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。 高碳錳鐵最早是采用高爐生產的,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壹的區別是熱源不同,所以兩者的爐體結構、幾何形狀及操作方法不壹樣,但兩爐子冶煉高碳錳鐵的原理是相同的。
但是,兩種爐子使用同壹種錳礦冶煉使得到的產品磷含量不壹樣,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溫度較低,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,設備和操作類似矽鐵,並且是在還原劑不足的條件下采用酸性渣操作,爐膛溫度比熔劑法低約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,爐料隨著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,並且容易生產出低矽的高碳錳鐵,這是因為大部分矽富集到渣中。
2)溶劑法。溶劑法是冶煉高碳錳鐵普遍采用的壹種方法。爐料組成中除錳礦、焦炭外,還有石灰、冶煉時采用高堿度渣操作堿度,B=1.3~1.4,使用足夠的還原劑,已盡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。這種方法是采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,把爐渣堿度m(CaO)/m(SiO2)或m(CaO+MgO)/m(SiO20)的比值控制在0.6~0.8之間,借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,把該渣配入冶煉矽錳合金的爐料中,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年代也曾采用過無熔劑法冶煉,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。