高炉冶炼锰铁

高炉冶炼锰铁的焦比高，负荷轻；煤气量大，在炉身极易发展边沿气流；炉料吹损大；炉顶温度高。初渣中MnO含量高，流动性好，对炉身中、下部耐火砖侵蚀快。由于上述特点和冶炼规律，锰铁高炉的内型与生铁高炉相比是扩大炉喉；加大炉腹直径使高炉有效高度和炉腰直径比降低；实践证明，无炉衬高炉（图3）能适应冶炼锰铁的要求，可以得到较好的技术经济效益。所谓无炉衬高炉是指除承受高温炉渣和铁液的炉缸与炉底部分用砖砌外，炉腹、炉身的外壳用水喷淋或汽化冷却。不砌耐火材料。锰铁高炉的其他设备基本与炼铁高炉相同，仅在一些参数和设备匹配上作适当修改。

高炉锰铁用锰矿石要求含Mn>30%，Mn：Fe>3，P：Mn<0.005，对SiO₂量有限制。块度8～40mm。入炉锰矿经过水洗可以降低入炉矿含粉率，提高锰矿的含锰量，和降低焦比。水洗后<2 mm的粉矿可作尾泥处理。2～8 mm粉矿用带式烧结机烧结成高碱度锰烧结矿或高碱度高MgO锰烧结矿。对焦炭的要求与炼铁高炉相同。熔剂最好用生石灰，也可用石灰石。

1875年普尔塞尔（A.Pourcel）在法国泰尔努瓦（Terre Noire）的高炉内炼出含有60%～80%Mn，6%～7%C的高碳锰铁。20世纪初中国汉阳铁厂在100t高炉内冶炼镜铁。1937～1944年日商在天津建制铁所冶炼锰铁。中华人民共和国成立后，1949年阳泉钢铁厂用高炉冶炼镜铁和锰铁。鞍山钢铁公司于1950年用试验炉和临近大修的高炉冶炼锰铁。石景山钢铁厂、重庆钢铁厂与马鞍山钢铁厂等都先后用高炉生产锰铁和镜铁。新余钢铁厂于1960年开始冶炼锰铁。

将锰矿（包括烧结矿）、焦炭、石灰、白云石按配比从炉顶加入高炉。鼓风机从高炉风口鼓入热空气与焦炭燃烧产生热量，使炉料熔化，还原而成为炉渣与高碳锰铁，定时从炉底排出。炉渣排入渣罐送冲渣池粒化，用作生产水泥及建筑材料的原料。高碳锰铁送铸锭间用铸铁机铸锭。（见图1）炉顶产生的荒煤气含尘量高（30～50g/m），粒度细（85%<2μm），温度高（350～600℃），粉尘易凝聚成硬块，给荒煤气净化带来很多困难。荒煤气从炉顶经重力除尘器、文氏管、电除尘净化后，净煤气含尘量<10mg/m。部分煤气用于热风炉，其余作燃料。这种湿式除尘系统产生大量洗涤水，浊度高，含有氰化物（30～300 mg/t）、Mn、Pb、Zn、As、酚等有害物质，要用水渣过滤法或生物化学法或亚硫酸铁沉淀法等处理后，闭路循环使用，才能达到环保要求。

法国巴黎乌特罗锰铁公司（SFPO）的锰铁高炉的煤气净化系统是先用板式电除尘器除尘后再经洗涤塔水洗（图2）。荒煤气含尘约30 g/m3，处理后净煤气含尘约1 mg/m3。生产1t高碳锰铁产生的炉气粉尘中，含有氰化物4.25kg，干式除尘系统除去94%（4.0kg）。重力除尘器和板式电除尘器收集的干灰，经螺旋输送机送入集灰室。从集灰室的四周通入冷风使氰燃烧后生成CO₂与N₂由排气管排入大气。除氰率可达100%。洗涤塔和洗气机产生的污水含氰量为0.2 kg。经过滤（塑料层）、蒸发塔挥发约90%，废气从塔顶烟囱排入大气。余下约10%随污水经沉淀池沉淀后，循环使用。

根据锰铁高炉炉体解剖的结果，加入的炉料在高炉内可分为块状带，软熔带、滴落带和再还原区。块状带位于炉身处，炉料未达熔点时，锰矿、焦炭和熔剂分层相间存在；锰矿中的锰、铁高价氧化物在块状带受热分解和被炉气中的CO还原成MnO与FeO；还原反应产生大量的热，使炉顶温度升高；炉料中的水分（附着水和结晶水）、有机物等随炉气外排。软熔带位于炉腰与炉腹，包括炉料靠炉壁的软区和中部的熔区；MnO与FeO同锰矿中的脉石和熔剂开始形成初渣，而分为软熔带和焦炭层；软熔带的存在增大了炉气的阻力，因此要求锰原料的熔点要高而软化区间要窄。滴落带位于软熔带中心；初渣液滴穿过下方的焦炭层时，MnO与FeO被焦炭直接还原。MnO在高炉中的还原过程按巴甫洛夫的观点，在高炉风口以上的炉腹是第一还原区，风口带为锰、铁氧化区，炉缸为再还原区。MnO的还原是在熔融状态被碳还原，与炉缸温度、炉渣碱度和流动性、焦炭粒度有密切关系。MnO还原为Mn需要热量是4946 kJ/kg（Mn），FeO还原为Fe所需的热量是2699 kJ/kg（Fe），所以高炉冶炼锰铁的焦比要比冶炼生铁高。

