本发明涉及金属冶炼领域，具体地，涉及一种高硅硅锰合金、一种高硅硅锰合金的生产方法，以及该高硅硅锰合金的生产方法生产得到的高硅硅锰合金。
背景技术：
：在种类繁多的铁合金品种中，将用于优质合金钢生产的生产工艺复杂、技术含量高、杂质含量低的少量铁合金品种称为特种铁合金，高硅硅锰合金就是其中的一种。高硅硅锰合金例如为Mn65Si25、Mn60Si27和Mn60Si28等型号的高硅硅锰合金。矿热炉冶炼法生产高硅硅锰的原理与普通硅锰合金的原理都是用碳同时还原锰矿中的氧化锰和二氧化锰炼制而成的，但同普通硅锰相比，其区别在于高硅硅锰合金通常要求碳含量更低、硅含量较更高，这使生产难度大大增加，目前现有的高硅硅锰合金生产主要面临以下问题：第一，单位电耗较高，成本较高；第二，由于在冶炼高硅硅锰合金的过程当中，硅的还原是一个吸热反应的过程，温度越高越有利于硅的还原，也越有利于提高合金中的硅含量，但也越容易致使电极周围形成刺火现象，炉况较难控制；第三，渣中跑锰量较高；第四，碳的含量较难控制，降碳的过程通常使得成本增加或成品率降低。因此，高硅硅锰合金在铁合金生产
技术领域：
被认为是一种难生产的产品，工艺技术操作要求比较高。目前国内能生产高硅硅锰合金的厂家还不多。因此，寻找一种电耗低、产量高、炉况容易控制以及碳含量低的高硅硅锰合金的生产方法是十分必要的。技术实现要素：本发明的目的是克服现有的高硅硅锰合金的生产方法的上述不足，提供一种高硅硅锰合金、一种高硅硅锰合金的生产方法，以及该高硅硅锰合金的生产方法生产得到的高硅硅锰合金。本发明的高硅硅锰合金能够满足相应型号钢种的元素含量需求，并能实现较低的碳含量。本发明的高硅硅锰合金的生产方法能够显著降低电耗，易于控制炉况并且能够得到较高的产品产量。本发明第一方面提供了一种高硅硅锰合金，其中，该高硅硅锰合金含有20-35重量％的Si、58-70重量％的Mn、≤0.25重量％的C和1-22％的Fe。本发明第二方面提供了一种高硅硅锰合金的生产方法，其中，该方法包括在矿热炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，其中，所述炉料包括：5-20重量％的第一高锰矿石，该第一高锰矿石含有36-39重量％的Mn、7-10重量％的Si、≦5重量％的Fe、≦0.06重量％的P、≦0.04重量％的S、10-13重量％的Ca和≦0.15重量％Al；10-30重量％的第二高锰矿石，该第二高锰矿石含有49-51重量％的Mn、6-15重量％的Si、≦4.5重量％的Fe、≦0.09重量％的P、≦0.03重量％的S、4-5重量％的Ca和3-5重量％的Al；15-20重量％的第三高锰矿石，该第三高锰矿石含有33-35重量％的Mn、25-28重量％的Si、≦1.5重量％的Fe、≦0.032重量％的P、≦0.03重量％的S、2-3重量％的Ca和4-5重量％的Al；15-35重量％的富锰渣，该高锰渣含有28-30重量％的Mn、23-40重量％的Si、≦1重量％的Fe、≦0.04重量％的P、≦0.04重量％的S和7-9重量％的Ca；4-25重量％的硅铁；以及10-30重量％的焦炭。本发明第三方面提供了根据本发明第二方面的方法生产得到的高硅硅锰合金。本发明的发明人发现，通过控制投加特定的原料和原料的配比，并配合本发明的操作步骤和具体的工艺参数，能够将电耗控制在5000KW/h以下甚至可以达到4000KW/h以下，在冶炼过程中不发生刺火现象，并且产品率较高，元素含量易于控制，所得产品中C含量较低。本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本发明第一方面提供了一种高硅硅锰合金，其中，该高硅硅锰合金含有20-35重量％的Si、58-70重量％的Mn、≤0.25重量％的C和1-22％的Fe。优选地，所述高硅硅锰合金含有23-28重量％的Si、63-68重量％的Mn、≤0.23重量％的C和6-12％的Fe。本发明的高硅硅锰合金中Si、Mn、C和Fe的具体含量可以根据需要生产的钢种型号来确定。