高结晶水锰矿粉球团还原冶炼高碳锰铁合金工艺及机理研究.doc

高结晶水锰矿粉球团还原冶炼高碳锰铁合金工艺及机理研究
徐栋梁  
【摘要】： 世界锰资源供不应求,随着多年的开采,国内锰矿富矿资源锐减,生产的锰矿已远不能满足要求,每年需大量进口,且进口锰矿石性能日趋复杂,富矿、块矿不断减少,粉矿和经分选后的精矿甚至高结晶水的锰矿石比例明显增加。因此,如何有效利用廉价粉矿,加强锰矿粉和锰精矿的造块以强化锰矿冶炼是降低我国锰系铁合金生产成本、提高锰铁合金市场竞争力的有效途径之一。本研究主要以某进口高结晶水锰矿粉为原料,通过制取合格成品球团矿,进而通过电炉冶炼制取高碳锰铁合金,为国内有效利用此类锰矿粉提供合适的途径。 本研究采用锰矿球团-电炉冶炼的工艺,从高结晶水锰矿粉制取高碳锰铁合金。研究的主要内容包括锰矿粉的预处理、造球试验、球团预热焙烧小型试验、链篦机-回转窑扩大型试验、还原熔炼小型试验工艺参数的优化等,并对锰矿粉预处理、锰矿球团固结机理进行了研究。 对-8mm高结晶水锰矿粉制备球团,最佳的预处理工艺为对辊破碎-高压辊磨:将锰矿粉经过对辊破碎机,破碎至-1mm占100%,在高压辊磨压力为2.5×10~3N/cm~2和转速为68r/min的条件下,进行高压辊磨处理。通过开路两次辊磨,使其比表面积达到2653cm~2/g,满足了球团生产的要求,用于球团制备。 造球实验表明,对预处理过的锰矿添加2.0%膨润土,造球时间7min,可以得到落下强度23.1次/0.5m、抗压强度10.20N/个、爆裂温度540℃的合格生球。干燥生球在管炉中进行小型预热焙烧实验,在预热温度1010℃、预热时间10min、焙烧温度1335℃、焙烧时间15min的条件下,预热球团和焙烧球团的抗压强度分别为594N/个和2567N/个。扩大型试验是在链篦机-回转窑模拟装置上进行,采取两段预热,一段预热温度为500℃～700℃,预热时间4min,二段预热温度1050℃,预热时间为10～15min,两段预热风速均选择2.4m/s。当料层高度为220mm时,焙烧温度1330℃、焙烧时间15min时,成品球团矿抗压强度达到2947N/个,转鼓指数为95.35%,耐磨指数为1.79%,达到了比较好的指标。成品球团矿中品位为49.11%Mn,S、P等有害元素含量较低,是优质的高炉或电炉原料。 锰矿球团固结机理表现为:成品球团矿内的矿物组成以软锰矿为主,达60%以上,赤铁矿占10%以上。软锰矿都是由极微小的细粒组成,在高温下软熔互连,以Mn、Si元素为主的多成分锰酸盐液相大量形成,流动性好,填充在孔洞及锰、铁矿物的间隙中,将各种块、粒状晶体紧密胶结成整体,维持锰铁矿球团的高强度。 对扩大型试验所制得的成品球团矿进行了还原熔炼试验,研究了还原熔炼温度、时间、炉渣碱度、MgO、Al_2O_3等因素对锰铁合金产品质量的影响,结果表明,温度是熔分重要的影响因素。高温使热传递增强,有利于炉料的熔化和炉渣粘度的降低。对于5#锰球团矿,当熔炼温度为1600℃、熔炼时间为30min时,能取得很好的熔炼效果。熔渣的碱度R_2(CaO/SiO_2)对渣特性影响很大,适宜的碱度为熔渣R_2=1.3。渣中适宜的MgO含量,使炉渣粘度较低,流动性良好,达到较为理想冶金性能。试验中MgO达到5%时效果最好。炉渣中的Al_2O_3要保持一定的含量,本次试验中Al_2O_3为15.0%时最佳。对上述影响因素进行优化的基础上,制取出锰铁合金,合金的化学成分为,74.31%TMn,16.42%TFe,7.4%C,1.60%Si,0.20%P,0.020%S,达到了FeMn74C7.5牌号合金的质量要求。