高炉高碳锰铁冶炼技术进步_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。高炉高碳锰铁 概念 高炉高碳锰铁: 高炉法是高碳锰铁生产最早采用的一种方法。 该法以焦炭作为还原剂和 热源,白云石或石灰作熔剂,用高炉生产高碳锰铁(华诚金属网 ) 。 高炉法

  高炉高碳锰铁 概念 高炉高碳锰铁: 高炉法是高碳锰铁生产最早采用的一种方法。 该法以焦炭作为还原剂和 热源,白云石或石灰作熔剂,用高炉生产高碳锰铁(华诚金属网 ) 。 高炉法是把锰矿、焦炭和石灰等料分别加入高炉内进行冶炼、得到含锰 52%~76%/含磷 0.4%~0.6 的高炉锰铁。 由于高炉与电炉冶炼高碳锰铁唯一的区别是热源不同, 所以两者的炉 体结构、几何形状及操作方法不一样,但两炉子冶炼高碳锰铁的原理是相同的。 但是, 两种炉子使用同一种锰矿冶炼使得到的产品磷含量不一样, 高炉产品越高于电炉 产品 0.07%~0.11。 这是由于高炉冶炼的炉料组成中的焦炭配量为电炉冶炼时的 5~6 陪, 因此 焦炭中有更多的磷转入合金内, 而且高炉冶炼时的炉膛温度较低, 因而冶炼过程中磷的挥发 量较电炉低约 10% 高碳锰铁最早是采用高炉生产的,其产量高,成本低,目前国内外还在广泛用。我国江 西新余铁合金厂、山西阳泉铁合金厂为高炉生产高碳锰铁的定点厂家。 用途 高炉高碳锰铁:用于炼钢作脱氧剂或合金元素添加剂。 牌号及化学成分表 化学成分(%) 类别 牌号 Mn 高 炉 高 弹 锰 铁 C Ⅰ 7.5 7 7 7 7 1 1 1 1 1 Si Ⅱ 2 2 2.5 2.5 2.5 Ⅰ ≤ 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 P Ⅱ 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 S FeMn78 FeMn74 FeMn68 FeMn64 FeMn58 75.0 82.0 70.0 77.0 65.0 72.0 60.0 67.0 55.0 62.0 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 冶炼原料 高炉锰铁冶炼用原料 1.锰 矿 锰 高炉冶炼用的锰矿有氧化矿、碳 矿、 矿和 结矿。 有锰矿、焦炭和熔剂。 矿石中的锰是高炉锰铁冶炼中的主要回收元素。 锰矿石含锰量的高低直接影响锰铁冶炼 技术经济指标。高炉生产实践表明,锰矿中含锰量波动 1%,焦比波动 50~80kg,产量波动 3%~5%,因此对入炉矿中含锰量要求越高越好。 锰矿中 SiO2 的含量是影响渣量的主要因素。 据分析, 入炉锰矿中的 m(SiO2)/m(Mn)波动 10%,相当于含锰量波动 1%,应当尽量选用 m(SiO2)/m(Mn)低的矿石入炉。我国各厂家入炉 混合矿的 m(SiO )/m(Mn)一般控制在 0.3~0.8。 锰矿中的 m(Mn)/m(Fe)决定产品的含锰量, 生产不同牌号的锰铁, 需用不同 m(Mn)/m(Fe) 比值的锰矿。 锰矿中的磷是高炉锰铁生产中的控制元素, 希望越低越好。 磷在钢铁产品中大都属有害 元素。磷在高炉冶炼中理论上百分之百还原。因此锰铁产品中的磷含量取决于矿石、焦炭中 的含磷量。但在高炉冶炼中,Mn 的回收率和锰矿石的品位会在较大范围内变化,因此产品 中的含磷量也随之变化。 锰矿石中允许的含磷量按下式计算: w(P 矿)={[P]/np-(w′pK+w″pФ+w″pD)}÷H 式中 w(P 矿)——入炉锰矿石的含磷量,%; [P]——产品中允许含磷量上限,%; np——磷在高炉中的还原率(理论上 100%,实际上 80%左右); w′p,w″p,w″p——分别为焦炭,熔剂 和其他附加物的含磷量,%; H,K,Ф,D——分别为冶炼每吨锰铁所需矿石、焦炭、熔剂和其他附加物单耗,kg/t. 