MnO主要是在熔渣中被碳还原。添加CaO提高炉渣碱度，可以提高渣中MnO的活度和炉缸温度，使锰的收得率增加。添加MgO可以提高炉渣碱度，改进炉渣流动性而降低炉渣中MnO含量。

高炉冶炼过程是在炉料和炉气的反向运动中进行传热、传质和机械运动。炉料均匀而有节奏地下降，反应产生的煤气合理分布上升从炉顶泄出是高炉顺行的首要要求。焦炭在风口燃烧，焦炭被炉料中的氧氧化，在炉料下降过程中小块料填充于大块料之间，炉料逐渐熔化使体积缩小，定期从炉缸排放炉渣与合金等都会在炉内形成自由空间。炉料由于自重克服炉料与炉壁、炉料间的摩擦力和煤气上升的浮力而下降。锰铁高炉炉缸温度比生铁高炉高，炉料软熔带相对上移，气体通道切面相对变小，气流速度变大，阻力损失增加，对高炉的顺行影响甚大。煤气流的合理分布对高炉冶炼锰铁十分重要。

高炉锰铁冶炼用原料主要有锰矿、焦炭和熔剂。

高炉高碳锰铁锰 矿

高炉冶炼用的锰矿有氧化矿、碳酸盐矿、焙烧矿和烧结矿。

矿石中的锰是高炉锰铁冶炼中的主要回收元素。锰矿石含锰量的高低直接影响锰铁冶炼技术经济指标。高炉生产实践表明，锰矿中含锰量波动1%，焦比波动50~80kg,产量波动3%~5%，因此对入炉矿中含锰量要求越高越好。

锰矿中SiO2的含量是影响渣量的主要因素。据分析，入炉锰矿中的m(SiO2)/m(Mn)波动10%，相当于含锰量波动1%，应当尽量选用m(SiO2)/m(Mn)低的矿石入炉。我国各厂家入炉混合矿的m(SiO )/m(Mn)一般控制在0.3~0.8。

锰矿中的m(Mn)/m(Fe)决定产品的含锰量，生产不同牌号的锰铁，需用不同m(Mn)/m(Fe)比值的锰矿。

锰矿中的磷是高炉锰铁生产中的控制元素，希望越低越好。磷在钢铁产品中大都属有害元素。磷在高炉冶炼中理论上百分之百还原。因此锰铁产品中的磷含量取决于矿石、焦炭中的含磷量。但在高炉冶炼中，Mn的回收率和锰矿石的品位会在较大范围内变化，因此产品中的含磷量也随之变化。

锰矿石中允许的含磷量按下式计算：

w(P矿)={[P]/np-(w′pK w″pФ w″pD)}÷H

式中 w(P矿)——入炉锰矿石的含磷量，%；

[P]——产品中允许含磷量上限，%；

np——磷在高炉中的还原率(理论上100%，实际上80%左右)；

w′p,w″p,w″p——分别为焦炭，熔剂 和其他附加物的含磷量，%；

H,K,Ф,D——分别为冶炼每吨锰铁所需矿石、焦炭、熔剂和其他附加物单耗，kg/t.

某厂高炉锰铁冶炼对入炉锰矿的m(Mn)/m(Fe)及m(P)/m(Mn)要求下见表。

锰矿中的铅在冶炼时易还原也易挥发，还原后沉积在炉底，严重时会破坏炉底，炉温高时易挥发，在高炉上部结瘤。一般为要求锰矿中Pb含量<0.1%。锰矿中的锌易挥发在高炉上部沉积，对炉墙砖衬和炉壳有破坏作用，也可能和炉衬混合形成炉瘤。通常要求锰矿中Zn含量<0.2%。

锰矿石入炉粒度一般为5~60mm，含粉率要求小于5%。

高炉高碳锰铁焦 炭

焦炭在高炉冶炼中不但是还原剂和发热剂，而且是整个高炉料柱的骨架。焦炭质量的好坏一方面要看其化学成分，另一方面要看其物理性能——粒度和强度。锰铁高炉冶炼用焦炭主要有冶金焦、气煤焦和土焦。不同焦炭质量差别较大，使用时应综合考虑。

