5 min时，镜铁矿粉的黏附率仍有所增长。这表明镜铁矿粉配比越高，其达到黏附平衡所需的制粒时间越长。

综合来看，推荐适宜的制粒时间为 4～5 min，随着镜铁矿粉配比提高，适当延长制粒时间将强化镜铁矿粉在核粒子上的黏附，有利于改善制粒效果。镜铁矿粉配比为 10%时，其最大黏附率可达8.33%，这表明配入混合料中的镜铁矿粉只剩下1.67%未能黏附到大于3 mm的核颗粒上。因此，在高褐铁矿粉配比条件下，配加10%镜铁矿粉对料层透气性影响不大。但当镜铁矿粉配比分别增加到20%、30%和 40%时，黏附率分别为 13.87%、14.44%和20.39%，这表明未能黏附到核颗粒并长大到大于3 mm 粒级以上准颗粒的镜铁矿粉分别为 6.13%、15.56%和 19.61%。

镜铁矿粉配比越高，黏附速率越快，但达到黏附平衡所需的时间越长。因此，延长制粒时间是改善高配比镜铁矿粉制粒效果的有效措施之一。

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