高碳錳鐵

高碳錳鐵是由錳、鐵組成的合金。錳鐵根據其含碳量不同分為三類：低碳類：碳不大於0.7%；中碳類：碳不大於0.7%至2.0%；高碳類：碳不大於2.0%至8.0%。

電爐高碳錳鐵主要用於鍊鋼作脱氧劑、脱硫劑及合金添加劑，另外隨着中低碳錳鐵生產工藝的進步，高碳錳鐵還可應用於生產中低碳錳鐵。

高爐高碳錳鐵：用於鍊鋼作脱氧劑或合金元素添加劑。

高碳錳鐵的生產方法有高爐法和電爐生產的，下面分別介紹這兩種方法的特點。

高碳錳鐵最早是採用高爐生產的，其產量高，成本低，目前國內外還在廣泛用。我國山西東方資源發展有限公司為高爐生產高碳錳鐵的定點廠家。

高爐法是把錳礦、焦炭和石灰等料分別加入高爐內進行冶煉、得到含錳52%~76%/含磷0.4%~0.6的高爐錳鐵。由於高爐與電爐冶煉高碳錳鐵唯一的區別是熱源不同，所以兩者的爐體結構、幾何形狀及操作方法不一樣，但兩爐子冶煉高碳錳鐵的原理是相同的。

但是，兩種爐子使用同一種錳礦冶煉使得到的產品磷含量不一樣，高爐產品越高於電爐產品0.07%~0.11%。這是由於高爐冶煉的爐料組成中的焦炭配量為電爐冶煉時的5~6陪，因此焦炭中有更多的磷轉入合金內，而且高爐冶煉時的爐膛温度較低，因而冶煉過程中磷的揮發量較電爐低約10%。

電爐法冶煉高碳錳鐵有三種方法。

1）無熔劑法。對於含氧化錳較高的富錳礦，可以用無熔劑法冶煉錳鐵、冶煉時爐料中不配加石灰，設備和操作類似硅鐵，並且是在還原劑不足的條件下采用酸性渣操作，爐膛温度比熔劑法低約1320~1400 ℃，用這種方法生產既要獲得合格的高碳錳鐵，又要得到含錳大於35%、供冶煉錳合金用的低磷、低鐵富錳渣。此時錳的分配如下：入合金率為58%~60%,入渣率為30%~32%，揮發10%。顯然，用無熔劑法冶煉高碳錳鐵必須使用含錳高的富錳礦，並且要求礦中有頗低的磷含量。該法雖然錳的回收率低，但用富錳渣冶煉錳合金時還可以回收絕大部分的錳，其錳的總回收率比熔劑發高。　無溶劑法冶煉高碳錳鐵的過程是連續的，爐料隨着熔化過程不斷加入爐內，料批可由300kg錳礦、60~70kg焦炭、15~20kg鋼屑組成。無溶劑冶煉時，產品單位電耗很低，並且容易生產出低硅的高碳錳鐵，這是因為大部分硅富集到渣中。

2）溶劑法。溶劑法是冶煉高碳錳鐵普遍採用的一種方法。爐料組成中除錳礦、焦炭外，還有石灰、冶煉時採用高鹼度渣操作鹼度，B=1.3~1.4,使用足夠的還原劑，已儘量降低廢渣中錳含量，提高錳的回收率。這種方法用於以貧、富錳礦搭配冶煉高碳錳鐵，以後還要詳細討論這種方法。

3）少溶劑法。這種方法是採用介於溶劑法和無溶劑法之間的所謂“弱酸性渣法”進行操作。該法是往爐料中配加適量的石灰或石灰石，把爐渣鹼度m（CaO）/m（SiO2）或m（CaO+MgO）/m（SiO20）的比值控制在0.6~0.8之間，藉以既能提高錳的回收率，又能獲得含錳25%~30%和適量含CaO的爐渣，把該渣配入冶煉硅錳合金的爐料中，即可節約石灰，又能減少因石灰潮解而增加的爐料粉塵量，從而改善爐料的透氣性。　國外電爐冶煉高碳錳鐵多采用無溶劑法和少熔劑法的酸性法。我國20世紀50年代也曾採用過無熔劑法冶煉，用含錳46%~47%的富錳礦生產出含錳76%80%碳錳鐵，並同時獲得含錳35%~40%富錳渣。但因我國貧錳礦較多，所以目前多采用溶劑法或少量溶劑法。

