一种微波冶炼硅锰合金的方法与流程

本发明属于微波冶炼领域，尤其涉及一种微波冶炼硅锰合金的方法。

背景技术：

现有技术在进行高硅硅锰合金冶炼时，在硅锰合金冶炼的高温熔池所进行的化学

反应较多，过程比较复杂，主要分析如下几个反应：

sio2+2c＝si+2co(1)t始＝1660℃

mno+c＝mn+co(2)t始＝1404℃

feo+c＝fe+co(3)t始＝712℃

上述三个还原反应都属于吸热反应，其中锰和硅的起始还原反应温度较高。由于起始还原温度的不同，所以硅锰合金的冶炼过程实质上是铁和锰在冶炼原材料先被还原出来，生成类似高碳锰铁产品的mnc，然后再与高温区还原出来的硅反应。

当si≤23.5％时，发生下列反应：(mn，fe)7c3+7si＝7(mn，fe)si+3c(4)

当si＞23.5％时，发生下列反应：(mn，fe)7c3+10si＝7(mn，fe)si+3sic(5)

生成高硅硅锰合金，当要求产品中的si＞25％时，还原硅需要的温度更高，还原难度大，限制了反应的正常进行，特别是在冶炼过程中锰和硅的氧化物将结合成熔点(1250-1300℃)低于锰和硅的起始还原温度的硅酸锰，阻碍了还原反应的进行，热力学条件受到限制。

高硅硅锰合金中的硅含量要求在25％以上，从理论上讲，产品中的硅含量达到23.5％以上时，增硅就特别困难，就需要增加还原剂碳的配入量，配碳量高会造成电极下插困难，高温区上抬，炉底温度降低，使得排渣不畅，进而造成电极刺火严重、翻浆，影响硅的回收率。另外上述炉况还会造成设备烧损严重，热停炉时间增加，使电炉运行效率得不到保证。这就是为何高硅硅锰合金生产这么多年，生产厂家仍为数不多的主要原因。

目前，传统的高硅硅锰合金冶炼方法主要有纯硅石生产法和硅石+硅铁生产法，但是这两种方法均存在着炉况不好控制且成本较高，产品质量不好控制的弊端。多年来生产企业一直在寻求解决一步法生产高硅硅锰的较佳工艺。用配加硅铁的工艺，虽然解决了一部分难点，但仍存在着炉内硅的含量较低，锰、硅的挥发率和入渣率较高，炉况不好控制，成本高等弊端。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种采用微波冶炼硅锰合金的方法，在冶炼时能够充分对炉体中的物料进行翻转，使其能够充分受热，冶炼的效率得到了提升。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种微波冶炼硅锰合金的方法，包括以下步骤：

步骤s10，将含锰的原料放入到微波冶炼炉中进行冶炼，得到液态锰混合物，所述的含锰原料包括锰矿石和富锰渣，所述的锰矿石的组分为1.3-1.5份；所述的富锰渣的组分为0.8-1.5份；

步骤s20，将含硅的原料放入到微波冶炼炉中进行冶炼，得到液态硅混合物，所述的含硅原料包括硅石、硅铁和硅渣，所述的硅石的组分为0.4-0.5份，所述的硅铁的组分为0.05-0.2份，所述的硅渣的组分为0.25-0.4份；

步骤s30，将步骤s10冶炼后的液态锰混合物和步骤s20生成的液态硅混合物进行混合重熔处理，得到硅锰合金。

2.根据权利要求1所述的微波冶炼硅锰合金的方法，其特征在于，所述的步骤s10按照以下步骤进行：

步骤s101，首先将含锰原料进行粉碎处理，并进行筛选，筛选出需要冶炼的含锰原料颗粒直径为10-50mm；

步骤s102，将筛选后的含锰原料颗粒按照组分比放入到微波冶炼炉中，关闭微波冶炼炉炉门，然后通过电机驱动微波冶炼炉转动，将冶炼炉中的含锰原料进行充分的翻转搅拌，在翻转的过程中，开启微波冶炼炉对微波冶炼炉中的含锰原料颗粒进行加热冶炼，在冶炼的过程，电机驱动微波冶炼炉继续转动；

