本發(fā)明屬于黑色金屬冶金技術領域，具體涉及一種一步法冶煉低微碳錳鐵的方法。

背景技術：
低微碳錳鐵是指含碳量低于0.4％的錳鐵合金，低微碳錳鐵是冶煉優(yōu)質純凈鋼的合金添加劑，每生產一噸優(yōu)質純凈鋼約耗低微碳錳鐵20Kg,全國年產優(yōu)質純凈鋼約5000萬噸，一年約需低微碳錳鐵100萬噸。傳統(tǒng)的低微碳錳鐵生產工藝方法為二步法。二步法生產低微碳錳鐵，即將由礦熱點爐生產出來的高硅低碳硅錳合金的硅作為還原劑，冷裝在精煉電爐內還原錳礦石中的氧化錳，即得到低微碳錳鐵。工藝過程為兩步，第一步為生產硅錳合金，第二步為生產低微碳錳鐵。二步法的優(yōu)勢為工藝操作簡便，工藝生產為間斷式，一爐一爐的冶煉，易于控制；其劣勢為：硅的利用率低，為75％；主元素錳的回收率低，為80％；雜質磷的含量高，合金中殘硅高。一步法冶煉低微碳錳鐵工藝，即將化渣、搖煉、精煉三個冶煉工藝過程合為一體，集中于一個爐體內完成，直接用錳礦利用電硅熱法，一步生產出低微碳錳鐵的工藝方法。一步法的優(yōu)勢為熱能利用率高、產品單位電耗比二步法可降低電耗30％，硅利用率高，為95％；主元素錳的回收率高、為90％，產品雜質磷含量低、小于0.1％；其劣勢是：冶煉爐次之間相互影響，生產過程控制需嚴密。

技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種一步法冶煉低微碳錳鐵的方法。本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的，一種一步法冶煉低微碳錳鐵的方法，在一個電爐內完成化渣、搖煉、精煉過程，具體包括以下步驟:1)化渣：將配比好的錳礦和石灰作為爐料(1)加入電爐內，送電熔化爐料(1)，待爐料(1)全部熔化成液體，化渣結束；2)搖煉：當步驟1)中爐料(1)化成液體狀態(tài)，爐渣溫度達到1400℃時，停止送電，搖動爐體，邊搖邊向爐內添加硅鐵粉，進行搖煉，搖煉結束后，將爐內的渣出盡，將搖煉生成的微碳硅錳留在爐內；3)精煉：搖煉結束后，加入配比好的錳礦和石灰作為爐料(2)，送電生產，開始精煉，待爐料(2)基本熔化后，到爐內取合金鐵水樣判斷合金的含硅量，當合金中的硅低于1％時，精煉結束，得到低微碳錳鐵。步驟1)所述的配比好的錳礦和石灰作為爐料(1)，優(yōu)選按照30-40重量份的配比。步驟2)所述的添加硅鐵粉，優(yōu)選添加20-30重量份。步驟2)所述的搖煉，搖速優(yōu)選55-60r/min，搖煉時間優(yōu)選10-15分鐘。步驟3)所述的，配比好的錳礦和石灰作為爐料(2)，優(yōu)選按照30-40重量份的配比。本發(fā)明所述的一種一步法冶煉低微碳錳鐵的方法，在一個電爐內完成化渣、搖煉、精煉過程，電爐既要有精煉爐的功能，又要有搖爐的功能，電爐爐體還要能左右傾翻，電爐既是精煉爐，又是搖爐，還可左右傾翻。本發(fā)明所涉及的基本工藝原理：一步法冶煉低微碳錳鐵的基本原理是利用硅鐵中的硅直接將錳礦中的錳還原出來，得到純凈的錳,即：2MnO+Si＝2Mn+SiO2，細分其工藝為三個過程：第一步，化渣：將配比好的錳礦和石灰加入精煉爐內，送電熔化爐料，待爐料全部熔化成液體后，此過程完成；化渣過程的是高價氧化錳轉化成低價氧化錳和硅酸錳轉化成硅酸鈣的過程；配入爐料的錳礦在受熱的過程中逐步分解：MnO2(527℃)—Mn2O3(900℃)—Mn3O4(1172℃)—MnO爐料在熔融的渣液狀態(tài)下，渣液中硅酸錳中的氧化錳被熔于渣液的氧化鈣置換出來,得到自由狀態(tài)的氧化錳：CaO+MnO.SiO2＝MnO+CaO.SiO2第二步，搖煉：當爐料化成液體狀態(tài)，爐渣溫度達到1400℃時，停止送電，上抬電極，搖動爐體；邊搖邊向爐內添加硅鐵粉；搖煉結束后，將爐內的渣出盡，將搖煉生成的微碳硅錳留在爐內，搖煉階段即為結束，此階段為出渣留鐵，反應式是：2MnO+Si＝2Mn+SiO2Mn+Si＝MnSi第三步，精煉：搖煉結束后，下插電極，加入配有錳礦和石灰的爐料，送電生產，開始精煉；待爐料基本熔化后，到爐內取合金鐵水樣判斷合金的含硅量，當合金中的硅低于1％時，精煉結束，即可出鐵(低微碳錳鐵)，此階段為出鐵留渣，反應式是：2MnO+Si＝2Mn+SiO2本發(fā)明所涉及的生產過程控制：①精確操作：根據一步法生產的特點，要求在電爐冶煉操作過程中做到精致、準確；爐料的加入必須嚴格按規(guī)定的量和程序加入，電爐冶煉時間、送電的負荷量必須嚴格按規(guī)定的量執(zhí)行。