一种水洗铁脱碳脱磷生产低碳锰铁合金的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低碳锰铁合金的生产方法，尤其涉及一种采用工业废渣水洗铁生 产低碳锰铁的方法。
【背景技术】
[0002] 锰铁合金是锰和铁的合金，其中还含有碳、硅、磷及少量其他元素。根据含碳量不 同，锰铁又分为高碳锰铁、中碳锰铁和低碳锰铁三种。我国锰铁标准（GB/T3795-2006)中 规定了锰铁合金中杂质碳和磷的含量，按碳和磷含量不同，分为三类：1、低碳类，即碳含量 不大于0.7%，磷含量0.3%以下；2、中碳类，即碳含量大于0.7%至2.0%，磷含量0.4%以 下；3、高碳类，即碳含量大于2.0%至8.0%，磷含量0.4%以下。碳和磷的含量是衡量猛铁 合金质量的关键。
[0003] 目前，生产中低碳锰铁合金的方法有三种：电硅热法、摇包法和吹氧法，均为间歇 式操作。每种方法均有各自的优点和缺点。电硅热法是把锰矿、锰硅合金和石灰加入电炉 中，依靠电热使炉料熔化，再进行精炼脱硅得到中低碳锰铁，就加入的炉料状态不同，又分 为冷装法和热装法，加入的炉料全部是冷料称为冷装法。锰矿和石灰稍加热，锰硅合金是液 态装入称为热装法。摇包法是把预热过的锰矿、石灰和液态锰硅合金加入摇包中，然后进行 摇动，借炉料的显热和反应热使炉料熔化并进行精炼脱硅得到中低碳锰铁。目前国内外广 泛使用的是电硅热法和摇包法。
[0004] 在我国，贵州、云南、重庆、湖南、广西等地，是主要的铁合金生产区域，其中锰硅合 金生产后会有大量废弃的固体渣料，这些废渣经冷水快速降温后形成颗粒状，废渣中除了 不需要的杂质外还有低含量的硅锰铁合金。为提高资源利用率降低生产成本，企业采用选 矿摇床设备借助斜面水流作用对废渣进行水洗分离，得到含量较高且为粉末状的硅锰铁合 金，简称水洗铁，减少了资源浪费。有很多中小企业以此种水洗铁作为原料，加入富锰渣和 石灰，采用电硅热法或摇包法生产高、中碳锰铁合金。
[0005] 发明专利申请CN201010186365.X公开了一种中碳锰铁和富锰渣生产工艺，它包 括以下过程：将水洗铁、电解锰渣与石灰进行计量、混合，加入精炼炉进行冶炼，出炼后进行 检验精整，得到中碳锰铁和富锰渣。余下的固渣进行破碎筛选分离得到锰铁渣回精炼炉使 用，炉渣作垫炉使用。其中水洗铁和电解锰渣来自于硅锰合金、铁合金生产厂家的固体废 渣。另外对于精炼过程中产生的烟尘和副产品富锰渣作了除尘和回收处理。此方法可以实 现循环经济，达到节能减排的目的。该专利申请的技术只能获得中碳锰铁合金，无法获得低 碳猛铁合金。
[0006] 生产低碳锰铁的方法主要是两个：一个是使用中间产物高硅锰硅合金，加上优质 锰矿或富锰渣以及适量石灰、萤石，在精炼炉中冶炼获得；另一个是将电解金属锰加入中频 炉中重溶，加上适量的废铁、中碳锰铁等即可得到。使用最多的是第一种方法。但在第一 种生产方法中，生产者经常使用价格低廉的不合格中低硅锰合金，含有的碳和磷较高，需要 进行脱磷脱碳，才能获得合格的低碳锰铁。脱碳的方法是采用加硅质还原剂以提高硅含量 的方法脱除，脱碳剂包括硅铁或工业硅。其原理就是加入脱碳剂后锰硅合金中含Si升高， 增硅后锰硅合金中氧的含量大大降低，达到足够高的还原气氛，在还原条件下可以很好的 脱碳和后序的脱磷。其中，Si可以和Mn结合，生成比Mn3C更为稳定的MnSi，从而将已经生 成的Mn3C中的C挤出来，实现了脱碳目的。锰硅合金中磷的脱除是非常困难的，比碳的脱 除困难的多，也是世界性难题。