步骤s103，冶炼结束后，将冶炼后的液态锰混合物从微波冶炼炉中引出，与s20生成的液态硅混合物进行混合重熔处理，得到硅锰合金。

3.根据权利要求1所述的微波冶炼硅锰合金的方法，其特征在于，所述的步骤s20按照以下步骤进行：

步骤s201，首先将含硅原料进行粉碎处理，并进行筛选，筛选出需要冶炼的含锰原料颗粒直径为10-50mm；

步骤s202，将筛选后的含硅原料颗粒按照组分比放入到微波冶炼炉中，关闭微波冶炼炉炉门，然后通过电机驱动微波冶炼炉转动，将冶炼炉中的含锰原料进行充分的翻转搅拌，在翻转的过程中，开启微波冶炼炉对微波冶炼炉中的含硅原料颗粒进行加热冶炼，在冶炼的过程，电机驱动微波冶炼炉继续转动；

步骤s203，冶炼结束后，将冶炼后的液态硅混合物从微波冶炼炉中引出，与s10生成的液态锰混合物进行混合重熔处理，得到硅锰合金。

所述的微波冶炼炉包括水平设置的圆筒状炉体，套设在炉体外的固定安装筒，所述的固定安装筒的下方固定安装有支撑架，所述的炉体外套设有第一齿轮圈，所述固定安装筒的内壁上固定设有一圈第二齿轮圈，所述的第一齿轮圈与第二齿轮圈啮合连接；所述的炉体的一端设有出烟口，且该出烟口与炉体内导通，炉体的另一端的中心位置固定连接有转轴；所述支撑架的一侧设有支撑平台，该支撑平台上固定设有电机安装座，该电机安装座上安装有步进电机，该步进电机的输出轴与转轴固定连接；

所述的炉体内设有一层坩埚层，该坩埚层内镶嵌有磁控管，该磁控管与设在支撑平台下方设有的微波发射器通过波导管连接；

所述的炉体的中部设有物料进出内口，所述的固定安装筒的中部上方设有进料口，中部下方设有出料口，所述的进料口、物料进出内口和出料口的中心线位于同一条垂直线上；且所述的进料口的直径小于物料进出内口的直径，所述的出料口的直径大于物料进出内口的直径；所述的物料进出内口上设有关闭物料进出内口的自动封闭门。

所述的自动封闭门包括左伸缩电缸、左半扇门、右半扇门和右伸缩电缸，所述的左伸缩电缸和右伸缩电缸的缸体与炉体的外壁固定连接，所述左伸缩电缸的伸缩端与左半扇门固定连接，所述右伸缩电缸的伸缩端与右半扇门固定连接；所述的左半扇门和右半扇门位于物料进出内口的上方，且对物料进出内口进行封闭；所述的左伸缩电缸和右伸缩电缸与远端的控制中心电连接。

所述的炉体的内壁上还设有耐热凸起；所述的出烟口内设有高压阀；所述的步进电机的输出轴与转轴通过联轴器固定连接。

所述的炉体与固定安装筒通过轴承连接，且所述轴承的内径套设在炉体上，轴承的外径与固定安装筒的内壁固定连接。

冶炼的原料中还包括组分为0.1-0.2份的云石，所述步骤s10中加入的云石的组分为0.07-0.15份。

本发明的有益效果是，采用微波冶炼炉进行冶炼，并且在冶炼的过程中，冶炼炉可以自动的旋转，对冶炼炉中的冶炼原料进行翻转，使炉体的的冶炼原料受热均匀，提高了炉内的化学反应速率，提升了冶炼的速率，节约了冶炼的成本，同时在冶炼的过程中因炉体在转动，防止反应还原出的锰和铁较熔融炉料的比重大而迅速下沉，加快了炉内传热和传质速度；炉内还原速度加快，反应活跃，这三个反应还能生成比表面积较大的二氧化硅微粒，与焦炭作用时接触面积增大，利于硅的还原。

