一種高矽矽錳合金及其生產方法與流程
2024-02-04 21:26:15
本發明涉及金屬冶煉領域，具體地，涉及一種高矽矽錳合金、一種高矽矽錳合金的生產方法，以及該高矽矽錳合金的生產方法生產得到的高矽矽錳合金。
背景技術：
：在種類繁多的鐵合金品種中，將用於優質合金鋼生產的生產工藝複雜、技術含量高、雜質含量低的少量鐵合金品種稱為特種鐵合金，高矽矽錳合金就是其中的一種。高矽矽錳合金例如為Mn65Si25、Mn60Si27和Mn60Si28等型號的高矽矽錳合金。礦熱爐冶煉法生產高矽矽錳的原理與普通矽錳合金的原理都是用碳同時還原錳礦中的氧化錳和二氧化錳煉製而成的，但同普通矽錳相比，其區別在於高矽矽錳合金通常要求碳含量更低、矽含量較更高，這使生產難度大大增加，目前現有的高矽矽錳合金生產主要面臨以下問題：第一，單位電耗較高，成本較高；第二，由於在冶煉高矽矽錳合金的過程當中，矽的還原是一個吸熱反應的過程，溫度越高越有利於矽的還原，也越有利於提高合金中的矽含量，但也越容易致使電極周圍形成刺火現象，爐況較難控制；第三，渣中跑錳量較高；第四，碳的含量較難控制，降碳的過程通常使得成本增加或成品率降低。因此，高矽矽錳合金在鐵合金生產
技術領域：
被認為是一種難生產的產品，工藝技術操作要求比較高。目前國內能生產高矽矽錳合金的廠家還不多。因此，尋找一種電耗低、產量高、爐況容易控制以及碳含量低的高矽矽錳合金的生產方法是十分必要的。技術實現要素：本發明的目的是克服現有的高矽矽錳合金的生產方法的上述不足，提供一種高矽矽錳合金、一種高矽矽錳合金的生產方法，以及該高矽矽錳合金的生產方法生產得到的高矽矽錳合金。本發明的高矽矽錳合金能夠滿足相應型號鋼種的元素含量需求，並能實現較低的碳含量。本發明的高矽矽錳合金的生產方法能夠顯著降低電耗，易於控制爐況並且能夠得到較高的產品產量。本發明第一方面提供了一種高矽矽錳合金，其中，該高矽矽錳合金含有20-35重量％的Si、58-70重量％的Mn、≤0.25重量％的C和1-22％的Fe。本發明第二方面提供了一種高矽矽錳合金的生產方法，其中，該方法包括在礦熱爐內，將爐料以連續加料的方式進行冶煉，其中，所述爐料包括：5-20重量％的第一高錳礦石，該第一高錳礦石含有36-39重量％的Mn、7-10重量％的Si、≦5重量％的Fe、≦0.06重量％的P、≦0.04重量％的S、10-13重量％的Ca和≦0.15重量％Al；10-30重量％的第二高錳礦石，該第二高錳礦石含有49-51重量％的Mn、6-15重量％的Si、≦4.5重量％的Fe、≦0.09重量％的P、≦0.03重量％的S、4-5重量％的Ca和3-5重量％的Al；15-20重量％的第三高錳礦石，該第三高錳礦石含有33-35重量％的Mn、25-28重量％的Si、≦1.5重量％的Fe、≦0.032重量％的P、≦0.03重量％的S、2-3重量％的Ca和4-5重量％的Al；15-35重量％的富錳渣，該高錳渣含有28-30重量％的Mn、23-40重量％的Si、≦1重量％的Fe、≦0.04重量％的P、≦0.04重量％的S和7-9重量％的Ca；4-25重量％的矽鐵；以及10-30重量％的焦炭。本發明第三方面提供了根據本發明第二方面的方法生產得到的高矽矽錳合金。本發明的發明人發現，通過控制投加特定的原料和原料的配比，並配合本發明的操作步驟和具體的工藝參數，能夠將電耗控制在5000KW/h以下甚至可以達到4000KW/h以下，在冶煉過程中不發生刺火現象，並且產品率較高，元素含量易於控制，所得產品中C含量較低。