某厂高炉锰铁冶炼对入炉锰矿的 m(Mn)/m(Fe)及 m(P)/m(Mn)要求下见表。 锰铁成分(%) 牌号 Mn ≥ FeMn78 FeMn74 FeMn68 FeMn64 FeMn58 78 74 68 64 58 0.33 0.38 0.4 0.4 0.5 Ⅰ ≤ 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 P Ⅱ 对入炉锰矿要求 M (Mn) M(P)/m(Mn) M(Fe) ≥ 6.22 4.68 3.59 2.9 2.38 0.00375 0.00396 0.00441 0.00469 0.00625 Ⅰ ≤ 0.00493 0.00521 0.00662 0.00703 0.0075 Ⅱ 锰矿中的铅在冶炼时易还原也易挥发,还原后沉积在炉底,严重时会破坏炉底,炉温高 时易挥发,在高炉上部结瘤。一般为要求锰矿中 Pb 含量<0.1%。锰矿中的锌易挥发在高炉 上部沉积,对炉墙砖衬和炉壳有破坏作用,也可能和炉衬混合形成炉瘤。通常要求锰矿中 Zn 含量<0.2%。 锰矿石入炉粒度一般为 5~60mm,含粉率要求小于 5%。 2.焦 炭 焦 焦炭在高炉冶炼中不但是还原剂和发热剂, 而且是整个高炉料柱的骨架。 焦炭质量的好 坏一方面要看其化学成分, 另一方面要看其物理性能——粒度和强度。 锰铁高炉冶炼用焦炭 主要有冶金焦、气煤焦和土焦。不同焦炭质量差别较大,使用时应综合考虑。 对焦炭的基本技术要求: (l)高而稳定的固定碳含量。固定碳含量越高,作为还原剂和发热剂的能力越大,对降低 焦比,改善技术经济指标有利。 (2)较低的灰分可以减少渣量及灰分带入的磷含量。 (3)较高的机械强度, 可防止和减轻焦炭在炉内下降过程中产生粉末、 恶化料柱透气性。 挥发分低的焦炭机械强度比较好。 焦炭中的水分虽然对高炉冶炼过程无影响,但水分波动会影响配料的准确性。因此,希 望焦炭水分稳定为好。焦炭入炉粒度一般为 20~60mm。 3.熔 剂 熔 高炉锰铁冶炼所用熔剂为石灰石、生石灰、白云石等。 对石灰石和生石灰要求 CaO 含量越高越好。CaO 含量高,带入的渣量相对减少。使用 白云石调节渣时,要求白云石的 MgO 含量尽量高。 熔剂入炉粒度要求:石灰石和白云石 15~75mm,生石灰为 20~l00mm,小高炉偏下限, 中型高炉偏上限。 冶炼操作 锰铁高炉冶炼操作与生铁高炉相似,但锰铁高炉具有以下不同特点: ①锰矿中 MnO 含量较铁矿中 FeO 含量低,MnO 较 FeO 难还原。冶炼过程中渣量大,锰 的回收率较低。 ②由于锰与氧的亲和力比铁强,还原 MnO 时需要较高的温度和较大的能量,因此高炉 锰铁的冶炼焦比要比生铁冶炼高得多,焦炭负荷轻。 ③由于焦比高、焦炭负荷轻,焦炭和矿石之间粒度相差大。边缘气流易于发展,造成煤 气流紊乱,易产生偏行管道。 ④锰铁高炉煤气量大,发热值高,造成炉顶温度高,煤气含尘量大,净化困难。 ⑤炉衬侵蚀快,炉底易堆积,使得炉衬寿命低于生铁高炉。 以上特点决定了锰铁高炉的操作制度有别于生铁高炉而具有自身的特点。 1.高炉锰铁冶炼的装料制度 高炉锰铁冶炼的装料制度 高炉锰铁冶炼中原料、 燃料及熔剂的装入方法直接影响高炉断面料层分布及上升煤气流 的分布,高炉装料制度包括料线、料批、装料顺序和布料器工作制度。 (1)料线,即大钟下降后的下沿至料面距离,根据锰矿粒度小、密度大、滚动性差,焦 炭粒度大、滚动性好的特点,锰铁高炉的料线选在碰焦点以下,通过反弹布料,永乐国际网址,使矿石布到 边缘,焦炭布到中心,有利于中心煤气流的发展。 (2)批重,指每一批料矿石重量。小料批加重边缘,大料批发展边缘。根据锰铁高炉的冶 炼特点,一般采用小料批加重边缘。 (3)装料顺序,指一批料中矿石、 焦炭、 熔剂装入料斗的顺序。 矿石先装为正装(加重边缘), 焦炭先装为倒装(发展边缘)。此外还有分装、半正装、半倒装等。 (4)布料器工作制度,采用布料器是使炉料在高炉断面分布均匀的一项措施,它还可用来 纠正炉料下降和煤气上升的不均匀。锰铁高炉通常采用六点式布料器布料,即每批料旋转 60 度。 生产实践证明:锰铁高炉采用深料线、较小料批、正装或正分装为主的装料制度有利于 炉况顺行。 2.送风制度 送风制度 锰铁高炉的送风制度直接影响煤气的初始分布及炉况。 送风制度的确定体现为鼓风动能, 即风压、风量、风温及风口尺寸等参数的选择。 在原料强度好、粒度均匀且粉末少的情况下,可采用大风量及较小风速(大风口)。反之 则采用小风量、较大风速(小风口)。高炉容积与鼓风动能成正比。即高炉容积越大、鼓风动 能也越大。冶炼产品含 Mn 量越高,炉缸越易堆积,为此需要的鼓风动能也越大。 在高炉锰铁冶炼中,为保炉缸活跃,要采取措施吹透中心。除力争全风操作外,还应保 持较高风速和较大的鼓风动能,以及调节风口长度和角度来实现这一目的。 3.热制度 热制度 高炉锰铁冶炼的热制度是指冶炼中炉温水平及维持手段。 炉温水平的确定应建立在保证 锰的还原率及有利于降低焦比的基础上。 炉温的高低主要取决于焦炭负荷、风温、煤气热能和化学能的利用情况。 焦炭负荷与矿石中的锰、铁含量,冶炼中的渣量,熔剂消耗量以及风温、高炉容积和工 作状态有关。在以上条件较稳定的前提下,应保持较合适而稳定的焦炭负荷。当以上条件变 化时应根据变化相应调整焦炭负荷,以保证炉温的稳定。 在高炉锰铁冶炼中, 热风带入的热量是高炉热量的主要来源之一。 提高风温可降低焦比, 减少煤气生成量,有利炉况顺行。因此在设备条件许可下应尽量提高风温。 4.造渣制度 造渣制度 高炉锰铁造渣制度与原料条件有关。当锰矿品位高,Mn,Fe 质量比高时,可采用无熔剂 或少熔剂法生产高碳锰铁,此时炉渣为低磷、低铁富锰渣,可作为硅锰合金的原料。我国锰 矿石含锰品位低,国内以熔剂法生产高碳锰铁,以碱性渣操作为主。生产实践表明:渣中 MgO 含量由 5%提高到 8%时,渣中 MnO 由 8%降至 5%。为此,在高炉锰铁冶炼中合适的炉 渣成分为:CaO 为 30%~44%;SiO2 为 25%~30%;MgO 为 8%~12%;Al2O3 为 10%~15%,MnO 为 3%~7%。 生产技术与进步 随着对高炉锰铁生产特点的进一步认识, 通过一系列的试验与工艺措施的改进, 使高炉 锰铁的冶炼技术经济指标有了较大的提高。 1.提高入炉料质量 提高入炉料质量 提高入炉料质量的重点是提高锰矿品位。某厂将矿石品位提高 2%后,焦比降低 3.9%, 产量提高了 10%,矿耗及熔剂消耗也大大下降。 入炉熔剂采用生石灰代替石灰石,采用生石灰入炉有以下好处: (1)减少石灰石分解所需的热量及分解反应所产生的气体体积,使焦耗降低、料柱阻力 降低。 (2)初渣区温度提高,初渣流动性改善,有利于提高冶炼强度。 (3)加速初渣形成及碱度提高,促进锰还原,使渣中 MnO 下降。 (4)有利于发展中心气流,形成双峰漏斗型曲线。 某厂采用生石灰冶炼比采用石灰石冶炼可降低焦比 21.7%,产量增加 33.9%。 使用自产高碱度、高 MgO 烧结矿入炉,既改善了炉内冶炼条件又充分利用了资源。 2.采用高风温、富氧、脱湿技术 采用高风温、富氧、 采用高风温 提高风温可增加高炉下部热量的收入和提高风口前的理论燃烧温度, 使炉缸及冶炼区温 度提高,在降低焦比条件下可满足 MnO 还原的需要。有关统计资料表明,在其他条件不变 的情况下,风温对回收率、焦比有明显影响,见下表。 风温/℃ 回收率提高/% 焦比降低/(kg·t-1) 700~800 10 108.5 800~900 8 97.3 900~1000 6 87.1 提高风温措施:一是改进热风炉结构与材质。