②搖煉操作：搖煉操作是一步法生產循環(huán)中最重要的環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)操作的好壞，直接影響后續(xù)環(huán)節(jié)順暢與否。搖煉操作時，硅鐵的加入要嚴格按規(guī)定的量和程序進行，搖煉時搖爐的轉速控制在55-60r/min，搖煉時間控制在10-15分鐘左右。③爐膛尺寸要求：爐膛的直徑與深度對搖煉的影響較大深度與直徑的比例宜在0.8左右。④精煉脫硅控制：脫硅是精煉的主要過程，當合金中的硅降到1％已下時，冶煉即結束；精煉脫硅時要把握好幾個環(huán)節(jié)：一是控制好適當?shù)脑i；二是控制好適當?shù)膲A度；三是適當?shù)財U大反應接觸面。⑤爐渣堿度控制：一步法冶煉低微碳錳鐵的爐襯材料優(yōu)選鎂質材料，鎂質材料為堿性材料，所以一步法冶煉低微碳錳鐵的過程中必須始終保持渣液的堿度大于1。⑥出鐵、出渣口維護：出鐵、出渣口是爐襯中最薄弱的地方，采用焦油泥球護、堵出鐵、出渣口，可以有效地維護出鐵、出渣口。⑦安全與環(huán)保：安全與環(huán)保是生產順行的保障，保障安全的主要措施有：一要保證干料入爐，入爐料的含水量不得大于3％；二是要保證爐體周圍干燥，不得有積水或者潮濕，三是筑爐時加筑一圈安全防漏永久層，保證鐵水不會穿爐。環(huán)保方面，優(yōu)選安裝一臺15000標立方的布袋收塵器，收集冶煉過程中的煙氣、粉塵。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：1、本發(fā)明一步法冶煉低微碳錳鐵的方法特點就是將傳統(tǒng)工藝化渣、搖爐冶煉、電爐精煉的三個步驟集中于一個爐膛內完成，化渣、搖爐冶煉、電爐精煉這三個工藝分開來做都是成熟的，而把三個工藝合在一起卻成為了一個全新的工藝，三個工藝合在一起形成了相互聯(lián)系、相互影響、相互制約的關系，是一套全新的生產工藝控制方法。2、本發(fā)明與傳統(tǒng)工藝的主要經濟技術指標對比來看，本發(fā)明具有能耗低，主元素回收率高，有效元素利用率高，產品雜質含量低的特點，是傳統(tǒng)工藝的創(chuàng)新，是傳統(tǒng)產業(yè)的技術升級，值得肯定與推廣。具體實施方式下面以實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。實施例1：1、工藝參數(shù)的制定(1)變壓器電壓等級：級數(shù)電壓(V)電流(A)容量(KVA)115438391024217238391144318838391250420435381250522032801250623630581250(2)電極直徑及極心園直徑石墨電極直徑250mm,電極極心園直徑700nn。(3)爐膛尺寸爐膛內徑1800mm,爐膛深度1600mm。(4)搖爐轉速搖爐轉速55-60r/min2、原輔材料的選擇一步法冶煉低微碳錳鐵的原輔材料主要有錳礦、硅鐵粉、石灰三種，其成分和粒度要求如下：錳礦：粒度：5-30mmMn(％)P(％)SiO2(％)Fe(％)Al2O3(％)≥45≤0.05≤10≤5≤5硅鐵粉：粒度：0-5mmSi(％)C(％)P(％)≥74≤0.2≤0.03石灰：粒度：5-30mmCaO(％)P(％)SiO2(％)MgO(％)Al2O3(％)≥90≤0.005≤2≥2≤13、筑爐材料的選擇爐膛砌筑材料選擇鎂質耐火材料，爐墻用鎂磚砌筑，爐底用鎂質搗打料干搗打制。