本發明的其它特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。在本文中所披露的範圍的端點和任何值都不限於該精確的範圍或值，這些範圍或值應當理解為包含接近這些範圍或值的值。對於數值範圍來說，各個範圍的端點值之間、各個範圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值範圍，這些數值範圍應被視為在本文中具體公開。本發明第一方面提供了一種高矽矽錳合金，其中，該高矽矽錳合金含有20-35重量％的Si、58-70重量％的Mn、≤0.25重量％的C和1-22％的Fe。優選地，所述高矽矽錳合金含有23-28重量％的Si、63-68重量％的Mn、≤0.23重量％的C和6-12％的Fe。本發明的高矽矽錳合金中Si、Mn、C和Fe的具體含量可以根據需要生產的鋼種型號來確定。例如，以重量計，Mn65Si25要求：67％＞Mn≧65％，27％＞Si≧25％，P≦0.1％,S≦0.04％，C≦0.2％；Mn60Si27：65％＞Mn≧60％，28％＞Si≧27％，P≦0.1％，S≦0.04％，C≦0.15％；Mn60Si28：65％＞Mn≧60％，Si≧28％，P≦0.1％，S≦0.04％，C≦0.1％。在本發明的所述高矽矽錳合金具有較好的脫氧還原性能，一般來說通常認為熔點可以在一定程度上反應高矽矽錳合金的脫氧還原性能，通常熔點越高則脫氧還原能力越強，本發明的高矽矽錳合金的熔點可以達到1270-1350℃，優選為1300-1350℃，更優選為1300-1330℃。本發明第二方面提供了一種高矽矽錳合金的生產方法，其中，該方法包括在礦熱爐內，將爐料以連續加料的方式進行冶煉，其中，所述爐料包括：5-20重量％的第一高錳礦石，該第一高錳礦石含有36-39重量％的Mn、7-10重量％的Si、≦5重量％的Fe、≦0.06重量％的P、≦0.04重量％的S、10-13重量％的Ca和≦0.15重量％Al；10-30重量％的第二高錳礦石，該第二高錳礦石含有49-51重量％的Mn、6-15重量％的Si、≦4.5重量％的Fe、≦0.09重量％的P、≦0.03重量％的S、4-5重量％的Ca和3-5重量％的Al；15-20重量％的第三高錳礦石，該第三高錳礦石含有33-35重量％的Mn、25-28重量％的Si、≦1.5重量％的Fe、≦0.032重量％的P、≦0.03重量％的S、2-3重量％的Ca和4-5重量％的Al；15-35重量％的富錳渣，該高錳渣含有28-30重量％的Mn、23-40重量％的Si、≦1重量％的Fe、≦0.04重量％的P、≦0.04重量％的S和7-9重量％的Ca；4-25重量％的矽鐵；以及10-30重量％的焦炭。在上述第一高錳礦石、第二高錳礦石、第三高錳礦石和富錳渣中，Mn的含量以MnO2計，Si的含量以SiO2計，Ca的含量以CaO計，Al的含量以Al2O3計。在本發明中，優選地，所述爐料包括：10-20重量％的所述第一高錳礦石、15-20重量％的所述第二高錳礦石、15-20重量％的所述第三高錳礦石、20-35重量％的富錳渣、10-15重量％的矽鐵和12-25重量％的焦炭。根據本發明一種具體的實施方式，所述爐料還包括白雲石、矽石以及電極糊，其中白雲石的含量可以為0.5-3重量％，優選為1-2重量％，矽石的含量可以為5-20重量％，優選為5-15重量％，電極糊的含量可以為0.2-3重量％，優選為0.8-1.5重量％。