附图说明

图1是本发明中微波冶炼炉的结构示意图；

图2是本发明中微波冶炼炉在卸料时的结构示意图；

图中：1.炉体；2.固定安装筒；3.支撑架；4.进料口；5.出料口；6.第二齿轮圈；7.第一齿轮圈；8.坩埚层；9.磁控管；10.微波发射器；11.物料进出内口；12.支撑平台；13.电机安装座；14.步进电机；15.转轴；16.联轴器；17.出烟口；18.高压阀；19.轴承；20.耐热凸起；21.左伸缩电缸；22.左半扇门；23.右半扇门；24右伸缩电缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

一种微波冶炼硅锰合金的方法，包括以下步骤：

步骤s10，将含锰的原料放入到微波冶炼炉中进行冶炼，得到液态锰混合物具体的是：

步骤s101，首先将含锰原料进行粉碎处理，处理的锰原料包括锰矿石和富锰渣，并进行筛选，筛选出需要冶炼的含锰原料颗粒直径为30mm；取筛选后的锰矿石130kg，富锰渣80kg；

步骤s102，将130kg的锰矿石和80kg富锰渣放入到微波冶炼炉中，关闭微波冶炼炉炉门，然后启动电机，电机驱动微波冶炼炉的炉体转动，转动15min后，锰矿石与富锰渣充分混合后，开启微波冶炼炉对微波冶炼炉中的含锰原料颗粒进行预加热，在预加热的过程中，电机带动微波冶炼炉的转速为5r/h,预加热结束后，微波冶炼炉的温度升高，达到1700摄氏度，在此过程中，微波冶炼炉的转速为10r/h，采用低转速可以保证微波冶炼炉中的原料能够翻转的同时，保证炉体中的热量比较均匀；

步骤s103，待炉体中的完全反应后，将冶炼后的液态锰混合物从微波冶炼炉中引出，导入到液体锰混合物与液态硅混合物反应的容器中；

步骤s20，将含硅的原料放入到微波冶炼炉中进行冶炼，得到液态硅混合物，具体的是：

步骤s101，首先将含硅原料进行粉碎处理，处理的锰原料包括硅石，硅铁和硅渣，并进行筛选，筛选出需要冶炼的含锰原料颗粒直径为30mm；取筛选后的硅石40kg，硅铁5kg和25kg硅渣；

步骤s102，将40kg的硅石、5kg的硅铁和25kg硅渣放入到微波冶炼炉中，关闭微波冶炼炉炉门，然后启动电机，电机驱动微波冶炼炉的炉体转动，转动15min后，硅石、硅铁和硅渣充分混合后，开启微波冶炼炉对微波冶炼炉中的含硅原料颗粒进行预加热，在预加热的过程中，电机带动微波冶炼炉的转速为8r/h,预加热结束后，微波冶炼炉的温度升高，达到1500摄氏度，在此过程中，微波冶炼炉的转速为15r/h，采用低转速可以保证微波冶炼炉中的原料能够翻转的同时，保证炉体中的热量比较均匀；

步骤s103，待炉体中的完全反应后，将冶炼后的液态硅混合物从微波冶炼炉中引出，导入到液体锰混合物与液态硅混合物反应的容器中；

上述的步骤s10和s20同时进行；

步骤s30，将步骤s10冶炼后的液态锰混合物和步骤s20生成的液态硅混合物进行混合重熔处理，得到硅锰合金。

实施例2

一种微波冶炼硅锰合金的方法，包括以下步骤：

步骤s10，将含锰的原料放入到微波冶炼炉中进行冶炼，得到液态锰混合物具体的是：

步骤s101，首先将含锰原料进行粉碎处理，处理的锰原料包括锰矿石、富锰渣和云石，并进行筛选，筛选出需要冶炼的含锰原料颗粒直径为40mm；取筛选后的锰矿石140kg，富锰渣130kg，云石10kg；

