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现代工业生产大多采用无熔剂法冶炼碳素锰铁,并与锰硅合金和中、低碳锰铁的冶炼组成联合生产流程见图.电炉精炼中、低碳锰铁一般用1500~6000千伏安电炉进行脱硅精炼,以锰硅、富锰矿和石灰为原料,其反应为:MnSi+2MnO+2CaO─→3Mn+2CaO·SiO2采用高碱度渣可使炉渣含锰降低,减少由弃渣造成的锰损失。联合生产中采用较低的渣碱度(CaO/SiO2小于3)操作,所得含锰较高(20~30%)的渣用于冶炼锰硅合金!
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电炉冶炼锰铁的还原冶炼有熔剂法(又称低锰渣法)和无熔剂法(高锰渣法)两种.熔剂法原理与高炉冶炼相同,只是以电能代替加热用的焦炭。通过配加石灰形成高碱度炉渣(CaO/SiO2为3~6)以减少锰的损失!无熔剂法冶炼不加石灰,形成碱度较低(CaO/SiO2小于0)、含锰较高的低铁低磷富锰渣!此法渣量少,可降低电耗,且因渣温较低可减轻锰的蒸发损失,同时副产品富锰渣(含锰25~40%)可作冶炼锰硅合金的原料,取得较高的锰的综合回收率(90%以上)!
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冶炼碳素锰铁过去主要用高炉,随着电力工业的发展,用电炉的逐渐增多。西欧和中国用高炉为主,挪威、日本都用电炉,苏联、澳大利亚、巴西等国新建锰铁工厂也采用电炉!加蓬加蓬锰矿资源丰富!锰矿储量和储量基础分别为4500万吨和15000万吨,分别占世界总量的6!6%和3%!年产量均在90万吨左右,占世界总量的12%左右!澳大利亚世界锰矿资源丰富.据统计,1999年世界锰(金属)储量8亿吨,储量基础50亿吨,可供全球开采600年以上。
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炉料预热或装入液态锰硅合金有助于缩短冶炼时间、降低电耗!精炼电耗一般在1000千瓦·时左右!中、低碳锰铁也用热兑法,通过液态锰硅合金和锰矿石、石灰熔体的相互热兑进行生产!锰矿资源分布不平衡!虽然我国有21个省、市、自治区查明有锰矿,但大多分布在南方地区,尤以广西和湖南两省、区为较多,占全国锰矿储量的56%,因而在锰矿资源开采方面形成了以广西和湖南为主的格局。矿床规模多为中、小型我国213处锰矿区中,大型只有7处,其余均为中、小型矿床,这就难以充分利用现代化工业技术进行开采,历年来,80%以上锰矿产量来自地方中、小矿山及民采矿山!
但MnO只能在高温下通过碳直接还原成金属,所以冶炼锰铁需要较高的炉缸温度,为此炼锰铁的高炉采用较高的焦比(1600公斤/吨左右)和风温(1000℃以上)。为降低锰损耗,炉渣应保持较高的碱度(CaO/SiO2大于3)!由于焦比高和间接还原率低,炼锰铁高炉的煤气产率和含CO量比炼铁高炉为高,炉顶温度也较高(350℃以上)!富氧鼓风可提高炉缸温度,降低焦比,增加产量,且因煤气量减少可降低炉顶温度,对锰铁的冶炼有显著的改进作用!
锰铁在炼钢中,用作脱氧剂和合金添加剂,是用量多的铁合金。冶炼锰铁用的锰矿一般要求 锰铁含锰30-40%,锰铁比大于7,磷锰比小于0.003。
为细化晶粒、均匀组织及除去内应力,铸钢件必须进行正火或退火处理。正火处理后的钢,其机械性能较退火后的高,成本也较低,所以应用较多。