4、配料計算化渣、搖煉配料計算：(1)原材料條件①爐內留渣，成分如下：Mn(％)P(％)SiO2(％)CaO(％)Fe(％)250.0216220.5②中錳渣，成分如下：Mn(％)P(％)SiO2(％)CaO(％)Fe(％)240.0225280.5③石灰，成分如下：CaO(％)P(％)SiO2(％)MgO(％)900.0051.22.5④硅鐵粉，成分如下：Si(％)C(％)P(％)74≤0.180.02(2)硅量的需求設：爐內留渣為251Kg，加入中錳渣135Kg，硅的利用率為95％，錳的回收率為90％；則需硅：95.1×0.9×28/110＝21.79Kg；若參與還原的硅為60％，則需硅鐵粉：21.79/0.6×0.74×0.9＝54.53Kg；還原產生SiO2：21.79×60/28＝46.7Kg(3)石灰的需求(終渣二元堿度CaO/SiO2＝1.1)①終渣中SiO2：46.7+39.05+33.75＝119.5Kg②終渣中CaO：119.5×1.1＝131.45Kg③需增加CaO：131.45-53.68-37.8＝39.97Kg④需增加石灰：39.97/0.9＝44.4Kg(4)爐渣量244+135+44.4×0.95＝421.18Kg(5)生成的硅錳量及成分錳：95.1×0.9＝85.59Kg硅：54.53×0.95×0.74-21.79＝16.54Kg鐵：54.53×0.95+1.8-21.79-16.54＝15.27Kg碳：54.53×0.0018+0.1＝0.198Kg磷：54.53×0.0002+379×0.0002×0.8＝0.07Kg合金量：85.59+16.54+15.27+0.198+0.07＝117.668Kg化學成分：錳：85.59/117.668×100％＝72.7％硅:16.54/117.668×100％＝14％碳:0.198/117.668×100％＝0.168％磷:0.07/117.668×100％＝0.059％精煉低微碳錳鐵配料計算:(1)原材料條件①硅錳(117.668Kg):Mn(％)Si(％)C(％)P(％)S(％)72.7140.1680.0590.003②澳塊礦：Mn(％)P(％)SiO2(％)CaO(％)Fe(％)550.03512.34③南非礦：Mn(％)P(％)SiO2(％)CaO(％)Fe(％)37.50.035.41134.35④石灰：CaO(％)P(％)SiO2(％)MgO(％)900.0051.22.5(2)錳礦的需求計算①硅量硅量16.54Kg,若硅的利用率為95％且有6％進入低微碳錳鐵合金，則可參與反應的硅量為：16.54×0.95×0.94＝14.77Kg②100Kg澳塊礦反應需硅量計算：Mn3O4：100×0.55×28/330＝4.67KgMnO：100×0.55×0.5×28/110＝7KgFe2O3：100×0.0234×28/224＝0.29KgFeO：100×0.0234×0.95×28/112＝0.56Kg100Kg澳塊礦反應需硅量：4.67+7+0.29+0.56＝12.52Kg③100Kg南非礦需硅量計算：Mn3O4：100×0.375×0.5×28/330＝1.59KgMnO：100×0.375×0.5×28/110＝4.77KgFe2O3：100×0.0435×28/224＝0.54KgFeO：100×0.0435×0.95×28/112＝1.03Kg100Kg南非礦反應需硅量：1.59+4.77+0.54+1.03＝7.93Kg④完成反應需澳塊礦的量14.77×100/12.52＝118Kg⑤若要提高渣錳含量，則將澳塊礦調整為140Kg,另外增加30Kg南非礦。