本发明涉及锰铁合金，特指一种用固态高碳锰铁为原料制备低碳锰铁的两段式工艺方法，属于冶金领域。
背景技术：
锰是钢铁材料中最重要的合金化元素之一。锰能够改变钢铁材料的强度、硬度、韧性、耐磨性和耐热性等多种性能。钢铁材料中的锰主要是通过在其熔体中加入锰铁合金获得。锰铁因含碳量不同可划分为高碳、中碳和低碳锰铁。其中，高碳锰铁由于含碳量高，加入钢铁材料中会显著增加钢的含碳量而受到严格限制。低碳锰铁由于含碳量较低不存在类似高碳锰铁那样的问题，所以，低碳锰铁比高碳锰铁用量大、用途广，是生产不锈钢、耐热铸钢、耐热铸铁、耐磨钢和结构钢的重要原料。过去，生产低碳锰铁主要是通过向液态的高碳锰铁熔液中吹氧脱碳使高碳锰铁转变为低碳锰铁，之后，再用硅锰合金还原过氧化的熔液以提高锰的收得率。高碳锰铁液态氧化脱碳法生产工艺复杂、成本高、对环境污染严重。国内外虽然也曾经有采用固态高碳锰铁氧化脱碳的方法生产低碳锰铁的介绍，如：固态真空脱碳法和微波加热高碳锰铁粉固相脱碳法等，但是，这些方法目前仍然停留在研发阶段，还没有实现规模化生产。因此，寻求一种简便、生产成本低和环保的制备低碳锰铁的方法无疑是众多冶金生产企业所期盼的。
转底炉是近几年发展起来的一种主要用于处理钢铁企业除尘灰和制备还原铁的重要设备。转底炉生产具有加热温度高、反应速度快、炉内气氛可控、自动化程度高、产能高、生产成本低和对环境污染可控等突出优点。过去转底炉都是使用还原性气氛处理钢铁原料的，而采用氧化性气氛进行处理还很少涉及。所以，研究采用氧化性气氛通过高温脱除高碳锰铁中的碳以制备低碳锰铁对于降低低碳锰铁的生产成本和减少环境污染具有重要地意义。
本发明专利分两个工艺阶段。第一个阶段是在转底炉中把固态高碳锰铁粉快速氧化脱碳成为含有一定量氧化钙的低碳锰铁球团；第二阶段是把低碳锰铁球团制粉并与一定量的硅锰合金粉混合制成方便电炉冶炼用的小球团。小球团在电炉熔炼过程中部分被氧化的锰会与碳发生反应使低碳锰铁得以继续深脱碳，并且，加入的硅锰合金会确保在转底炉脱碳过程中形成的氧化锰被还原进入熔体，从而，提高了锰的收得率。低碳锰铁在深脱碳和还原氧化锰的同时，小球团中的氧化钙以及其他杂质也被脱除，熔体中的部分磷、硫也被脱除。更为重要的是电炉熔炼过程为获得洁净和成分均匀的优质低碳锰铁提供了可靠的保障。与传统采用液态高碳锰铁吹氧脱碳生产低碳锰铁工艺相比，本发明专利具有生产工艺简便、生产成本低和环保节能等突出优点。
技术实现要素：
本发明的目的在于介绍以固态高碳锰铁为原料制备低碳锰铁的两段式工艺方法，其特征为：
(1)采用的原料为：锰含量70-80wt％、碳含量7.0-8.0wt％符合国家锰铁标准的高碳锰铁块。将高碳锰铁块破碎、研磨和筛分使之成为粒度-50目大于80％的粉末；采用的固体脱碳剂为石灰石粉,其碳酸钙含量≥90wt％，粒度-50目大于50％。石灰石粉使用前需要在200℃-250℃的窑内加热，干燥处理。
(2)高碳锰铁粉和石灰石粉按照1：1.5-2的重量比例配料、称重。配好后的粉料加入球磨机中进行混合和研磨，料、球重量比8-12:1，原料在球磨机中混合1-1.5小时后加入到混砂机中，同时加入原料量1-2wt％的膨润土、4-6wt％的水和1-2wt％的糖浆拌成湿料。
(3)将湿料运输至压球机进行压球处理；成品球呈椭圆状，椭圆球的尺寸为：长度23-27mm×长半轴直径18-22mm×短半轴直径10-14mm；将成品球送入链篦机中进行烘干，烘干温度250℃-270℃，烘干至水分低于≤3wt％。
(4)将烘干后的小球送入转底炉系统，在转底炉中控制炉内气氛CO2气体含量≥85wt％，高温段的温度为1050℃-1080℃。
(5)经过转底炉氧化脱碳后产生的脱碳球团在冷却到900℃后从炉内直接排出，排入到一个盛料罐内；然后，将料罐内的脱碳球团倒出堆放，自然冷却至室温，之后，将脱碳球团研磨和筛分使其粒度-50目大于80％。
(6)破碎、研磨和筛分硅锰合金，使其粒度-50目大于80％。
(7)将氧化脱碳的锰铁粉与硅锰合金粉按照1：0.1-0.15的重量比例配料、称重，之后，按照与步骤(2)和(3)相同的方法制备冶炼用小球；需要指出的是制备冶炼用小球时不加糖浆，而是需要加入占原料量1-2wt％的膨润土、3-5wt％的萤石粉和4-6wt％的水。
(8)在电炉中加入冶炼用小球，并使之熔化，熔化结束后，倒掉炉渣，当锰铁熔液的温度达到1580℃-1620℃时出铁，将锰铁熔液浇注到铁锭模中铸锭和冷却。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
