一种多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法与流程

1.本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法。


背景技术：

2.锰和硅都是碳钢中所用的主要合金元素。锰是炼钢过程中最主要的脱氧剂之一，几乎所有的钢种都需要用锰来脱氧。硅是生铁和碳钢中仅次于锰的最重要的合金元素。硅锰合金的制备有两种方法，碳热还原法和电解法。
3.硅锰合金熔炼传统工艺是采用还原法，即矿热炉冶炼，它是一种耗电量和耗碳量均巨大的工业电炉。矿热炉分为交流矿热炉和直流矿热炉。目前，应用较为广泛的是交流矿热炉，它采用三根电极，在冶炼过程中会发生电弧转移，即由于侧部电流问题而降低能效。并且交流矿热炉电弧燃烧是间断性的，电压交变每一周期，电弧都要经历两次熄弧-点燃过程，引起噪声。交流矿热炉存在短网感抗和阻抗过大，导致交流矿热炉的有效功率较低，一般交流矿热炉功率因数0.85左右。同时三根电极的消耗不均匀，加热效率较低。近年来，由于大功率晶闸管技术的发展和应用，大功率直流电源设备的制造技术难题已经解决，因而直流电弧技术得到重视。直流矿热炉技术回避了传统交流炉生产无法解决的涡流、集肤效应、噪音、粉尘等弊端，功率因数高达0.93，节能降耗效果显著。但由于技术的不成熟，在实际生产中出现了很多问题，比如电极焙烧效果差、二次电压高、部分设备耐温及处理能力不足。
4.电解法制备硅锰合金，需要进行阴极的制备，熔盐预处理，预电解，电解等步骤，耗电量巨大，效率低下。


技术实现要素：

5.本发明提供一种多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，生产硅锰合金时能够节约能源、减少碳消耗。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，直流矿热炉的炉体采用方形槽式结构，在直流矿热炉中采用两排平行设置的多回路金属电极，在所述金属电极之间进行无碳布料，在所述炉体的其它部位进行配碳布料；在所述金属电极之间利用电化学反应制备硅锰合金，在所述炉体的其它部位利用还原反应制备硅锰合金。
8.进一步地，所述的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，具体包括如下步骤：
9.(1)直流矿热炉的炉盖上分别设有无碳布料口和配碳布料口，所述无碳布料口位于两个所述金属电极之间的中心位置或四个所述金属电极之间的中心处；所述配碳布料口位于所述金属电极的外围；
10.(2)将所述金属电极浸入位于炉底的硅锰氧化物矿料中，采用电弧加热方式使硅锰氧化物矿料形成熔融体；
11.(3)通过所述无碳布料口加入小粒度且不加入焦炭的混合矿料，在所述金属电极之间形成电化学反应体系，利用电解方法制备硅锰合金；
12.(4)炉内升温后，通过所述配碳布料口加入正常粒度且配入焦炭的混合矿料，在所述金属电极外围形成还原反应体系，利用还原方法制备硅锰合金。
13.进一步地，所述的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，所述金属电极为镍棒。
14.进一步地，所述的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，小粒度且不加入焦炭的混合矿料的粒径为 15-25mm。
15.进一步地，所述的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，正常粒度且配入焦炭的混合矿料的粒径为 75-85mm。
16.本发明的有益效果为：本发明利用还原与电解方式协同制备硅锰合金，能够提高电效率，延长电极的使用寿命，并且减少短网感抗，提高功率因数，降低电耗；同时，减少焦炭等还原剂的用量，降低成本；直流电弧加热熔化速度快，加热效率高，加热效果好。
附图说明
17.图1为直流矿热炉中利用还原与电解协同方法制备硅锰合金示意图；
18.图2为直流矿热炉俯视图。
19.图中：1为炉体；2为炉盖；3为金属电极；4为无碳布料口；5 为配碳布料口；6为电化学反应体系；7为还原反应体系。
具体实施方式
20.硅锰合金的成分要求：锰的含量为60～63％，硅的含量为20～23％。硅锰矿料包括澳矿，碳酸矿，缅原生矿，广西矿，缅矿，烧结矿，砂矿以及干渣比例为21:15:20:12:8:10:8:6。不同种类矿料的化学成分如表1所示。
21.表1矿料的化学成分(质量分数wt％)
[0022][0023]
将一部分混合矿料处理为粒径为20mm的小粒度且不加入焦炭的混合矿料。
[0024]
另一部分混合矿料按照配比，加入一定量的焦炭作为还原剂，将混合矿料处理为粒径为80mm的正常粒度且配入焦炭的混合矿料。
[0025]
直流矿热炉的炉体1采用方形槽式结构，在直流矿热炉中采用两排平行设置的多回路金属电极3；阴阳金属电极3采用镍棒，通过电极把持器悬挂于直流矿热炉中，金属电极3距炉底的距离为1.1m，金属电极3与直流电源相连。直流矿热炉的炉盖2上分别设有无碳布料口4和配碳布料口5，所述无碳布料口4位于两个所述金属电极3 之间的中心位置或四个所述金属电极3之间的中心处；所述配碳布料口5位于所述金属电极3的外围。
[0026]
在金属电极3正下方放置与金属电极等直径的圆柱形铁桶，铁桶内装入焦炭块。通电后将金属电极3与焦炭块做短时间的接触，而后分开保持一定距离，金属电极3与焦炭块之间就会出现电弧。变压器的二次额定电压为125v。
[0027]
直流矿热炉内通过电弧热和焦耳热的共同作用使矿料升温，在金属电极3周围形成熔融体，混合矿料的熔化温度范围在1150～1440℃。通过观察电流表和电压表的数值判断熔融体的范围及深度，形成电化学体系。
[0028]
在熔融体区域，通过所述无碳布料口4加入小粒度且不加入焦炭的混合矿料，在所述金属电极3之间形成电化学反应体系6，利用电解方法制备硅锰合金。
[0029]
通过所述配碳布料口5加入正常粒度且配入焦炭的混合矿料，在所述金属电极3外围形成还原反应体系7，利用还原方法制备硅锰合金。
[0030]
利用还原与电解协同方法制备硅锰合金，直流矿热炉节能效果达到10％，减碳效果达到3％～5％。