步骤s102，将150kg的锰矿石、130kg富锰渣和10kg云石放入到微波冶炼炉中，关闭微波冶炼炉炉门，然后启动电机，电机驱动微波冶炼炉的炉体转动，转动18min后，锰矿石与富锰渣充分混合后，开启微波冶炼炉对微波冶炼炉中的含锰原料颗粒进行预加热，在预加热的过程中，电机带动微波冶炼炉的转速为5r/h,预加热结束后，微波冶炼炉的温度升高，达到1700摄氏度，在此过程中，微波冶炼炉的转速为10r/h，采用低转速可以保证微波冶炼炉中的原料能够翻转的同时，保证炉体中的热量比较均匀；

步骤s103，待炉体中的完全反应后，将冶炼后的液态锰混合物从微波冶炼炉中引出，导入到液体锰混合物与液态硅混合物反应的容器中；

步骤s20，将含硅的原料放入到微波冶炼炉中进行冶炼，得到液态硅混合物，具体的是：

步骤s101，首先将含硅原料进行粉碎处理，处理的锰原料包括硅石，硅铁、硅渣和云石，并进行筛选，筛选出需要冶炼的含锰原料颗粒直径为40mm；取筛选后的硅石45kg，硅铁15kg、硅渣35kg和云石5kg；

步骤s102，将45kg的硅石、15kg的硅铁、35kg硅渣和5kg云石放入到微波冶炼炉中，关闭微波冶炼炉炉门，然后启动电机，电机驱动微波冶炼炉的炉体转动，转动18min后，硅石、硅铁、硅渣和云石充分混合后，开启微波冶炼炉对微波冶炼炉中的含硅原料颗粒进行预加热，在预加热的过程中，电机带动微波冶炼炉的转速为8r/h,预加热结束后，微波冶炼炉的温度升高，达到1500摄氏度，在此过程中，微波冶炼炉的转速为15r/h，采用低转速可以保证微波冶炼炉中的原料能够翻转的同时，保证炉体中的热量比较均匀；

步骤s103，待炉体中的完全反应后，将冶炼后的液态硅混合物从微波冶炼炉中引出，导入到液体锰混合物与液态硅混合物反应的容器中；

上述的步骤s10和s20同时进行；

步骤s30，将步骤s10冶炼后的液态锰混合物和步骤s20生成的液态硅混合物进行混合重熔处理，得到硅锰合金。

实施例3

一种微波冶炼硅锰合金的方法，包括以下步骤：

步骤s10，将含锰的原料放入到微波冶炼炉中进行冶炼，得到液态锰混合物具体的是：

步骤s101，首先将含锰原料进行粉碎处理，处理的锰原料包括锰矿石、富锰渣和云石，并进行筛选，筛选出需要冶炼的含锰原料颗粒直径为50mm；取筛选后的锰矿石150kg，富锰渣150kg，云石12kg；

步骤s102，将150kg的锰矿石、150kg富锰渣和12kg云石放入到微波冶炼炉中，关闭微波冶炼炉炉门，然后启动电机，电机驱动微波冶炼炉的炉体转动，转动18min后，锰矿石与富锰渣充分混合后，开启微波冶炼炉对微波冶炼炉中的含锰原料颗粒进行预加热，在预加热的过程中，电机带动微波冶炼炉的转速为5r/h,预加热结束后，微波冶炼炉的温度升高，达到1700摄氏度，在此过程中，微波冶炼炉的转速为10r/h，采用低转速可以保证微波冶炼炉中的原料能够翻转的同时，保证炉体中的热量比较均匀；

步骤s103，待炉体中的完全反应后，将冶炼后的液态锰混合物从微波冶炼炉中引出，导入到液体锰混合物与液态硅混合物反应的容器中；

步骤s20，将含硅的原料放入到微波冶炼炉中进行冶炼，得到液态硅混合物，具体的是：

步骤s101，首先将含硅原料进行粉碎处理，处理的锰原料包括硅石，硅铁、硅渣和云石，并进行筛选，筛选出需要冶炼的含锰原料颗粒直径为40mm；取筛选后的硅石50kg，硅铁20kg、硅渣40kg和云石8kg；