对焦炭的基本技术要求：

(l)高而稳定的固定碳含量。固定碳含量越高，作为还原剂和发热剂的能力越大，对降低焦比，改善技术经济指标有利。

(2)较低的灰分可以减少渣量及灰分带入的磷含量。

(3)较高的机械强度，可防止和减轻焦炭在炉内下降过程中产生粉末、恶化料柱透气性。挥发分低的焦炭机械强度比较好。

焦炭中的水分虽然对高炉冶炼过程无影响，但水分波动会影响配料的准确性。因此，希望焦炭水分稳定为好。焦炭入炉粒度一般为20~60mm。

高炉高碳锰铁熔 剂

高炉锰铁冶炼所用熔剂为石灰石、生石灰、白云石等。

对石灰石和生石灰要求CaO含量越高越好。CaO含量高，带入的渣量相对减少。使用白云石调节渣时，要求白云石的MgO含量尽量高。

熔剂入炉粒度要求：石灰石和白云石15~75mm，生石灰为20~l00mm，小高炉偏下限，中型高炉偏上限。

锰铁高炉冶炼操作与生铁高炉相似，但锰铁高炉具有以下不同特点：

①锰矿中MnO含量较铁矿中FeO含量低，MnO较FeO难还原。冶炼过程中渣量大，锰的回收率较低。

②由于锰与氧的亲和力比铁强，还原MnO时需要较高的温度和较大的能量，因此高炉锰铁的冶炼焦比要比生铁冶炼高得多，焦炭负荷轻。

③由于焦比高、焦炭负荷轻，焦炭和矿石之间粒度相差大。边缘气流易于发展，造成煤气流紊乱，易产生偏行管道。

④锰铁高炉煤气量大，发热值高，造成炉顶温度高，煤气含尘量大，净化困难。

⑤炉衬侵蚀快，炉底易堆积，使得炉衬寿命低于生铁高炉。

以上特点决定了锰铁高炉的操作制度有别于生铁高炉而具有自身的特点。

高炉高碳锰铁装料制度

高炉锰铁冶炼中原料、燃料及熔剂的装入方法直接影响高炉断面料层分布及上升煤气流的分布，高炉装料制度包括料线、料批、装料顺序和布料器工作制度。

(1)料线，即大钟下降后的下沿至料面距离，根据锰矿粒度小、密度大、滚动性差，焦炭粒度大、滚动性好的特点，锰铁高炉的料线选在碰焦点以下，通过反弹布料，使矿石布到边缘，焦炭布到中心，有利于中心煤气流的发展。

(2)批重,指每一批料矿石重量。小料批加重边缘，大料批发展边缘。根据锰铁高炉的冶炼特点，一般采用小料批加重边缘。

(3)装料顺序,指一批料中矿石、焦炭、熔剂装入料斗的顺序。矿石先装为正装(加重边缘)，焦炭先装为倒装(发展边缘)。此外还有分装、半正装、半倒装等。

(4)布料器工作制度,采用布料器是使炉料在高炉断面分布均匀的一项措施，它还可用来纠正炉料下降和煤气上升的不均匀。锰铁高炉通常采用六点式布料器布料，即每批料旋转60度。

生产实践证明：锰铁高炉采用深料线、较小料批、正装或正分装为主的装料制度有利于炉况顺行。

高炉高碳锰铁送风制度

锰铁高炉的送风制度直接影响煤气的初始分布及炉况。送风制度的确定体现为鼓风动能，即风压、风量、风温及风口尺寸等参数的选择。

在原料强度好、粒度均匀且粉末少的情况下，可采用大风量及较小风速(大风口)。反之则采用小风量、较大风速(小风口)。高炉容积与鼓风动能成正比。即高炉容积越大、鼓风动能也越大。冶炼产品含Mn量越高，炉缸越易堆积，为此需要的鼓风动能也越大。

在高炉锰铁冶炼中，为保炉缸活跃，要采取措施吹透中心。除力争全风操作外，还应保持较高风速和较大的鼓风动能，以及调节风口长度和角度来实现这一目的。

高炉高碳锰铁热制度

高炉锰铁冶炼的热制度是指冶炼中炉温水平及维持手段。炉温水平的确定应建立在保证锰的还原率及有利于降低焦比的基础上。

炉温的高低主要取决于焦炭负荷、风温、煤气热能和化学能的利用情况。

焦炭负荷与矿石中的锰、铁含量，冶炼中的渣量，熔剂消耗量以及风温、高炉容积和工作状态有关。在以上条件较稳定的前提下，应保持较合适而稳定的焦炭负荷。当以上条件变化时应根据变化相应调整焦炭负荷，以保证炉温的稳定。

在高炉锰铁冶炼中，热风带入的热量是高炉热量的主要来源之一。提高风温可降低焦比，减少煤气生成量，有利炉况顺行。因此在设备条件许可下应尽量提高风温。

高炉高碳锰铁造渣制度

高炉锰铁造渣制度与原料条件有关。当锰矿品位高，Mn,Fe质量比高时，可采用无熔剂或少熔剂法生产高碳锰铁，此时炉渣为低磷、低铁富锰渣，可作为硅锰合金的原料。我国锰矿石含锰品位低，国内以熔剂法生产高碳锰铁，以碱性渣操作为主。生产实践表明：渣中MgO含量由5%提高到8%时，渣中MnO由8%降至5%。为此，在高炉锰铁冶炼中合适的炉渣成分为:CaO为30%~44%;SiO2为25%~30%;MgO为8%~12%;Al2O3为10%~15%,MnO为3%~7%。2100433B