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錳系鐵合金“錳”的屬性及特性(一)

一、錳的特性

  錳是煉鋼的主要脫氧劑和脫硫劑。錳和氧的親和力大于氧和鐵的親和力,故能奪取鋼液中的氧而形成不溶于鋼液的氧化錳,使鋼液中的含氧量下降,錳與硫形成不溶于鋼液的MnS,使鋼中的硫含量下降。硅錳合金是一種使用廣泛的復合脫氧劑(還原劑),脫氧產物為硅酸錳,它的熔點低,易于上浮,錳和硅互相提高脫氧能力,脫氧效果好。錳能提高鋼的強度、塑性、抗腐蝕性(大于10%)、可鍛性、可軋性、耐磨(合金鋼、工具鋼)。錳為銀白色金屬。密度:7.21-7.469, 熔點1519K(1246℃), 沸點2393K(2120℃).液態錳的電阻率隨著溫度升高而下降。液態錳和鐵能互溶。

二、錳的化合結構物

Mn-C化合物:Mn23C6(5.4%c)也可寫成Mn4C,還有Mn7C3(8.57%C)。

錳的硅化物:Mn3Si、Mn5Si3、MnSi,MnSi1.7。Mn-Si-C系:當含硅量低于23.48%時析出的是石墨;大于23.48%時析出的是碳化硅(Mn5Si3Cⅹ)。

Mn與P化合物:Mn3P、Mn2P、Mn2P2、MnP,磷在液態錳中的溶解度很大,但不存在固溶體。Mn3P比Fe3P熱穩定性好。

Mn-S系:生成穩定MnS,其熔點1600±10℃。

Mn-O氧化物:MnO2、Mn2O3、Mn3O4、MnO

各種氧化物分解如下:

       4MnO2 = 2Mn2O3 + O2   ………287-367℃

       6Mn2O3 = 4Mn3O4 + O2  ………537-637℃

        2Mn3O4 = 6MnO + O2  ………997-1077℃

        2MnO = 2Mn + O2      ………1329-1474℃

三、錳礦燒結

  錳礦在燒結受熱過程中發生分解、氧化、還原、熔結等變化,同時易與脈石生成易溶液相。硬錳礦在加熱到140-185℃時開始失水,至380℃時完全失去結晶水而變成MnO2,繼續加熱至550-570℃,MnO2分解成Mn2O3,晶格同時膨大,至650℃基本上全部變成Mn2O3,至870-940℃時變成Mn3O4(黑錳礦)。 軟錳礦分解反應大抵與硬錳礦后階段反應相似,MnO2加熱到480℃以上時,分解為Mn2O3,呈黑褐色;Mn2O3加熱到930℃時變成Mn3O4,呈深紅色,Mn3O4在溫度為1172℃以下是是較穩定的。

  碳酸錳礦加熱過程變化較為復雜,除了碳酸鹽分解外,還有錳的氧化物的氧化和分解反應。當碳酸錳被加熱到350℃時,菱錳礦等分解生成方錳礦(MnO),顯著失重并大量吸熱,至530℃以后,MnO被氧化成MnO2;當溫度升至570-650℃時,又分解成Mn2O3,反應過程吸熱明顯減少,至865℃碳酸鹽錳礦的分解度已達95%,碳酸鹽分解和氧化后生成穩定的Mn3O4,并放熱和失重;900-920℃時結束分解,但殘留CaCO3等碳酸鹽繼續分解失重,整個碳酸鹽分解過程在980℃時結束,繼續加熱仍有輕微失重,直至1220℃物料全部熔化為止,這部分失重可能是由于Mn3O4的局部分解成MnO進入燒結液相所引起的。燒結礦錳主要以Mn3O4、MnO和Mn2SiO4形式存在。在燒結過程中同時存在還原反應:CO、C還原MnO2、Mn2O3、Mn3O4。CO還原為放熱反應,C為吸熱反應。燒結過程中新生成的MnO與Mn3O4立即與物料中的SiO2反應生成錳橄欖石(Mn2SiO4)。

  錳礦燒結的特點:1、燒損大,熱耗高。由于氧化錳礦和碳酸礦石在燒結過程中要蒸發水分、分解放出氧和二氧化碳,因而要消耗大量熱。2、燒結后,由于水、一氧化碳、氧氣的揮發,其燒結礦的組織非常疏松,需要適當的增加燃料,使之產生較多液相,才能保證有足夠強度。3、由于從礦石中分解放出結晶水、氧和二氧化碳等物質,故錳礦燒損率較大,對于氧化錳礦石,燒損率一般為5-15%,碳酸礦20%以上。4、錳礦在燒結或球團焙燒過程中,在抽風負壓的作用下,料層產生均勻收縮,氧化錳礦收縮率15-20%,松軟錳火碳酸錳礦收縮率達30%以上。5、軟化劑熔化區間窄,錳礦石受熱分解為MnO及Mn3O4,它們在高溫燒結易與SiO2作用,形成低熔點的硅錳酸鹽,在燒結含鐵較高的錳礦時,還可能生成易熔的錳鐵橄欖石(FeO.MnO.SiO2),錳燒結礦通常從軟化至完全熔化的的溫度區間窄,如碳酸錳原礦開始軟化溫度為1110℃,至1220℃完全熔化,溫度間距為110℃,遠比鐵礦石溫度間距(220℃)為窄。6、錳礦時結構疏松多孔,燒結料層的透氣性好,燒結過程迅速進行,垂直燒結速度要比同條件的鐵礦燒結高出50-100%。

四、高碳錳鐵

   高碳錳鐵目前生產方法有:高爐法、電爐法。高爐使用焦炭,電爐使用電作為能量來源。高爐法可以使用貧礦(28-30%),電爐使用較高品位(>35%)。相對而言,高爐法P高(但使用低磷礦也可以生產低磷錳鐵)。電爐法生產高碳錳鐵通常有兩種方法:堿性渣法(熔劑法1.2-1.4)和酸性渣法(無熔劑法或低堿度法)。品位較低時采用熔劑法(<40%),較高時(>40%),同時,生產低硅高碳錳鐵要求錳礦含SiO2盡量低(減少白灰使用及Si有效控制)。錳鐵爐內反應比較復雜,氧化物MnO2、Mn2O3、Mn3O4在爐缸上部被一氧化碳還原,而MnO只能用固態碳還原。CO還原MnO2、Mn2O3、Mn3O4和Fe2O3是放熱反應,而CO還原Fe3O4生成FeO和C還原FeO是吸熱反應。MnO(S) + C =Mn + CO   ……1410℃  7Mn(L) + 3C = Mn7C3(S)   2Mno(s) + 20/7C = 2/7Mn7C3(S) + 2CO  ……1278℃ 2Mno.SiO2 + 2C =2Mn(L) + 2CO + SiO2 ……1574℃。從硅酸鹽中還原錳比從純MnO中還原錳要困難得多。高碳錳鐵主要以Mn7C3形式存在,同時存在Mn23C6。


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