铁水脱锰的问题研究
锰能够提高钢材的屈服强度和抗拉强度,降低钢材的冷脆倾向和硫、氧对钢材的热脆影
响,改善钢材热加工性能,一般被视为一种有益合金元素。但是,过多的锰会使钢材变硬变
脆,降低钢材的耐腐蚀性、可焊性,并影响硅钢的导磁性。因此,普通碳素钢中锰含量控制
在
0.3%到 0.8%,低合金钢中锰含量控制在 1.2%到 1.6%,硅钢中锰含量控制在 0.2%到
0.3%。另外,在铸造生铁中,锰易造成晶间偏析,降低生铁的塑性和冲击韧性。因此风电生
铁和低钛生铁要求
[Mn]小于 0.1%。铸造用高纯生铁则提出了更高的指标:[Mn]小于 0.02%。
由于锰一直作为钢铁中有益的合金元素,因此,国内外学者对转炉炼钢过程的脱碳保
锰做了很多的研究,而对碳饱和铁水脱锰问题研究甚少,对铁水脱锰的影响因素和工艺都
处于摸索阶段。
铁水中的锰主要来自高炉铁矿石中
MnO 的还原,铁水脱硅脱磷预处理和转炉炼钢过程
中都会有部分锰被氧化。锰作为一种金属元素,去除它只能通过氧化造渣的方式从铁水中分
离出来,因此脱锰剂的选择其实就是选择合适的氧化剂。根据冶金过程中常见的氧化物氧势
图可知,铁氧化物是一种最经济而且比较有效的脱锰剂,是唯一一种脱锰后不对铁水产生
污染的材料。铁氧化物有
FeO 和 Fe2O3 两种形式,由于 Fe2O3 中 w(O)高于 FeO,按质量分
数计算,前者的脱锰效率是后者的
1.35 倍。例如,还原 55 克 Mn 需要 FeO72 克;而采用
Fe2O3 则只需 53.33 克。钢铁企业本身拥有丰富的铁氧化物资源,比如某些铁精矿,氧化铁
皮,还有
w(Fe2O3)几乎为 100%的铁红颜料。本着资源综合利用的方针及低成本原则,可以
在这些材料中选取合适的物美价廉的脱锰剂。
近年来国内企业对影响脱锰效果的各种因素作了研究。
一.铁水温度。首先,必须在脱锰剂熔化的情况下才能有效实现脱锰。提高铁水温度有
利于脱锰剂的熔化。但从氧化反应来说,铁水温度越低,锰的氧化越快,终点
[Mn]也就越
低。有工作表明,在温度
1300
℃到 1400℃区间,脱锰的反应平衡常数基本不受铁水温度的
影响,保持恒定值。在一定吹氧量和吹氧速率条件下以及脱锰剂能够充分熔化的情况下,铁
水温度在这个温度区间内越低,渣中
FeO 越高,脱锰速率越大,且终点[Mn」越低。
二.炉渣碱度。在一定温度条件(如
T=1400
℃)下,炉渣碱度对碳饱和铁水中锰的氧
化有很大影响,碱度指标
R=1.9 时回锰非常严重,脱锰率小于 18%;R=0.5 时,没有回锰
现象,脱锰率高达
74%。一般来说,低碱度条件下,碳饱和铁水的[Si]越高,脱锰速率越快,
脱锰率越高。高碱度条件下,脱锰速率很缓慢,且脱锰率很低,一般小于
23%。脱锰剂中添
加
CaO 不利于脱硅脱锰反应的进行;在渣中加入的 CaF2 会与 SiO 反应生成 CaO,提高炉
渣碱度,也不利于脱锰。