(3)石灰的用量①澳塊礦帶入SiO2：140×0.05＝7Kg②南非礦帶入SiO2：30×0.054＝1.62K③還原生成SiO2：14.77×60/28×0.95＝32.32Kg④SiO2總量：7+1.62+33.32＝41.94Kg⑤錳礦中CaO量：140×0.01+30×0.13＝5.3Kg⑥需增加CaO量：41.94×1.4-5.3＝53.42Kg⑦需石灰量：53.42/0.9＝59.4Kg(4)低微碳錳鐵的成分及量①還原140Kg澳塊礦中的Fe和Mn3O4用去硅：5.52×1.3＝7.18Kg②還原40Kg南非礦中的Fe和Mn3O4用去硅：3.16×0.3＝0.95Kg③余硅：14.77-7.18-0.95＝6.64Kg④可還原澳塊礦：6.64×100/7＝94.86Kg⑤合金量及成分：硅錳入合金：117.668-14.77＝102.9Kg礦中錳入合金：94.86×0.55×0.4＝20.87Kg澳塊礦中的鐵入合金：140×0.0234×0.95＝3.11Kg南非礦中的鐵入合金：30×0.0435×0.95＝1.24Kg澳塊礦中的磷入合金：140×0.0003×0.8＝0.034Kg南非礦中的磷入合金：30×0.0003×0.8＝0.0072Kg合金總量：102.9+20.87+3.11+1.24+0.034+0.0072＝128.16Kg錳含量：(117.668×0.727+20.87)×100％/128.16＝83％碳含量：117.668×(0.00168+0.0008)×100％/128.16＝0.23％磷含量：(117.668×0.00059+0.0072＝0.034)×100％/128.16＝0.086％(5)渣量的計算①加入量：硅錳117.668Kg+澳塊礦140Kg+南非礦30Kg+石灰59.4Kg+留渣40Kg＝387.1Kg②產出量：微碳錳鐵128.16Kg③揮發(fā)量：30×0.15+59.4×0.05＝7.5Kg④渣量：387.1-128.16-7.5＝251Kg⑤渣中錳：(77+11.25)×0.95-20.87＝62.97Kg⑥錳含量：62.97×100％/251＝25％實施例2：一種一步法冶煉低微碳錳鐵的方法，在一個電爐內完成化渣、搖煉、精煉過程，具體包括以下步驟:1)化渣：將配比好的錳礦和石灰作為爐料(1)加入電爐內，送電熔化爐料(1)，待爐料(1)全部熔化成液體，化渣結束；2)搖煉：當步驟1)中爐料(1)化成液體狀態(tài)，爐渣溫度達到1400℃時，停止送電，搖動爐體，邊搖邊向爐內添加硅鐵粉，進行搖煉，搖速為55r/min，搖煉時間為10分鐘，搖煉結束后，將爐內的渣出盡，將搖煉生成的微碳硅錳留在爐內；3)精煉：搖煉結束后，加入配比好的錳礦和石灰作為爐料(2)，送電生產，開始精煉，待爐料(2)基本熔化后，到爐內取合金鐵水樣判斷合金的含硅量，當合金中的硅低于1％時，精煉結束，得到低微碳錳鐵。實施例3：一種一步法冶煉低微碳錳鐵的方法，在一個電爐內完成化渣、搖煉、精煉過程，具體包括以下步驟:1)化渣：將配比好的錳礦和石灰作為爐料(1)加入電爐內，送電熔化爐料(1)，待爐料(1)全部熔化成液體，化渣結束；2)搖煉：當步驟1)中爐料(1)化成液體狀態(tài)，爐渣溫度達到1400℃時，停止送電，搖動爐體，邊搖邊向爐內添加硅鐵粉，進行搖煉，搖速為60r/min，搖煉時間為12分鐘，搖煉結束后，將爐內的渣出盡，將搖煉生成的微碳硅錳留在爐內；3)精煉：搖煉結束后，加入配比好的錳礦和石灰作為爐料(2)，送電生產，開始精煉，待爐料(2)基本熔化后，到爐內取合金鐵水樣判斷合金的含硅量，當合金中的硅低于1％時，精煉結束，得到低微碳錳鐵。實施例4：一種一步法冶煉低微碳錳鐵的方法，在一個電爐內完成化渣、搖煉、精煉過程，具體包括以下步驟:1)化渣：將配比好的錳礦和石灰作為爐料(1)加入電爐內，送電熔化爐料(1)，待爐料(1)全部熔化成液體，化渣結束；2)搖煉：當步驟1)中爐料(1)化成液體狀態(tài)，爐渣溫度達到1400℃時，停止送電，搖動爐體，邊搖邊向爐內添加硅鐵粉，進行搖煉，搖速為55r/min，搖煉時間為15分鐘，搖煉結束后，將爐內的渣出盡，將搖煉生成的微碳硅錳留在爐內；3)精煉：搖煉結束后，加入配比好的錳礦和石灰作為爐料(2)，送電生產，開始精煉，待爐料(2)基本熔化后，到爐內取合金鐵水樣判斷合金的含硅量，當合金中的硅低于1％時，精煉結束，得到低微碳錳鐵。對比例：傳統(tǒng)工藝二步法生產低微碳錳鐵。一步法工藝與傳統(tǒng)工藝的主要經濟技術指標對比：