例如，以重量计，Mn65Si25要求：67％＞Mn≧65％，27％＞Si≧25％，P≦0.1％,S≦0.04％，C≦0.2％；Mn60Si27：65％＞Mn≧60％，28％＞Si≧27％，P≦0.1％，S≦0.04％，C≦0.15％；Mn60Si28：65％＞Mn≧60％，Si≧28％，P≦0.1％，S≦0.04％，C≦0.1％。在本发明的所述高硅硅锰合金具有较好的脱氧还原性能，一般来说通常认为熔点可以在一定程度上反应高硅硅锰合金的脱氧还原性能，通常熔点越高则脱氧还原能力越强，本发明的高硅硅锰合金的熔点可以达到1270-1350℃，优选为1300-1350℃，更优选为1300-1330℃。本发明第二方面提供了一种高硅硅锰合金的生产方法，其中，该方法包括在矿热炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，其中，所述炉料包括：5-20重量％的第一高锰矿石，该第一高锰矿石含有36-39重量％的Mn、7-10重量％的Si、≦5重量％的Fe、≦0.06重量％的P、≦0.04重量％的S、10-13重量％的Ca和≦0.15重量％Al；10-30重量％的第二高锰矿石，该第二高锰矿石含有49-51重量％的Mn、6-15重量％的Si、≦4.5重量％的Fe、≦0.09重量％的P、≦0.03重量％的S、4-5重量％的Ca和3-5重量％的Al；15-20重量％的第三高锰矿石，该第三高锰矿石含有33-35重量％的Mn、25-28重量％的Si、≦1.5重量％的Fe、≦0.032重量％的P、≦0.03重量％的S、2-3重量％的Ca和4-5重量％的Al；15-35重量％的富锰渣，该高锰渣含有28-30重量％的Mn、23-40重量％的Si、≦1重量％的Fe、≦0.04重量％的P、≦0.04重量％的S和7-9重量％的Ca；4-25重量％的硅铁；以及10-30重量％的焦炭。在上述第一高锰矿石、第二高锰矿石、第三高锰矿石和富锰渣中，Mn的含量以MnO2计，Si的含量以SiO2计，Ca的含量以CaO计，Al的含量以Al2O3计。在本发明中，优选地，所述炉料包括：10-20重量％的所述第一高锰矿石、15-20重量％的所述第二高锰矿石、15-20重量％的所述第三高锰矿石、20-35重量％的富锰渣、10-15重量％的硅铁和12-25重量％的焦炭。根据本发明一种具体的实施方式，所述炉料还包括白云石、硅石以及电极糊，其中白云石的含量可以为0.5-3重量％，优选为1-2重量％，硅石的含量可以为5-20重量％，优选为5-15重量％，电极糊的含量可以为0.2-3重量％，优选为0.8-1.5重量％。根据本发明一种具体的实施方式，所述炉料包括所述第一高锰矿石、所述第二高锰矿石、所述第三高锰矿石、富锰渣、硅铁、焦炭、白云石、硅石以及电极糊，具体地，所述炉料包括5-20重量％的所述第一高锰矿石、10-30重量％的所述第二高锰矿石、15-20重量％的所述第三高锰矿石、15-35重量％的富锰渣、4-25重量％的硅铁、10-30重量％的焦炭、0.5-3重量％的白云石、5-20重量％的硅石，以及0.2-3重量％的电极糊；优选地，所述炉料包括10-15重量％的所述第一高锰矿石、15-25重量％的所述第二高锰矿石、12-20重量％的所述第三高锰矿石、20-30重量％的富锰渣、5-15重量％的硅铁、10-20重量％的焦炭、1-2重量％的白云石、5-15重量％的硅石，以及0.8-1.5重量％的电极糊。在本发明中，当所述炉料还包括硅石时，所述硅石与所述硅铁的用量总量为13-25重量％。其中硅铁与硅石的重量配比可以为1：0.5-2，优选为1：0.8-1.2。所述硅石中硅的含量可以为10-50重量％，优选为18-20重量％。在本发明中，炉料中各成分的具体用量可以根据需要得到的高硅硅锰合金的成分来确定，炉料中各成分的具体用量应尽量满足本发明第一方面所述的高硅硅锰合金的成分要求。在本发明中，所述第一高锰矿石、所述第二高锰矿石、所述第三高锰矿石和所述富锰渣作为混合锰矿以提供锰，本发明的发明人意外发现这几种物质共同用于生产高硅硅锰合金时能够使所得的高硅硅锰合金具有更好的脱氧还原性能。