铁合金材料生产根据产品品种和质量要求采用不同的冶炼方法,主要有碳还原法(高炉、电炉)、金属热还原法和电解法;并可采用脱硅精炼、吹氧、真空固态脱碳等方法进行精炼。某些合金元素在矿石中含量很低,必须先进行富集,包括选矿和湿法冶金或火法冶金处理,提取纯净的氧化物或其他中间产品,再行冶炼。
目前铁合金材料生产中发生矿热炉喷料、爆炸事故多出现在锰硅合金冶炼和高碳铬铁冶炼过程中,高碳锰铁冶炼一般发生翻渣现象,但很少见到硅铁或硅系铁合金生产中发生炉膛内塌料、爆炸事故的报导。这说明矿热炉的冶炼模式对生产过程发生喷料、爆炸事故有直接关系。
按照碳热还原反应的冶金特点,一般可将铁合金生产工艺分为有渣法冶炼和无渣法冶炼两大类。这种分类方法并非指铁合金生产过程是否有炉渣形成为标准的,而是指冶金过程,炉内碳热还原反应机理和发生主要区域的区别。硅铁和锰硅铁合金生产的总反应式为硅铁合金(无渣法)SiO2+2C=Si(Fe)+2CO↑ ,锰硅合金(有渣法)MnO2+SiO2+6C=MnSi+6CO↑。
锰硅合金生产中,使用的锰矿中含有脉石,同时添加部分含CaO、MgO的熔剂,因此,还原剂焦炭是从含Mn、Si元素的熔体中反应生成Mnsi铁合金产品。由于碳热还原过程的反应方式随产品不同而不同,使得硅系铁合金和锰系铁合金两种矿热炉的炉膛结构产生明显差异。
锰硅合金有渣法矿热炉的炉膛结构是由生料层、软熔层、熔渣层、金属熔池等几部分构成。焦炭层是有渣法埋弧电炉最重要的特征,它是输人炉内的电能转变为热能和碳热还原反应的主要场所。因此,有渣法冶炼时,发生翻渣、喷料甚至爆炸等生产事故,应与矿热炉炉膛结构相联系。炉膛焦炭层结构的合理性和稳定性是电炉正常运行的重要保证。
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