微波冶炼低品位锰矿制备含锰生铁的试验研究

2021-02-07 10:42:47 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

微波冶炼低品位锰矿制备含锰生铁的试验研究
 

庞建明1,潘聪超1,马永宁2,李兴波2,魏云雷2,魏云松2

1.中国钢研科技集团有限公司资源应用与合金材料事业部  2.陕西盛华冶化有限公司技术中心


1 引言

锰是当代工业材料中必不可少的金属元素,被广泛应用于钢铁、有色冶金、化工、电子等领域,其中90%以上的锰被用于钢铁工业,作为合金元素加入钢液中进行合金化,以改善钢的强度、硬度、延展性、韧性和耐磨性等机械性能[3]。锰矿石是目前工业用锰的主要来源,但我国的锰矿资源大多品位较低,平均为21.4%[4],富锰矿石(TMn≥30%)的资源储量

仅占全国总资源储量的6.7%[5],开发利用难度大。在锰铁合金冶炼工艺中,品位直接影响了冶炼能耗和生产成本,尤其是以高炉法、矿热炉法、感应炉法[6-8]为代表的传统冶炼工艺

中对低品位锰矿要进行富化预处理,流程长,能耗高,污染大。在环保要求日益提高的情况下,开发能耗低,环保,冶炼成本低的锰合金生产工艺具有十分迫切的需求。

微波作为一种新型高效的加热方式,具有非接触加热、选择加热、加热速度快等特点,已广泛应用于矿石预处理,碳热还原及固废处理等领域。对含碳铁矿粉进行了微波加热还原试验研究[1],结果显示微波加热缩短了还原反应时间,并提高了金属化率。对微波下两种还原剂对MnO2还原动力学的影响[2],认为微波加热可以提高MnO2金属化率的速度。本文对微波加热条件下实现碳热还原低品位锰矿制备含锰生铁进行了试验研究,这对低品位锰矿的高效综合利用具有一定的指导意义。

2 试验原料及试验过程

2.1 试验原料

(1)矿料

矿料包括宁强锰矿、屈家山锰矿、铁精粉,经过破碎磨粉,烘干后检测成分如表1所示。

 

(4)粘结剂

使用粘结剂为工业淀粉,用量为物料重量的2%。

2.2试验过程

微波碳热还原锰矿生产含锰生铁试验工艺流程包括原辅料预处理、混合压球、微波加热冶炼,其工艺流程图见图1。

 

图1微波冶炼含锰生铁工艺流程图


首先通过破碎机、磨粉机等将矿料、焦炭、熔剂等制成合格粉末,分别称取相应重量的矿粉、还原剂粉、熔剂粉和少量粘结剂经过混匀设备混匀后送入压球机,添加一定比例水压制成球,经105℃烘干备用。将一定量干燥后的球放入容器内,置于微波炉中加热熔炼,加热功率按设定温度和设定时间进行自动调节,升温至预设温度后恒温,还原产物随炉冷却至1000℃以下,将物料取出进行水淬。还原产物经破碎、筛分分离得到锰铁合金和渣。对金属成分进行化学分析,锰的测定采用方法依据GB/T 5686.1-2008测定,铁的测定依据GB/T 8564.1-2007测定。

3冶炼原理、配料计算及结果分析 

3.1冶炼原理

锰矿的碳热还原过称中主要发生以下反应:


 

由图3和图4可知,随着冶炼温度的升高,金属元素的收得率整体呈上升趋势;当冶炼温度超过1420℃时,金属元素收得率变化不大。在温度为1420℃时,对屈家山锰矿配比的料球中铁元素和锰元素收得率分别达到98.9%和76.7%;对宁强锰矿配比的料球中铁元素和锰元素收得率分别达到96.9%和74.7%。在相同冶炼温度下,屈家山锰矿配比料球中,金属元素的收得率高于宁强锰矿配比的料球。微波冶炼低品位锰矿生产含锰生铁冶炼温度控制在1400℃~1420℃为宜。温度为1420℃时两种锰矿冶炼的含锰生铁见图5和图6,冶炼出的含锰生铁合金成分见表5。

 
 

4 微波冶炼含锰生铁连续化批量试验

在小试结果的基础上进行了连续化批量试验,采用150kW微波冶金示范线,冶炼窑总长15米如图5所示,采用全微波冶炼,分为预热段、反应段、保温段等多个区域,年处理能力为1000吨。将宁强锰矿粉矿、铁矿粉、无烟煤粉、熔剂,按一定比例混合配料,用压球机压制成含碳球团,干燥后通过卧式布料机,平铺至台车上(中试线台车800×1000mm),物料随着台车首先进入干燥区,通过后段产生的尾气余热进行干燥、预热、脱去物理水及结晶水。然后依次经过预热段、反应段和保温段,发生直接还原、晶粒团聚长大等反应,成为一定粒度的金属粒铁(30~100mm)此时物料为半熔融状态,温度为1400℃,如图5所示。冷却破碎后最终得到含锰生铁,如图6所示。

 

连续化批量试验运行7天,生产30批次含锰生铁合金产品(见表6),合金收得率90%以上,得到的含锰生铁成分(见表7)基本符合设计要求,合金收得率与实验室小型微波试验炉相当。

 

5 结论

本文对在微波加热条件下实现碳热还原低品位锰矿制备含锰生铁进行了试验研究和连续化小批量生产,冶炼出了符合设计预期的含锰生铁,得出微波冶炼低品位锰矿生产含锰生铁冶炼温度控制在1400℃~1420℃为宜,合金收得率达到90%以上,锰元素收得率达到76.7%,这对这对低品位锰矿的高效综合利用具有一定的指导意义。

微波冶炼含锰生铁主要用于摸索微波冶金特性,对目标合金成分不要求。就利用微波方式冶炼合金产品而言,应该根据微波冶炼的特点,制定微波冶炼合金产品的标准。

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