根據本發明一種具體的實施方式，所述爐料包括所述第一高錳礦石、所述第二高錳礦石、所述第三高錳礦石、富錳渣、矽鐵、焦炭、白雲石、矽石以及電極糊，具體地，所述爐料包括5-20重量％的所述第一高錳礦石、10-30重量％的所述第二高錳礦石、15-20重量％的所述第三高錳礦石、15-35重量％的富錳渣、4-25重量％的矽鐵、10-30重量％的焦炭、0.5-3重量％的白雲石、5-20重量％的矽石，以及0.2-3重量％的電極糊；優選地，所述爐料包括10-15重量％的所述第一高錳礦石、15-25重量％的所述第二高錳礦石、12-20重量％的所述第三高錳礦石、20-30重量％的富錳渣、5-15重量％的矽鐵、10-20重量％的焦炭、1-2重量％的白雲石、5-15重量％的矽石，以及0.8-1.5重量％的電極糊。在本發明中，當所述爐料還包括矽石時，所述矽石與所述矽鐵的用量總量為13-25重量％。其中矽鐵與矽石的重量配比可以為1：0.5-2，優選為1：0.8-1.2。所述矽石中矽的含量可以為10-50重量％，優選為18-20重量％。在本發明中，爐料中各成分的具體用量可以根據需要得到的高矽矽錳合金的成分來確定，爐料中各成分的具體用量應儘量滿足本發明第一方面所述的高矽矽錳合金的成分要求。在本發明中，所述第一高錳礦石、所述第二高錳礦石、所述第三高錳礦石和所述富錳渣作為混合錳礦以提供錳，本發明的發明人意外發現這幾種物質共同用於生產高矽矽錳合金時能夠使所得的高矽矽錳合金具有更好的脫氧還原性能。相對於所述混合錳礦的總重量，Mn含量優選為≧38重量％，更優選為38-40重量％，磷含量優選為≦0.06重量％，錳鐵重量比(Mn/Fe)優選為≧13.5，更優選為13.5-18，進一步優選為14-16。在本發明中，所述矽鐵可以為矽鐵固體、矽鐵粉末、矽鐵液體和矽渣中的一種或多種，優選地，所述矽鐵為矽鐵固體和矽含量為32-45重量％的矽渣以1：0.8-1.2的重量比混合的混合物；所述矽鐵中矽的含量可以大於51重量％，優選大於55重量％。所述矽渣例如為冶煉矽鐵的過程中廢棄的爐渣；所述矽鐵中優選為矽含量70-80重量％的矽鐵，例如可以用75#矽鐵和/或72#矽鐵，優選用75#矽鐵。在本發明中，所述焦炭主要作為還原劑，所述焦炭可以使用含碳量大於80％、含硫量小於1重量％的低硫份焦炭。所述白雲石沒有特別的限定，使用本領域常規的白雲石即可。所述電極糊沒有特別的限定，可以為任意商購得到的電極糊。在本發明中，冶煉的溫度可以為1300-1500℃，優選為1350-1420℃。在本發明中，優選地，在料面低於爐口200mm，或爐內明火較大且電極根部缺料時進行人工推料，所述人工推料的方法包括所述人工推料的方法是先用下料管自動放料，人工用平鏟將料推至電極根部，使料面呈小椎體。在本發明中，在冶煉過程中，優選地，控制爐渣的鹼度為0.7-0.9，優選為0.75-0.9，還例如為0.81-0.9。控制爐渣鹼度的方式可以為本領域常規的方式，例如通過添加CaO≧28％、MgO≧23％的白雲石調節爐渣鹼度。在本發明中，術語「爐渣的鹼度」指的是爐渣中鹼性氧化物的質量分數總和與酸性氧化物的質量分數總和之比，用爐渣中的氧化鈣含量與二氧化矽含量之比表示。本發明的發明人發現合適的渣型有利於得到性能更好的高矽矽錳產品並能在生產過程中更有效地節省電耗。在本發明中，爐渣優選包括4-6重量％的MgO、15-30重量％的CaO、14-18重量％的Al2O3、38-42重量％的SiO2，其他成分為鐵和不可避免的雜質。