技术特征：
1.一种多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，其特征在于，直流矿热炉的炉体采用方形槽式结构，在直流矿热炉中采用两排平行设置的多回路金属电极，在所述金属电极之间进行无碳布料，在所述炉体的其它部位进行配碳布料；在所述金属电极之间利用电化学反应制备硅锰合金，在所述炉体的其它部位利用还原反应制备硅锰合金。2.根据权利要求1所述的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)直流矿热炉的炉盖上分别设有无碳布料口和配碳布料口，所述无碳布料口位于两个所述金属电极之间的中心位置或四个所述金属电极之间的中心处；所述配碳布料口位于所述金属电极的外围；(2)将所述金属电极浸入位于炉底的硅锰氧化物矿料中，采用电弧加热方式使硅锰氧化物矿料形成熔融体；(3)通过所述无碳布料口加入小粒度且不加入焦炭的混合矿料，在所述金属电极之间形成电化学反应体系，利用电解方法制备硅锰合金；(4)炉内升温后，通过所述配碳布料口加入正常粒度且配入焦炭的混合矿料，在所述金属电极外围形成还原反应体系，利用还原方法制备硅锰合金。3.根据权利要求2所述的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，其特征在于，所述金属电极为镍棒。4.根据权利要求2所述的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，其特征在于，小粒度且不加入焦炭的混合矿料的粒径为15-25mm。5.根据权利要求2所述的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，其特征在于，正常粒度且配入焦炭的混合矿料的粒径为75-85mm。

技术总结
本发明属于合金制备技术领域，具体涉及一种多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法。本发明的技术方案如下：一种多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，直流矿热炉的炉体采用方形槽式结构，在直流矿热炉中采用两排平行设置的多回路金属电极，在所述金属电极之间进行无碳布料，在所述炉体的其它部位进行配碳布料；在所述金属电极之间利用电化学反应制备硅锰合金，在所述炉体的其它部位利用还原反应制备硅锰合金。本发明提供的多回路直流电极电弧加热利用还原与电解协同制备硅锰合金的方法，生产硅锰合金时能够节约能源、减少碳消耗。减少碳消耗。减少碳消耗。


技术研发人员：李宝宽 于洋 郄文琪 齐凤升 刘中秋
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2022/1/25