相对于所述混合锰矿的总重量，Mn含量优选为≧38重量％，更优选为38-40重量％，磷含量优选为≦0.06重量％，锰铁重量比(Mn/Fe)优选为≧13.5，更优选为13.5-18，进一步优选为14-16。在本发明中，所述硅铁可以为硅铁固体、硅铁粉末、硅铁液体和硅渣中的一种或多种，优选地，所述硅铁为硅铁固体和硅含量为32-45重量％的硅渣以1：0.8-1.2的重量比混合的混合物；所述硅铁中硅的含量可以大于51重量％，优选大于55重量％。所述硅渣例如为冶炼硅铁的过程中废弃的炉渣；所述硅铁中优选为硅含量70-80重量％的硅铁，例如可以用75#硅铁和/或72#硅铁，优选用75#硅铁。在本发明中，所述焦炭主要作为还原剂，所述焦炭可以使用含碳量大于80％、含硫量小于1重量％的低硫份焦炭。所述白云石没有特别的限定，使用本领域常规的白云石即可。所述电极糊没有特别的限定，可以为任意商购得到的电极糊。在本发明中，冶炼的温度可以为1300-1500℃，优选为1350-1420℃。在本发明中，优选地，在料面低于炉口200mm，或炉内明火较大且电极根部缺料时进行人工推料，所述人工推料的方法包括所述人工推料的方法是先用下料管自动放料，人工用平铲将料推至电极根部，使料面呈小椎体。在本发明中，在冶炼过程中，优选地，控制炉渣的碱度为0.7-0.9，优选为0.75-0.9，还例如为0.81-0.9。控制炉渣碱度的方式可以为本领域常规的方式，例如通过添加CaO≧28％、MgO≧23％的白云石调节炉渣碱度。在本发明中，术语“炉渣的碱度”指的是炉渣中碱性氧化物的质量分数总和与酸性氧化物的质量分数总和之比，用炉渣中的氧化钙含量与二氧化硅含量之比表示。本发明的发明人发现合适的渣型有利于得到性能更好的高硅硅锰产品并能在生产过程中更有效地节省电耗。在本发明中，炉渣优选包括4-6重量％的MgO、15-30重量％的CaO、14-18重量％的Al2O3、38-42重量％的SiO2，其他成分为铁和不可避免的杂质。在本发明中，所述矿热炉的工作参数优选包括：单位极心圆功率密度为1950-2800KVA/m2，优选为2000-2200KVA/m2，更优选为2000-2100KVA/m2；电极下插深度为1300-1700mm，优选为1400-1700mm；电流为300-360A，优选为310-330A；功率因数(cos)为0.75-0.85，优选为0.78-0.82。在本发明中，所述矿热炉的炉型参数优选包括：炉膛直径为7000-7900mm，优选为7100-7600mm；炉膛深度为2000-3000mm，优选为2500-3000mm；电极直径为1080-1260mm，优选为1080-1200mm；极心圆直径为2500-3300mm，优选为2600-3200mm，更优选为2600-2800mm。在本发明中，每吨高硅硅锰合金的冶炼周期为2-6小时，优选3-4小时。通常地，每3-4小时出一炉，每炉为13-20吨。在一种优选实施方式中，本发明所述的高硅硅锰合金的生产方法还包括：将出炉钢水倒入钢包后进行1-3次倒包，最优选进行2次倒包。所述倒包的条件包括：倒包速率为0.5-1.0m/s，优选为0.6-0.8m/s；钢包之间的高度差为0.5-1.2m，优选为0.6-0.8m；两次倒包之间的间隔时间为10-30min，优选为15-20min；倒包的温度为1300-1500℃，优选为1320-1400℃；倒包过程花费的总时间为6-60min，优选为25-45min。在本发明中，所述高硅硅锰合金的生产方法还包括：在将出炉钢水倒入钢包之后，在进行所述倒包之前，将钢水静置10-20分钟，并在该静置之后进行扒渣。在本发明中，所述高硅硅锰合金的生产方法还包括：在所述倒包之后，将钢水进行镇静6-30min，优选8-15min。将镇静后的钢水进行浇铸。本发明第三方面提供了根据本发明第二方面所述的方法生产得到的高硅硅锰合金。本发明通过上述生产方法的各具体技术方案相互配合，所生产得到的高硅硅锰合金能够具有较好的脱氧还原性能，例如，熔点可以达到1270-1350℃，优选为1300-1330℃。以下将通过实施例对本发明进行详细描述。