步骤s102，将50kg的硅石、20kg的硅铁、40kg硅渣和8kg云石放入到微波冶炼炉中，关闭微波冶炼炉炉门，然后启动电机，电机驱动微波冶炼炉的炉体转动，转动18min后，硅石、硅铁、硅渣和云石充分混合后，开启微波冶炼炉对微波冶炼炉中的含硅原料颗粒进行预加热，在预加热的过程中，电机带动微波冶炼炉的转速为8r/h,预加热结束后，微波冶炼炉的温度升高，达到1500摄氏度，在此过程中，微波冶炼炉的转速为15r/h，采用低转速可以保证微波冶炼炉中的原料能够翻转的同时，保证炉体中的热量比较均匀；

步骤s103，待炉体中的完全反应后，将冶炼后的液态硅混合物从微波冶炼炉中引出，导入到液体锰混合物与液态硅混合物反应的容器中；

上述的步骤s10和s20同时进行；

步骤s30，将步骤s10冶炼后的液态锰混合物和步骤s20生成的液态硅混合物进行混合重熔处理，得到硅锰合金

采用上述实施例冶炼的方法，由于采用微波冶炼炉，并且在冶炼的过程中炉体发生转动，能够很好的对炉体中的热量进行传导，与目前的冶炼炉相比，冶炼时间缩短了2-3个小时，同时使mn、si挥发率分别减少1.5～3.6％和2～3％。因此，其回收率明显提高，同时消耗的电能下降了50％，利用率提升了80％。

实施例4

如图1和所示的1.一种微波冶炼硅锰合金的方法，所述的微波冶炼炉包括水平设置的圆筒状炉体1，套设在炉体1外的固定安装筒2，所述的固定安装筒2的下方固定安装有支撑架3，支撑架3用于整体支撑炉体，稳定性良好，支撑架3与固定安装筒2在连接是采用焊接或者螺栓连接，来保证安装的稳定性和牢靠性；所述的炉体1外套设有第一齿轮圈7，所述固定安装筒2的内壁上固定设有一圈第二齿轮圈6，所述的第一齿轮圈7与第二齿轮圈6啮合连接；采用第一齿轮圈7与第二齿轮圈7之间的配合，可以保证炉体1可以相对固定安装筒2发生转动的同时，也可以及时的进行停止，并且在停止的过程中不会因惯性发生多余的转动，保证了炉体在转动过程中的安全性，所述的炉体1的一端设有出烟口17，且该出烟口17与炉体1内导通，该出烟口17用于将炉体中的烟气排出，保证炉体1内与炉体外的压强相同，不会因炉体1内外的压强不同造成炸炉的情况，出现不安全的因素，同时为了能够自动对炉体1中的压强进行控制，在炉体1的所述的出烟口17内设有高压阀18，该高压阀18为高压排气阀，当炉体内中的压强超过高压阀设定的压力时，高压阀18自动打开，对炉体1内外的压强进行调整，保证炉体内的压力处在安全的范围之类；炉体1另一端的中心位置固定连接有转轴15；所述支撑架3的一侧设有支撑平台12，该支撑平台12上固定设有电机安装座13，该电机安装座13上安装有步进电机14，该步进电机14的输出轴与转轴15固定连接；采用步进电机14带动转轴发生转动，进步电机14在转动的过程中可以实现即时停止，有效的保证了转动的安全性能，并且在停止后不会发生惯性转动；进步电机14主要带动炉体发生转动，进而对炉体中冶炼的物料进行翻转，搅拌提高冶炼的效率。

所述的炉体1内设有一层坩埚层8，该坩埚层8内镶嵌有磁控管9，该磁控管9与设在支撑平台12下方设有的微波发射器10通过波导管(图中未画出)连接；设有的磁控管9对炉体1中的物料进行加热，微波发射器10通过波导管向磁控管9发送微波；所述的坩埚层8主要能够耐高温，用作冶炼内胆，在冶炼的过程中不会发生变形或者液化。