現代大型錳鐵還原電爐容量達40000～75000千伏安，一般為固定封閉式。熔劑法的冶煉電耗一般為2500～3500千瓦·時/噸，無熔劑法的電耗為2000～3000千瓦·時/噸。錳硅合金用封閉或半封閉還原電爐冶煉。一般採用含二氧化硅高、含磷低的錳礦或另外配加硅石為原料。富錳渣含磷低、含二氧化硅高是冶煉錳硅合金的好原料。冶煉電耗一般約3500～5000千瓦·時/噸。入爐原料先作預處理，包括整粒、預熱、預還原和粉料燒結等，對電爐操作和技術經濟指標起顯著改善作用。

電爐精煉 中、低碳錳鐵一般用1500～6000千伏安電爐進行脱硅精煉，以錳硅、富錳礦和石灰為原料，其反應為：MnSi+2MnO+2CaO─→3Mn+2CaO·SiO2

採用高鹼度渣可使爐渣含錳降低，減少由棄渣造成的錳損失。聯合生產中採用較低的渣鹼度(CaO/SiO2小於1.3)操作，所得含錳較高(20～30%)的渣用於冶煉錳硅合金。爐料預熱或裝入液態錳硅合金有助於縮短冶煉時間、降低電耗。精煉電耗一般在1000千瓦·時左右。中、低碳錳鐵也用熱兑法，通過液態錳硅合金和錳礦石、石灰熔體的相互熱兑進行生產。

吹氧精煉 用純氧吹煉液態碳素錳鐵或錳硅合金可煉得中、低碳錳鐵。此法經過多年試驗研究，於1976年進入工業規模生產。

在原材料和操作工藝相同的條件下，不同的設備參數就會出現不同的冶煉效果，高碳錳鐵的還原温度較低。爐渣的流動性能較好，一般認為大直徑電極，大極心圓、大爐膛和深爐膛是冶煉高碳錳鐵爐型的特點。

電極水冷系統運轉正常十分重要。電極大套、銅瓦、導電銅管都採用水冷卻。冷卻水進口温度要儘量低些，出水温度不宜過高。冶煉廠冷卻水的水質硬度大，水中泥沙容易沉積在大套底部，嚴重影響大套冷卻效果，可考慮採用磁水器軟化處理。應加強備品備件的管理，爭取縮短熱停時間。採用石棉高壓橡膠水管，相比於以前使用普通膠管，大大減少了普通膠管燒壞而漏水故障，每年至少比使用普通膠管減少熱停100 h。再如1號爐爐罩水冷立柱，由於結構不盡合理，剛投產時因上部缺水而頻繁漏水，在2012年和2013年改為磚包柱後問題便得以解決，大大減少了熱停時間。

爐襯是爐體重要的部分，因為在使用過程中要承受1 400～1 800攝氏度的高温，還要承受爐料、高温爐氣和熔融鐵水的機械沖刷和爐渣的物理化學侵蝕，因而易被熔化、軟化、熔蝕甚至崩裂。若絕熱性能不好，還會增加電能消耗。所以爐襯要用特殊耐火材料和絕緣材料來砌築。

自焙電極的質量取決於電極殼製作、電極糊和電極焙燒。當這3方面質量不能保證時便會發生各種電極事故，如電極欠燒、漏糊、硬斷、軟斷等。輕則降低負荷，重則造成熱停。不僅影響冶煉時間和生產作業率，更重要的是爐底温度降低。產量明顯下降而電耗上升。因此電極是電爐設備節能的重要方面，必須引起足夠重視 ^[1]  。