在以下实施例和对比例中，第一锰矿石使用南非矿，其中以MnO2计的Mn的含量为37.5重量％，以SiO2计的Si的含量为9重量％，Fe的含量为4重量％，P的含量为0.03重量％，S的含量为0.02重量％，以CaO计的Ca的含量为11重量％，以Al2O3计的Al的含量为0.011重量％；第二锰矿石使用澳籽矿，其中以MnO2计的Mn的含量为50重量％，以SiO2计的Si的含量为8重量％，Fe的含量为4重量％，P的含量为0.06重量％，S的含量为0.01重量％，以CaO计的Ca的含量为4.5重量％，以Al2O3计的Al的含量为3.5重量％；第三锰矿石使用摩洛哥矿，其中以MnO2计的Mn的含量为35重量％，以SiO2计的Si的含量为9重量％，Fe的含量为1.8重量％，P的含量为0.09重量％，S的含量为0.01重量％，以CaO计的Ca的含量为2.7重量％，以Al2O3计的Al的含量为4.2重量％；所用的富锰渣中以MnO2计的Mn的含量为30重量％，以SiO2计的Si的含量为25重量％，Fe的含量为0.8重量％，P的含量为0.03重量％，S的含量为0.02重量％，以CaO计的Ca的含量为7.3重量％；所用的焦炭中碳含量为80重量％，硫含量为0.8重量％；硅石中Si的含量为30重量％。实施例1在15000KVA矿热炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，其中，所述矿热炉的工作条件包括：单位极心圆功率密度为2096KVA/m2，电极下插深度为1400m，电流为310A，功率因素为0.8；所述矿热炉的炉型参数包括：炉膛直径为7200mm，炉膛深度为2500mm，电极直径为1080mm，极心圆直径为2700mm。所述炉料包括：14.4重量％的第一高锰矿石、21.6重量％的第二高锰矿石、14.4重量％的第三高锰矿石、21.6重量％的富锰渣、8.7重量％的75#硅铁、11.8重量％的焦炭、1.1重量％的白云石、5.5重量％的硅石和0.9重量％的电极糊。在冶炼过程中，通过添加CaO约为29％、MgO约为24％的白云石调节炉渣碱度为0.78。冶炼过程中控制炉渣的成分包括：15重量％的CaO、5重量％的MgO、16重量％的Al2O3和38％重量的SiO2，其他成分为Fe和不可避免的杂质。冶炼3.3小时出炉，炉渣混出，采用钢包包装钢水，多余炉渣利用炉渣与钢水的比重差异从钢包上部流口流出后直接水淬，确认无钢水流入钢包后，取另一钢包进行倒包，倒包的条件控制为：倒包次数为2次，倒包温度为1400℃，倒包速率约为0.7m/s，钢包之间的高度差约为0.6m，两次倒包之间的间隔时间为10分钟。倒包所花时间大约25分钟。倒包后，将钢水在钢包中镇静15分钟，扒去上部残渣，然后进行浇铸，得到产品钢坯，记为I1。实施例2在18500KVA矿热炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，其中，所述矿热炉的工作条件包括：单位极心圆功率密度为2000KVA/m2，电极下插深度为1600m，电流为340A，功率因素为0.78；所述矿热炉的炉型参数包括：炉膛直径为7600mm，炉膛深度为2700mm，电极直径为1150mm，极心圆直径为2800mm。所述炉料包括：15重量％的第一高锰矿石、15重量％的第二高锰矿石、15重量％的第三高锰矿石、20重量％的富锰渣、10重量％的72#硅铁、13重量％的焦炭、1.5重量％的白云石、10重量％的硅石和1重量％的电极糊。在冶炼过程中，通过添加CaO约为29％、MgO约为24％的白云石调节炉渣碱度为0.81。冶炼过程中控制炉渣的成分包括：20重量％的CaO、4重量％的MgO、18重量％的Al2O3和和40％重量的SiO2，其他成分为Fe和不可避免的杂质。冶炼3.3小时出炉，炉渣混出，采用钢包包装钢水，多余炉渣利用炉渣与钢水的比重差异从钢包上部流口流出后直接水淬，确认无钢水流入钢包后，取另一钢包进行倒包，倒包的条件控制为：倒包次数为2，倒包温度为1500℃，倒包速率约为0.8m/s，钢包之间的高度差约为0.8m，两次倒包之间的间隔时间为15分钟。