在本發明中，所述礦熱爐的工作參數優選包括：單位極心圓功率密度為1950-2800KVA/m2，優選為2000-2200KVA/m2，更優選為2000-2100KVA/m2；電極下插深度為1300-1700mm，優選為1400-1700mm；電流為300-360A，優選為310-330A；功率因數(cos)為0.75-0.85，優選為0.78-0.82。在本發明中，所述礦熱爐的爐型參數優選包括：爐膛直徑為7000-7900mm，優選為7100-7600mm；爐膛深度為2000-3000mm，優選為2500-3000mm；電極直徑為1080-1260mm，優選為1080-1200mm；極心圓直徑為2500-3300mm，優選為2600-3200mm，更優選為2600-2800mm。在本發明中，每噸高矽矽錳合金的冶煉周期為2-6小時，優選3-4小時。通常地，每3-4小時出一爐，每爐為13-20噸。在一種優選實施方式中，本發明所述的高矽矽錳合金的生產方法還包括：將出爐鋼水倒入鋼包後進行1-3次倒包，最優選進行2次倒包。所述倒包的條件包括：倒包速率為0.5-1.0m/s，優選為0.6-0.8m/s；鋼包之間的高度差為0.5-1.2m，優選為0.6-0.8m；兩次倒包之間的間隔時間為10-30min，優選為15-20min；倒包的溫度為1300-1500℃，優選為1320-1400℃；倒包過程花費的總時間為6-60min，優選為25-45min。在本發明中，所述高矽矽錳合金的生產方法還包括：在將出爐鋼水倒入鋼包之後，在進行所述倒包之前，將鋼水靜置10-20分鐘，並在該靜置之後進行扒渣。在本發明中，所述高矽矽錳合金的生產方法還包括：在所述倒包之後，將鋼水進行鎮靜6-30min，優選8-15min。將鎮靜後的鋼水進行澆鑄。本發明第三方面提供了根據本發明第二方面所述的方法生產得到的高矽矽錳合金。本發明通過上述生產方法的各具體技術方案相互配合，所生產得到的高矽矽錳合金能夠具有較好的脫氧還原性能，例如，熔點可以達到1270-1350℃，優選為1300-1330℃。以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。在以下實施例和對比例中，第一錳礦石使用南非礦，其中以MnO2計的Mn的含量為37.5重量％，以SiO2計的Si的含量為9重量％，Fe的含量為4重量％，P的含量為0.03重量％，S的含量為0.02重量％，以CaO計的Ca的含量為11重量％，以Al2O3計的Al的含量為0.011重量％；第二錳礦石使用澳籽礦，其中以MnO2計的Mn的含量為50重量％，以SiO2計的Si的含量為8重量％，Fe的含量為4重量％，P的含量為0.06重量％，S的含量為0.01重量％，以CaO計的Ca的含量為4.5重量％，以Al2O3計的Al的含量為3.5重量％；第三錳礦石使用摩洛哥礦，其中以MnO2計的Mn的含量為35重量％，以SiO2計的Si的含量為9重量％，Fe的含量為1.8重量％，P的含量為0.09重量％，S的含量為0.01重量％，以CaO計的Ca的含量為2.7重量％，以Al2O3計的Al的含量為4.2重量％；所用的富錳渣中以MnO2計的Mn的含量為30重量％，以SiO2計的Si的含量為25重量％，Fe的含量為0.8重量％，P的含量為0.03重量％，S的含量為0.02重量％，以CaO計的Ca的含量為7.3重量％；所用的焦炭中碳含量為80重量％，硫含量為0.8重量％；矽石中Si的含量為30重量％。