所述的炉体1的中部设有物料进出内口11，所述的固定安装筒2的中部上方设有进料口4，中部下方设有出料口5，所述的进料口4、物料进出内口11和出料口5的中心线位于同一条垂直线上；且所述的进料口4的直径小于物料进出内口11的直径，所述的出料口5的直径大于物料进出内口11的直径；所述的物料进出内口11上设有关闭物料进出内口11的自动封闭门。在进料时，物料进出内口11转动到进料口4的正下方，因进料口4的直径小于物料进出内口11的直径，在物料从进料口4落入到物料进出内口11时，保证物料不会落到炉体外，在冶炼时，自动封闭门关闭，对物料进出内口11进行封堵，炉体1内形成一个密封的空间，实现冶炼，在冶炼结束时，物料进出内口11转动到出料口5的正上方，自动封闭门打开，冶炼后物料在重力的作用下通过物料进出内口11落到出料口5下方的收集装置中，因出料口5的直径大于物料进出内口11的直径，有效的防止了冶炼后的物料落到外部，对工作人员造成烫伤，炉体只有一个进出口，能够保证整个炉体的密封性，提高热量的有效利用。

具体的在工作的时候，进步电机14带动炉体1发生转动，使物料进出内口11位于进料口4的正下方，然后自动封闭门打开，从进料口4向炉体1中添加冶炼所需的矿石物料，当物料添加完毕后，然后自动封闭门关闭，同时微波发射器10向磁控管9发出微波，对炉体中的物料进行加热冶炼，在加热冶炼的过程中，进步电机14带动炉体发生转动，炉体1在转动的过程中对炉体1中的物料进行翻转搅拌，物料的加热更加均匀，提高了冶炼的速率，缩短了冶炼的时间，减少了冶炼的成本；在冶炼结束后，如图2所示进步电机14带动炉体发生转动，是炉体1上的物料进出内口11位于出料口5的正上方，然后自动封闭门打开，冶炼后的物料在重力的作用下从出料口5中流出，进入到出料口5下方设有的收集装置中，进行收集。操作简单，一个进出口能够完成出料与进料，提升了炉体的密封性。

实施例2

进一步的，所述的自动封闭门包括左伸缩电缸21、左半扇门22、右半扇门23和右伸缩电缸24，所述的左伸缩电缸21和右伸缩电缸24的缸体与炉体1的外壁固定连接，所述左伸缩电缸21的伸缩端与左半扇门22固定连接，所述右伸缩电缸24的伸缩端与右半扇门23固定连接；所述的左半扇门22和右半扇门23位于物料进出内口11的上方，且对物料进出内口11进行封闭；所述的左伸缩电缸21和右伸缩电缸24与远端的控制中心电连接。所述的左半扇门22、右半扇门23在合并的过程中能够上下相互交叉，保证了封闭门的密封性，采用电缸来控制门的开启与关闭，保证其安全性和稳定性，左伸缩电缸21和右伸缩电缸24在工作的时候同步工作，同时左半扇门22、右半扇门23的下方设有一层耐热层，能够耐高温，避免在高温的情况下，对左半扇门22、右半扇门23造成损害。

进一步，为了保证炉体1在转动的过程中，能够对炉体1内的物料进行充分的翻转和搅拌，所述的炉体1的内壁上还设有耐热凸起20，耐热凸起20在转动的过程中可以对物料进行搅拌。

进一步，为了保证炉体1与固定安装筒2相互转动的过程中摩擦力比较下，并且保证连接的更加的牢靠；所述的炉体1与固定安装筒2通过轴承19连接，且所述轴承19的内径套设在炉体1上，轴承19的外径与固定安装筒2的内壁固定连接。

进一步的为了保证步进电机14与转轴15连接的更加稳定，在转动的过程中应力不会发生变化，所述的步进电机14的输出轴与转轴15通过联轴器16固定连接。

以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。