高磷高硫锰矿制备锰基合金杂质净化机理研究

采用高磷高硫低品位锰矿资源冶炼锰基合金，大部分的磷、硫将进入合金，致使P、S严重超标，用于炼钢会引起钢的"冷脆"、"热脆"。所以该类锰矿一直没有得到有效开采和利用，亟待发现新的方法和途径突破锰合金P、S杂质净化的技术瓶颈。本课题拟采用："电炉-感应炉"双联法技术，用该类矿石冶炼锰基高附加值合金；在感应炉脱P、脱S和合金化，通过电磁搅拌改善P、S杂质的分布状态，使之选择性分布于渣-金界面，并渣化处理，达到净化合金的目的。主要开展⑴锰基合金多相多组元反应系统的建模与优化；（2）P、S杂质在渣-金内部和界面的迁移规律及净化机理;(3)低碳、低电耗冶炼锰基合金应用基础研究等5方面工作。重点解决合金中P、S杂质的迁移规律，合金净化的关键技术问题。揭示P、S杂质的运动规律和净化机理。项目的完成将为我国充分利用高磷硫低品位锰矿资源提供理论依据和新的方法，同时对高磷铁矿、高硫铁矿的综合利用具有借鉴意义。

低品位、高磷硫锰矿导致硅锰合金生产能耗高、合金品质低下，尤其是硅锰合金硫、磷等杂质元素含量高，难以满足高品质钢铁材料生产的需要。基于此，本项目提出了高磷高硫锰矿制备锰基合金杂质净化机理研究，通过采用“电炉-感应炉”双联法技术去除硅锰合金中的硫、磷等杂质元素，并实现冶炼过程节能降耗的目的。根据任务书的要求，完成了以下几方面工作：① 基于共存理论建立了Mn-Fe-Si、Mn-Fe-P三元熔体系统、Mn-Fe-Si-P-C复杂多元熔体系统热力学模型，结合实验证明了三元和多元锰基熔体数学模型的准确性，并通过该模型探讨了熔体中各元素的热力学行为以及各元素在各结构单元中的分布情况。② 基于共存理论建立了CaO-MnO-SiO2、BaO-MnO-SiO2、CaO-BaO-MnO-SiO2和CaO-SiO2-MnO-FeO-Fe2O3渣系热力学模型，明确了渣系成分对渣系热力学行为的影响规律，为实际生产中锰矿冶炼中锰的还原与氧化损失提供了理论计算工具。③利用Mn-Fe-Si-P-C多元熔体模型，计算了典型成分的锰基熔体中各元素的活度，并将熔体熔渣系统模型进行耦合，明确了锰硅合金脱磷热力学理论。④ 基于构建的热力学模型，系统研究了锰基合金还原脱磷行为，建立了熔体内部还原脱磷的Ca-Mn-Si-Fe-P-C多元熔体模型、含有析出相的多元熔体模型和多元熔体熔渣耦合模型，明确了钙直接还原脱磷的脱磷剂选用及渣系设计原则。⑤ 实验研究了硅锰合金脱硫、脱磷工艺，明确了该种合金的最佳脱磷、脱硫工艺方法和参数。.该项研究通过热力学理论建立了硅锰合金杂质净化的热力学模型，为高附加值锰硅合金生产提供理论指导，形成了具有指导意义的合金杂质净化理论，明确了统计热力学和微观动力学在进一步的熔体还原脱磷研究方面的重要性。