将高碳锰铁(75.5wt％Mn，7.8wt％C)和石灰石(碳酸钙90.2wt％)块用颚式破碎机逐级破碎至粒度小于15mm的小块。然后，将小块料加入球磨机中研磨制粉。过筛后使高碳锰铁粉粒度-50目大于80％，使石灰石粉粒度-50目大于50％。石灰石粉使用前需要在250℃的干燥窑内进行脱水处理24小时。
高碳锰铁粉和石灰石粉按照1:1.5的重量比例配料、称量，并连续加入润磨机中混合和研磨，原料在润磨机中混合90min，料球比10:1。
将混合后的原料加入到混砂机中再进行机械混合，同时，加入2wt％的膨润土、1wt％的糖浆结剂和4wt％的水搅拌将料拌湿，原料的总体水分应控制在≤9wt％；之后，将湿料连续加入到双辊压球机中压制成长度25mm×长半轴直径20mm×短半轴直径12mm的椭圆冷固结球团，将冷固结球团送入链篦机中进行烘干，烘干温度265℃。烘干后(水分低于3wt％)的干球送入转底炉系统。转底炉高温段的温度为1050℃，炉内气氛CO2气体含量90wt％，原料粉从入炉至出炉的氧化脱碳时间为30分钟。经过转底炉氧化脱碳后的产生的高温粘结团块在冷却到900℃后从炉内直接排入到盛料罐内。然后，将粘结团块倒出、堆放，自然冷却至室温。之后，将冷却团块破碎、研磨和筛分使其粒度-50目大于80％。
将硅锰合金块破碎、研磨和筛分，使其粒度-50目大于80％。
将氧化脱碳的锰铁粉与硅锰合金粉按照1：0.15的重量比例配料、称重。配好后的粉料加入润磨机中进行混合和研磨，料、球重量比10:1。原料在润磨机中混合1.5小时后加入到混砂机中，同时加入原料量1.5wt％的膨润土、3wt％的萤石粉和4wt％的水拌成湿料。将湿料运输至压球机进行压球处理。将成品球送入链篦机中进行烘干，烘干温度250℃，烘干至水分低于3wt％。
在电弧炉中加入烘干小球，并使之熔化。熔化结束后，倒掉炉渣。当锰铁熔液的温度达到1580℃时出铁，将锰铁熔液浇注到铁锭模中铸锭。铸锭冷却至室温后用颚式破碎机破碎至小于50mm的小块。经检测：制备的低碳锰铁的化学成分为：82.3wt％Mn，0.25wt％C，0.01wt％S，0.06wt％P,是生产不锈钢、耐磨钢和耐热铸铁的优质原料。
实施例2
将高碳锰铁(73.2wt％Mn，7.3wt％C)和石灰石(碳酸钙90.2wt％)大块用颚式破碎机逐级破碎至粒度小于15mm的小块。然后，将小块料加入球磨机中研磨制粉。过筛后使高碳锰铁粉粒度-50目大于80％，使石灰石粉粒度-50目大于50％。石灰石粉使用前需要在250℃的干燥窑内进行脱水处理24小时。
高碳锰铁粉和石灰石粉按照1:1.5的重量比例配料、称量，并连续加入润磨机中混合和研磨，原料在润磨机中混合90min，料球比10:1。
将混合后的原料加入到混砂机中再进行机械混合，同时，加入2wt％的膨润土、1wt％的糖浆结剂和4wt％的水搅拌将料拌湿，原料的总体水分应控制在≤9wt％；之后，将湿料连续加入到双辊压球机中压制成长度25mm×长半轴直径20mm×短半轴直径12mm的椭圆冷固结球团，将冷固结球团送入链篦机中进行烘干，温度265℃。烘干后(水分低于3wt％)的干球送入转底炉系统。转底炉高温段的温度为1050℃，炉内气氛CO2气体含量90wt％，原料粉从入炉至出炉的氧化脱碳时间为30分钟。经过转底炉氧化脱碳后的产生的高温粘结团块在冷却到900℃后从炉内直接排入到盛料罐内。然后，将粘结团块倒出、堆放，自然冷却至室温。之后，将冷却团块破碎、研磨和筛分使其粒度-50目大于80％。
将硅锰合金块破碎、研磨和筛分，使其粒度-50目大于80％。
将氧化脱碳的锰铁粉与硅锰合金粉按照1：0.15的重量比例配料、称重。配好后的粉料加入润磨机中进行混合和研磨，料、球重量比10:1。原料在润磨机中混合1.5小时后加入到混砂机中，同时加入原料量1.5wt％的膨润土、3wt％的萤石粉和4wt％的水拌成湿料。将湿料运输至压球机进行压球处理。将成品球送入链篦机中进行烘干，烘干温度250℃，烘干至水分低于3wt％。
在中频感应电炉中加入烘干小球，并使之熔化。熔化结束后，倒掉炉渣。当锰铁熔液的温度达到1580℃时出铁，将锰铁熔液浇注到铁锭模中铸锭。铸锭冷却至室温后用颚式破碎机破碎至小于50mm的小块。经检测：制备的低碳锰铁的化学成分为：80.1wt％Mn，0.18wt％C，0.009wt％S，0.07wt％P,是生产不锈钢、耐磨钢和耐热铸铁的优质原料。