實施例1在15000KVA礦熱爐內，將爐料以連續加料的方式進行冶煉，其中，所述礦熱爐的工作條件包括：單位極心圓功率密度為2096KVA/m2，電極下插深度為1400m，電流為310A，功率因素為0.8；所述礦熱爐的爐型參數包括：爐膛直徑為7200mm，爐膛深度為2500mm，電極直徑為1080mm，極心圓直徑為2700mm。所述爐料包括：14.4重量％的第一高錳礦石、21.6重量％的第二高錳礦石、14.4重量％的第三高錳礦石、21.6重量％的富錳渣、8.7重量％的75#矽鐵、11.8重量％的焦炭、1.1重量％的白雲石、5.5重量％的矽石和0.9重量％的電極糊。在冶煉過程中，通過添加CaO約為29％、MgO約為24％的白雲石調節爐渣鹼度為0.78。冶煉過程中控制爐渣的成分包括：15重量％的CaO、5重量％的MgO、16重量％的Al2O3和38％重量的SiO2，其他成分為Fe和不可避免的雜質。冶煉3.3小時出爐，爐渣混出，採用鋼包包裝鋼水，多餘爐渣利用爐渣與鋼水的比重差異從鋼包上部流口流出後直接水淬，確認無鋼水流入鋼包後，取另一鋼包進行倒包，倒包的條件控制為：倒包次數為2次，倒包溫度為1400℃，倒包速率約為0.7m/s，鋼包之間的高度差約為0.6m，兩次倒包之間的間隔時間為10分鐘。倒包所花時間大約25分鐘。倒包後，將鋼水在鋼包中鎮靜15分鐘，扒去上部殘渣，然後進行澆鑄，得到產品鋼坯，記為I1。實施例2在18500KVA礦熱爐內，將爐料以連續加料的方式進行冶煉，其中，所述礦熱爐的工作條件包括：單位極心圓功率密度為2000KVA/m2，電極下插深度為1600m，電流為340A，功率因素為0.78；所述礦熱爐的爐型參數包括：爐膛直徑為7600mm，爐膛深度為2700mm，電極直徑為1150mm，極心圓直徑為2800mm。所述爐料包括：15重量％的第一高錳礦石、15重量％的第二高錳礦石、15重量％的第三高錳礦石、20重量％的富錳渣、10重量％的72#矽鐵、13重量％的焦炭、1.5重量％的白雲石、10重量％的矽石和1重量％的電極糊。在冶煉過程中，通過添加CaO約為29％、MgO約為24％的白雲石調節爐渣鹼度為0.81。冶煉過程中控制爐渣的成分包括：20重量％的CaO、4重量％的MgO、18重量％的Al2O3和和40％重量的SiO2，其他成分為Fe和不可避免的雜質。冶煉3.3小時出爐，爐渣混出，採用鋼包包裝鋼水，多餘爐渣利用爐渣與鋼水的比重差異從鋼包上部流口流出後直接水淬，確認無鋼水流入鋼包後，取另一鋼包進行倒包，倒包的條件控制為：倒包次數為2，倒包溫度為1500℃，倒包速率約為0.8m/s，鋼包之間的高度差約為0.8m，兩次倒包之間的間隔時間為15分鐘。倒包所花時間大約45分鐘。倒包後，將鋼水在鋼包中鎮靜15分鐘，扒去上部殘渣，然後進行澆注。得到產品鋼坯，記為I2。實施例3在礦熱爐內，將爐料以連續加料的方式進行冶煉，其中，所述礦熱爐的工作條件包括：單位極心圓功率密度為2100KVA/m2，電極下插深度為1450m，電流為320A，功率因素為0.82；所述礦熱爐的爐型參數包括：爐膛直徑為7900mm，爐膛深度為3000mm，電極直徑為1200mm，極心圓直徑為3200mm。所述爐料包括：10重量％的第一高錳礦石、20重量％的第二高錳礦石、12重量％的第三高錳礦石、24.5重量％的富錳渣、5重量％的75#矽鐵和矽含量43重量％的矽渣以1：1的混合物、10重量％的焦炭、2重量％的白雲石、15重量％的矽石和1.5重量％的電極糊。