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  生产高碳锰铁的最早方法,迄今仍在使用。高炉除生产高碳锰铁外,还生产过镜铁(Mn5%~20%,C3.5%~5.5%),硅镜铁(Mn15%~20%,Si约10%)与高硅生铁(Silvery Pig Iron,Si约10%)等。还处理铁锰矿生产富锰渣(人造富锰矿)。

  ferro manganese smelting inblast furnace

  1875年普尔塞尔(A.Pourcel)在法国泰尔努瓦(Terre Noire)的高炉内炼出含有60%~80%Mn,6%~7%C的高碳锰铁。20世纪初中国汉阳铁厂在100t高炉内冶炼镜铁。1937~1944年日商在天津建制铁所冶炼锰铁。中华人民共和国成立后,1949年阳泉钢铁厂用高炉冶炼镜铁和锰铁。鞍山钢铁公司于1950年用试验炉和临近大修的高炉冶炼锰铁。石景山钢铁厂、重庆钢铁厂与马鞍山钢铁厂等都先后用高炉生产锰铁和镜铁。新余钢铁厂于1960年开始冶炼锰铁。

  将锰矿(包括烧结矿)、焦炭、石灰、白云石按配比从炉顶加入高炉。鼓风机从高炉风口鼓入热空气与焦炭燃烧产生热量,使炉料熔化,还原而成为炉渣与高碳锰铁,定时从炉底排出。炉渣排入渣罐送冲渣池粒化,用作生产水泥及建筑材料的原料。高碳锰铁送铸锭间用铸铁机铸锭。(见图1)炉顶产生的荒煤气含尘量高(30~50g/m),粒度细(85%2μm),温度高(350~600℃),粉尘易凝聚成硬块,给荒煤气净化带来很多困难。荒煤气从炉顶经重力除尘器、文氏管、电除尘净化后,净煤气含尘量10mg/m。部分煤气用于热风炉,其余作燃料。这种湿式除尘系统产生大量洗涤水,浊度高,含有氰化物(30~300 mg/t)、Mn、Pb、Zn、As、酚等有害物质,要用水渣过滤法或生物化学法或亚硫酸铁沉淀法等处理后,闭路循环使用,才能达到环保要求。

  法国巴黎乌特罗锰铁公司(SFPO)的锰铁高炉的煤气净化系统是先用板式电除尘器除尘后再经洗涤塔水洗(图2)。荒煤气含尘约30 g/m3,处理后净煤气含尘约1 mg/m3。生产1t高碳锰铁产生的炉气粉尘中,含有氰化物4.25kg,干式除尘系统除去94%(4.0kg)。重力除尘器和板式电除尘器收集的干灰,经螺旋输送机送入集灰室。从集灰室的四周通入冷风使氰燃烧后生成CO

  由排气管排入大气。除氰率可达100%。洗涤塔和洗气机产生的污水含氰量为0.2 kg。经过滤(塑料层)、蒸发塔挥发约90%,废气从塔顶烟囱排入大气。余下约10%随污水经沉淀池沉淀后,循环使用。

  高炉冶炼锰铁的焦比高,负荷轻;煤气量大,在炉身极易发展边沿气流;炉料吹损大;炉顶温度高。初渣中MnO含量高,流动性好,对炉身中、下部耐火砖侵蚀快。由于上述特点和冶炼规律,锰铁高炉的内型与生铁高炉相比是扩大炉喉;加大炉腹直径使高炉有效高度和炉腰直径比降低;实践证明,无炉衬高炉(图3)能适应冶炼锰铁的要求,可以得到较好的技术经济效益。所谓无炉衬高炉是指除承受高温炉渣和铁液的炉缸与炉底部分用砖砌外,炉腹、炉身的外壳用水喷淋或汽化冷却。不砌耐火材料。锰铁高炉的其他设备基本与炼铁高炉相同,仅在一些参数和设备匹配上作适当修改。

  高炉锰铁用锰矿石要求含Mn30%,Mn:Fe3,P:Mn0.005,对SiO

  量有限制。块度8~40mm。入炉锰矿经过水洗可以降低入炉矿含粉率,提高锰矿的含锰量,和降低焦比。水洗后2 mm的粉矿可作尾泥处理。2~8 mm粉矿用带式烧结机烧结成高碱度锰烧结矿或高碱度高MgO锰烧结矿。对焦炭的要求与炼铁高炉相同。熔剂最好用生石灰,也可用石灰石。

  根据锰铁高炉炉体解剖的结果,加入的炉料在高炉内可分为块状带,软熔带、滴落带和再还原区。块状带位于炉身处,炉料未达熔点时,锰矿、焦炭和熔剂分层相间存在;锰矿中的锰、铁高价氧化物在块状带受热分解和被炉气中的CO还原成MnO与FeO;还原反应产生大量的热,使炉顶温度升高;炉料中的水分(附着水和结晶水)、有机物等随炉气外排。软熔带位于炉腰与炉腹,包括炉料靠炉壁的软区和中部的熔区;MnO与FeO同锰矿中的脉石和熔剂开始形成初渣,而分为软熔带和焦炭层;软熔带的存在增大了炉气的阻力,因此要求锰原料的熔点要高而软化区间要窄。滴落带位于软熔带中心;初渣液滴穿过下方的焦炭层时,MnO与FeO被焦炭直接还原。MnO在高炉中的还原过程按巴甫洛夫的观点,在高炉风口以上的炉腹是第一还原区,风口带为锰、铁氧化区,炉缸为再还原区。MnO的还原是在熔融状态被碳还原,与炉缸温度、炉渣碱度和流动性、焦炭粒度有密切关系。MnO还原为Mn需要热量是4946 kJ/kg(Mn),FeO还原为Fe所需的热量是2699 kJ/kg(Fe),所以高炉冶炼锰铁的焦比要比冶炼生铁高。

  MnO主要是在熔渣中被碳还原。添加CaO提高炉渣碱度,可以提高渣中MnO的活度和炉缸温度,使锰的收得率增加。添加MgO可以提高炉渣碱度,改进炉渣流动性而降低炉渣中MnO含量。

  高炉冶炼过程是在炉料和炉气的反向运动中进行传热、传质和机械运动。炉料均匀而有节奏地下降,永乐国际网址。反应产生的煤气合理分布上升从炉顶泄出是高炉顺行的首要要求。焦炭在风口燃烧,焦炭被炉料中的氧氧化,在炉料下降过程中小块料填充于大块料之间,炉料逐渐熔化使体积缩小,定期从炉缸排放炉渣与合金等都会在炉内形成自由空间。炉料由于自重克服炉料与炉壁、炉料间的摩擦力和煤气上升的浮力而下降。锰铁高炉炉缸温度比生铁高炉高,炉料软熔带相对上移,气体通道切面相对变小,气流速度变大,阻力损失增加,对高炉的顺行影响甚大。煤气流的合理分布对高炉冶炼锰铁十分重要。

  中国冶金百科全书总编辑委员会《钢铁冶金》卷编辑委员会,冶金工业出版社《中国冶金百科全书》编辑部 编.中国冶金百科全书·钢铁冶金.北京:冶金工业出版社.2001.第237-240页.