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高锰铁水锰资源利用率研究-终版
复吹转炉内锰资源利用的研究
1 前言
我国不少地区储有大量的贫锰矿,其含锰量为30%以上。这部分贫锰矿,经过选矿固然可以提高品位,但成本过高。同时还有一些地区,高炉铁水,含锰量为1%左右。锰是钢中最基本的合金元素之一。在我国由于炼钢生产含锰量大都不超过0.8%,转炉炼钢时锰又被大量氧化,终点钢水含锰一般都低于成品钢的标准下限。因此,其中的锰如能在炼钢中加以利用,这对解决当前国内锰铁合金紧缺情况,具有重大经济意义。
2 高炉冶炼过程中锰的损失
在高炉冶炼过程中锰的损失主要存在以下三方面的损失。??
1)炉渣损失,即终渣带出的MnO损失。由于MnO本身的还原性在高炉条件下难以全部还原,故锰在渣中的损失占入炉总锰量的14%-15%左右,这是主要的损失。?
2)挥发及炉尘损失,锰在高炉内温度1300℃左右开始挥发,损失量随含锰量及炉缸温度增加而增加。由于锰矿粒度小强度差,炉尘损失较大。随着煤气量的增加和原料含粉率的增大,吹损量也相应增大,一般占入炉锰的5%-10%。?
3)锰铁机械损失,主要有炉前喷溅,干渣,搬运及炉渣中带铁损失。?
2.1现行操作铁水中锰的回收极限
转炉冶炼是个氧化过程,在吹炼过程中不可避免地铁水中大量的锰被氧化,以氧化物的形式进入渣中,因此,人们很自然地关心,在现有操作条件下,对含Mn l%左右的铁水,经冶炼后,最终残锰极限是多少?
众所周知,脱锰反应可写成下式:
〔Mn〕+(FeO)=(MnO)+〔Fe〕
当反应平衡时,其平衡方程式为:
式中,a(MnO)一渣中氧化锰的活度;a〔Mn〕一钢中锰的活度,a(FeO)一渣中氧化铁的活度。
其中,a〔Mn〕=〔Mn%〕;a(MnO)=rMn· (MnO%); a(FeO)=rFeO· (EeO%); V=rMnO/rFeO。
设渣量为Ws(kg/t钢),原始[Mn]为〔Mn%〕,终点〔Mn〕为〔Mn%〕f,则有下列关系式:
按现有操作条件,设〔Mn%〕。=1.1%,终点C=0.1%,(FeO)=20%,出钢温度1650℃,碱度为3.5,V值取2.0,渣量为13%,将其代入(4)式,可计算出:
〔Mn%]f=0.32%
由上面计算看出,铁水中Mn的最高回收率为:
2.2 渣量的影响
由(4)式看出,影响〔Mn]f的因素有:渣量、渣中氧化铁含量、渣子碱度(与V有关)和出钢温度。其中出钢温度主要依钢种和浇铸条件而定,加之,Mn氧化反应本身热效应就比较小,因此从热力学上说,决定〔Mn]f挂含量的储因素中,渣子条件最为重要。从回收铁水锰和有效利用锰矿资源,无疑渣量又是个关健参量。而当铁水中P、S含量满足炼钢要求的条件下,这时渣量主要决定于铁水中Si含量。
从理论上可以推出,铁水中的含Si量的关系如下:
渣量=铁水中氧化元素量+石灰加入量+炉衬侵蚀量
式中,Ws--吨钢渣量,kg/t;[Si%]0[Mn%]0--铁水中硅锰量,%。B--炉渣碱度;
LMn--渣钢间锰分配比(LMn=25);(TFe%)--终渣中全铁,(TFe%)=15%;
WL--炉衬侵蚀量,kg/t(WL=5%×WS);CCaO---石灰中CaO量(CCaO=79%);
CSiO2--石灰中SiO2量(CSiO2=3.4%)。将数据代入(5)式,计算得在不同碱度 时,渣量及石灰加入量与铁水的Si含量的关系,见图1和2
从图1和2可以看出,当碱度为3.5时,如果铁水中〔Si%〕=0.7%,则石灰加入量和渣量分别为78kg/t和135kg/t;而〔Si%〕=0.3%时,石灰加入量和渣量又分别为34kg/t和62kg/t,可见两者相差甚远。
同时,还可以计算出渣量对铁水中Mn的收得率的影响。
计算结果如图3、4所示。可见,铁水中锰的收得率随渣量或铁水中含Si量的增大而下降。
根据许多日本钢铁厂的实验结果,当渣量大于12%时,加入锰矿直接合金化,其锰矿收得率一般要低于30%。因此,对含Mnl%的铁水,如果不把硅含量降下来,采用普通冶炼工艺进行直接合金化操作是不可取的(见图5)。
图3铁水中锰的收得率、钢中残锰与铁水中含硅量的关系
图4钢中残锰与渣量之间的关系
另外,根据30t转炉热平衡计算,结果表明,要保证出钢温度为1680-1700℃(连铸低碳钢),铁水含硅量为0.3-0.4%就可满足要求。考虑到有些工厂炉子容量大,废钢比又不大,进一步降低硅含量对减少渣量显然更为有利。
3 提高锰回收率的途径
3.1提高氧气的利用率
2C+O2=2CO每氧化1KgC需氧0.94m3;2Mn+O2=2MnO每氧化1KgMn需氧0.20m3;
Si+O2=SiO
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