锰硅合金中磷的脱除是在还原气氛下，加入还原脱磷剂，脱 磷剂主要是金属或合金脱磷剂和碱性熔剂脱磷剂两种。碱性熔剂脱磷剂包括CaO-Na2O系、 CaO-K2O系、CaO-CaF2系、CaO-SiO2系等。此类脱磷剂加入量大，有时高达40%，脱磷效果 也有限。金属和合金脱磷剂常为Ca、Mg、Al、Ba、CaSi，Ca3Al2,CaBaAI以及Ba-Si等合金以 及造渣剂CaO-CaF2混合物，此类合金加入量为锰硅合金的5 %以上，脱磷速度快而且脱磷率 高，缺点是有些金属本身可能是杂质进入锰硅合金中，而且金属或合金的价格昂贵，成本太 高，难以应用到生产中。这两类脱磷剂普遍需要的条件是Si含量为18%甚至25%以上的 锰硅合金，对Si含量18 %以下锰硅合金基本没有脱磷效果，因为还原脱磷需要保持足够低 的氧势才能脱磷。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是针对上述缺陷提供一种采用工业废渣水洗铁生产低 碳锰铁的方法。本申请中涉及到的全部含量百分比均指重量百分比。
[0008] 为解决上述问题，本发明使用的原料水洗铁是硅锰合金厂生产后的废渣，采用选 矿的摇床设备借助斜面水流的作用对废渣进行分离洗选，得到含量较高且为粉末状的水洗 铁，其含有锰50%以上，硅12%以上，碳3%以下，磷0. 4%以下，还有少量铁。此锰铁生产 工艺方法原料价格便宜，资源回收，工艺简单，投资少，效益快。首先，将水洗铁、石灰和脱碳 剂混合后加入精炼炉中加热脱碳，获得低碳高硅锰硅合金，再把锰硅合金倒入摇包中脱磷， 摇包中已有预热的脱磷剂，震荡混合脱磷后，把低磷低碳锰硅合金再加入到精炼炉中脱硅， 精炼炉中有预热的富锰矿或中锰渣，脱硅后获得低磷低碳锰铁合金。最后进行浇铸、精整和 入库，得到合格的产品。本发明所用的脱碳剂是增硅剂（包括硅铁合金或工业结晶硅），通 过增加硅的含量使得含硅量很低的水洗铁（硅含量〈18%)中硅的含量达到28%以上，使 得水洗铁中的碳和磷含量大大降低，尤其碳的含量可以达到〇. 7 %甚至0. 4 %以下，再加入 价格低廉的脱磷剂脱磷，进一步降低锰硅合金中的磷含量，获得低碳低磷锰硅合金，最后加 入富锰渣获得低碳锰铁合金。
[0009] 本发明采用以下技术方案达到上述目的，包括下列步骤：
[0010] 1)原料准备和主要设备
[0011] 包括水洗铁、脱碳剂、脱磷剂、生石灰和萤石、富锰矿，这些原料若是大块物料，需 要进行破碎，破碎粒度< 10mm，主要设备为精炼炉。
[0012] 2)配料和脱碳
[0013] 按照每次精炼炉的需要，称量水洗铁、脱碳剂、生石灰和萤石，然后把一定配比的 水洗铁、脱碳剂、生石灰和萤石混合，加入到精炼炉中进行加热冶炼，水洗铁熔融后镇静一 段时间，扒渣去除最上层混合物，该混合物主要是高碳层、硅酸盐、萤石和石灰等。最终获得 低碳高娃猛娃合金。
[0014] 3)脱磷
[0015] 为了进一步脱磷，需要加入脱磷剂。首先确定最佳脱磷剂的用量，然后迅速加入到 摇包中，再把精炼炉中的硅锰合金加入到摇包中，熔融后镇静一段时间，倒渣去除上层混合 物。
[0016] 4)脱硅
[0017] 在精炼炉中加入富锰矿和石灰，然后把合格的低磷低碳高硅锰硅合金倒入精炼炉 中，和富锰矿和石灰进行脱硅热兑，取样化验若不合格再补充一部分富锰矿和石灰，一直到 取样化验合金合格后出炉浇铸、精整，最后成品入库。
[0018] 5)废气和废渣处理
[0019] 三废在工业生产中指的是废气、废渣和废水，而在锰铁合