一、硅錳合金低渣比的意義:2004年底,國家發展和改革委員會頒布了‘鐵合金行業準入條件’,并要求自2005年1月1日起實施。其中對鐵合金產品單位冶煉電耗作了明確要求,硅錳合金冶煉電耗不能高于4200kwh/t。降低電耗的根本出路是采用低渣比冶煉工藝,以此減少硅錳合金冶煉過程中,由爐渣和爐氣帶走的能量。提高主元素還原的富集度:提高電熱效率,更多的熱能將作用到主元素的還原趨向,減少渣熱損,進而降低單位電耗。提高電爐的生產效率。
二、具體冶煉工藝措施:主要從礦熱爐極極新園功率密度、配礦原則和爐前操作三方面為技術要點進行生產。
1、提高入爐的有功功率:礦熱爐內生成硅錳合金的冶金反應,一般可簡單表示:
(MnO)+C=(Mn)+CO (1)
△G=268 990-183.5T (J)
(SiO2)+2C=(Si)+2CO (2)
△G=689 860-361.38T (J)
顯然,提高反應溫度才能促使渣中MnO和SiO2大程度還原入合金,同時SiO2比MnO要求更高的還原溫度。由于硅錳合金冶煉屬于有渣法冶煉,必然涉及爐渣堿度對硅錳合金在渣合金熔體中的分配平衡問題,即:
2(MnO)+(Si)=(SiO2)+2(Mn)
硅錳合金研究表明:1400—1500℃內,渣的堿度與表現平衡常數Kb之間的關系,其結果如下:
LgKb=1.575B0.893+0.88(4)
式中,Kb=(%Mn)2*(%SiO2)/(%Si)*(%Mn)2
B=(CaO+%MgO)/%SiO2
以上可知,隨著終堿渣度的提高,Kb增大,渣中MnO濃度下降。但終渣中MnO含量的高低不能完全反映Mn回收率的高低,因為終渣堿度是由于爐料配入的溶劑量(白云石)和渣中SiO2還原程度決定的。通過增加爐料中的CaO、MgO配入量來提高爐渣堿度,雖然終渣中MnO含量降低,但由于渣量增大,錳的實際回收率并不高,相反還限制了SiO2的還原反應。因此,只有通過提高Si的回收率,使終渣堿度提高,才能提高Mn的回收率,從而減少爐料中的溶劑配入量,達到低渣比冶煉的目的。各硅錳冶煉企業SiO2的還原率相差很大,低的只有24%,高的可到60%。產生差異的根本原因是礦熱爐設備參數和電氣操作制度的不同造成爐內熔池反應區的溫度差別較大。從硅錳合金冶煉的能量平衡角度來講,能否滿足入爐有效功率的要求,是能否實現低渣比操作的關鍵。目前,國內長期生產硅錳合金的廠家均注意到硅錳合金電爐極心園視在功率密度大小的問題,但未取得一致意見。實際上,極心園視在功率密度并不能完全反映入爐有效功率密度的大小。這是因為,一,有功功率的大小與設備運行狀況的功率因數有關;第二,極心園相同,電極直徑不同,爐內熔池反應區的面積會有所不同。因此,筆者認為采用極區有功功率密度的概念衡量礦熱爐運行條件下的入爐能量強度較為合理。國內數臺硅錳礦熱爐實測數據表明,低渣比冶煉硅錳合金的極心區有功功率密度均在950KW/㎡以上,硅錳合金生產高硅硅錳合金則要求更高。所以為了確保低渣比冶煉工藝的高爐溫是基本要求。