在冶煉過程中，通過添加CaO約為29％、MgO約為24％的白雲石調節爐渣鹼度為0.75。冶煉過程中控制爐渣的成分包括：30重量％的CaO、6重量％的MgO、14重量％的Al2O3和41％重量的SiO2，其他成分為Fe和不可避免的雜質。冶煉3.3小時出爐，爐渣混出，採用鋼包包裝鋼水，多餘爐渣利用爐渣與鋼水的比重差異從鋼包上部流口流出後直接水淬，確認無鋼水流入鋼包後，取另一鋼包進行倒包，倒包的條件控制為：倒包次數為2，倒包溫度為1300℃，倒包速率約為1m/s，鋼包之間的高度差約為1m，兩次倒包之間的間隔時間為20分鐘。倒包所花時間大約45分鐘。倒包後，將鋼水在鋼包中鎮靜15分鐘，扒去上部殘渣，然後進行澆注。得到產品鋼坯，記為I3。實施例4按照實施例1的方法進行，所不同的是，所述礦熱爐的工作參數包括：單位極心圓功率密度為1800KVA/m2；電極下插深度為1200mm；電流為280A；功率因數(cos)為0.6。最終得到產品鋼坯，記為I4。實施例5按照實施例1的方法進行，所不同的是，將倒包操作改為相同次數的搖包操作。最終得到產品鋼坯，記為I5。實施例6按照實施例1的方法進行，所不同的是，控制爐渣鹼度為0.9。最終得到產品鋼坯，記為I6。對比例1按照實施例1的方法進行，所不同的是，第一高錳礦石、第二高錳礦石、第三高錳礦石全部替換為與之含有相同的錳的總量的富錳渣。最終得到產品鋼坯，記為D1。對比例2按照實施例1的方法進行，所不同的是，將矽鐵替換為與之含有相同的矽的總量的矽石。最終得到產品鋼坯，記為D2。測試例對實施例1-7和對比例1-2的生產過程和所得的產品鋼坯進行如下測試。(1)鋼坯成分錳含量用硝酸銨氧化滴定法(GB/T5686.1-2008)進行檢測，矽含量用鉬藍光度法(GB/T5686.2-2008)進行檢測，碳含量用高頻紅外吸收法(GB/T5686)進行檢測，鐵含量用重鉻酸鉀法(GB/T6730.5-2007)進行檢測。將所得結果記於表1中。(2)產量記錄生產過程中每爐產品的產量(噸)，求取平均值，記於表2中。(3)生產能耗記錄生產過程中每批產品的生產能耗，即用電量(KW/h)，求取平均值，記於表2中。表1產品鋼坯Si/重量％Mn/重量％C/重量％Fe/重量％實施例1I129.1261.010.0926.09實施例2I233.2458.320.0596.23實施例3I327.0264.110.0925.72實施例4I422.5466.670.0797.14實施例5I526.3165.050.0877.16實施例6I628.1362.60.0786.19對比例1D123.9770.460.692.47對比例2D232.8959.020.0497.13從表1可以看出，根據本發明的方法所得產品鋼坯中C的含量可以控制在0.1重量％以下，而對比例的產品鋼坯中C的含量遠遠高於實施例。表2產量(噸)耗電量(KW/h)實施例114.713980實施例215.54238實施例320.04128實施例412.674502實施例511.764923實施例612.284529實施例712.54519對比例111.375160對比例28.335812從表2可以看出，根據本發明的方法所得產品鋼坯的每爐的產量可以達到11噸以上甚至達到14噸以上，耗電量可以達到5000KW/h以下甚至達到4300KW/h以下，均顯著優於對比例。以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。當前第1頁1 2 3