由于条件限制,我国目前热风炉风温最高 只在 1250℃水平。二是采用等离子技术可使风温达 1400~2000℃水平。 提高鼓风含氧量不仅可大幅度提高冶炼强度, 而且能有效地改变炉内温度分布。 锰铁高 炉富氧鼓风国外于 20 世纪 50 年代开始试验,60 年代广泛使用。据国外有关资料介绍,鼓 风含氧 25.5%,焦比降低 10%,生产率大约提高 30%,渣量减少,锰的回收率有所提高。 水分在风口前分解需热量巨大。 降低空气湿度对降低能量消耗及提高冶炼区温度意义极 大。美国一高炉采用空气冷凝法将空气湿度从 10~12g/m3,降到 3.0~3.5g/m3,焦比降低 20%, 产量提高 25%。我国新余钢厂将鼓风湿度由 22g/m3 降至 6g/m3 后,焦比每吨降低了 162kg. 脱湿鼓风技术在生铁高炉已普遍采用。 3.喷吹煤粉 喷吹煤粉 喷吹煤粉技术已在生铁高炉广泛推广使用,通过喷吹煤粉,可以促进中心气流发展,活 跃炉缸,相应提高了炉缸温度。更重要的是由于锰铁高炉负荷轻、焦比高,喷吹煤粉对降低 焦比成效显著。 日本一高炉采用一个 750kW 等离子炬与喷煤粉相结合, 使焦比降低了 180kg/t。 我国阳泉钢铁公司采用喷煤粉技术后,与不喷吹期比较,在喷吹率 12%、吨铁喷煤 200kg 的条件下,焦比由 1577kg/t 降至 1454kg/t。 4.采用高压操作 采用高压操作 提高炉顶压力是强化高炉冶炼的有效手段。 其作用: 一是在保证高炉顺行条件下增加风 量,增加产量;二是提高煤气浓度,利于降低焦比;三是减少炉尘损失,提高锰回收率,并 有利于煤气净化。新余钢厂将炉顶压力提高到 0.045~0.05MPa 后,风量可提高 8%。 5.改进装料制度 改进装料制度 锰铁高炉的装料制度一直沿用生铁高炉的装料方法。 通过对装料制度与煤气流分布规律 的认识,经生产实践比较,采用矿焦混装的装料制度要优于分装。日本水岛厂锰铁高炉采用 混装后, 焦炭批重由分装时的 3.5t 扩大到 6t, 料柱透气性改善 35%, 煤气利用率提高了 9%。 我国桂林铁合金厂采用混装后,焦比下降 80kg/t,锰回收率提高了 2%左右。 6.改进高炉设计 改进高炉设计 锰铁高炉多年来一直沿用生铁高炉设计, 为适应锰铁冶炼特点需要, 在高炉设计上做了 相应改造。总的改进趋势有以下几方面: 1)高炉炉型改进 炉型结构的差异对高炉锰铁的冶炼炉况及技术经济指标影响较大。炉型改进主要有: (l)扩大炉喉直径,增大炉身角,以抑制边缘气流发展。 (2)适当缩小炉缸直径,以利强化冶炼。 (3)增加炉腰高度,缩小炉身高度。 前苏联两座容积相近的锰铁高炉,由于各部位尺寸不同,日产量竞相差 25~30t。 2)高炉结构的改进 以全身喷水冷却的无衬高炉和全身冷却壁汽化冷却的无衬高炉取代传统的砖衬高炉, 以 延长高炉的使用寿命, 提高设备作业率。 无衬高炉的结构特点是除炉缸部分按常规设计砖衬 外,炉腹以上全部取消砖衬,炉喉部分加焊一圈钢板代替钢砖,整个炉体通过安装几排环形 水管喷水冷却。 采用冷却壁汽化冷却的无衬高炉则是在炉壳内部安装若干层冷却壁, 与汽包 连接进行循环冷却。阳泉钢铁公司 1971 年建成全身喷水冷却无衬高炉生产实践证明;其使 用寿命从原来砖衬结构的 1~2 年提高到了 15 年。 3)采用斜风口 锰铁高炉采用斜风口操作,对增强熔池搅拌、活跃炉缸、减少炉缸堆积、改善炉缸排出 能力有很大作用。前苏联一座 1033m3 锰铁高炉,采用 9°~15°的斜风口操作,经三年生 产实践考验,证明它有很多优点:炉缸排出能力改善,产量提高 1%,焦比降 1%,风口及风 口水套寿命延长 2~3 倍。渣口寿命提高 2%,铁水温度提高 40~50℃,燃烧温度稳定,锰回 收率提高到 75%~77%,渣中锰降低到 4.5%~5.5%。