倒包所花时间大约45分钟。倒包后，将钢水在钢包中镇静15分钟，扒去上部残渣，然后进行浇注。得到产品钢坯，记为I2。实施例3在矿热炉内，将炉料以连续加料的方式进行冶炼，其中，所述矿热炉的工作条件包括：单位极心圆功率密度为2100KVA/m2，电极下插深度为1450m，电流为320A，功率因素为0.82；所述矿热炉的炉型参数包括：炉膛直径为7900mm，炉膛深度为3000mm，电极直径为1200mm，极心圆直径为3200mm。所述炉料包括：10重量％的第一高锰矿石、20重量％的第二高锰矿石、12重量％的第三高锰矿石、24.5重量％的富锰渣、5重量％的75#硅铁和硅含量43重量％的硅渣以1：1的混合物、10重量％的焦炭、2重量％的白云石、15重量％的硅石和1.5重量％的电极糊。在冶炼过程中，通过添加CaO约为29％、MgO约为24％的白云石调节炉渣碱度为0.75。冶炼过程中控制炉渣的成分包括：30重量％的CaO、6重量％的MgO、14重量％的Al2O3和41％重量的SiO2，其他成分为Fe和不可避免的杂质。冶炼3.3小时出炉，炉渣混出，采用钢包包装钢水，多余炉渣利用炉渣与钢水的比重差异从钢包上部流口流出后直接水淬，确认无钢水流入钢包后，取另一钢包进行倒包，倒包的条件控制为：倒包次数为2，倒包温度为1300℃，倒包速率约为1m/s，钢包之间的高度差约为1m，两次倒包之间的间隔时间为20分钟。倒包所花时间大约45分钟。倒包后，将钢水在钢包中镇静15分钟，扒去上部残渣，然后进行浇注。得到产品钢坯，记为I3。实施例4按照实施例1的方法进行，所不同的是，所述矿热炉的工作参数包括：单位极心圆功率密度为1800KVA/m2；电极下插深度为1200mm；电流为280A；功率因数(cos)为0.6。最终得到产品钢坯，记为I4。实施例5按照实施例1的方法进行，所不同的是，将倒包操作改为相同次数的摇包操作。最终得到产品钢坯，记为I5。实施例6按照实施例1的方法进行，所不同的是，控制炉渣碱度为0.9。最终得到产品钢坯，记为I6。对比例1按照实施例1的方法进行，所不同的是，第一高锰矿石、第二高锰矿石、第三高锰矿石全部替换为与之含有相同的锰的总量的富锰渣。最终得到产品钢坯，记为D1。对比例2按照实施例1的方法进行，所不同的是，将硅铁替换为与之含有相同的硅的总量的硅石。最终得到产品钢坯，记为D2。测试例对实施例1-7和对比例1-2的生产过程和所得的产品钢坯进行如下测试。(1)钢坯成分锰含量用硝酸铵氧化滴定法(GB/T5686.1-2008)进行检测，硅含量用钼蓝光度法(GB/T5686.2-2008)进行检测，碳含量用高频红外吸收法(GB/T5686)进行检测，铁含量用重铬酸钾法(GB/T6730.5-2007)进行检测。将所得结果记于表1中。(2)产量记录生产过程中每炉产品的产量(吨)，求取平均值，记于表2中。(3)生产能耗记录生产过程中每批产品的生产能耗，即用电量(KW/h)，求取平均值，记于表2中。表1产品钢坯Si/重量％Mn/重量％C/重量％Fe/重量％实施例1I129.1261.010.0926.09实施例2I233.2458.320.0596.23实施例3I327.0264.110.0925.72实施例4I422.5466.670.0797.14实施例5I526.3165.050.0877.16实施例6I628.1362.60.0786.19对比例1D123.9770.460.692.47对比例2D232.8959.020.0497.13从表1可以看出，根据本发明的方法所得产品钢坯中C的含量可以控制在0.1重量％以下，而对比例的产品钢坯中C的含量远远高于实施例。表2产量(吨)耗电量(KW/h)实施例114.713980实施例215.54238实施例320.04128实施例412.674502实施例511.764923实施例612.284529实施例712.54519对比例111.375160对比例28.335812从表2可以看出，根据本发明的方法所得产品钢坯的每炉的产量可以达到11吨以上甚至达到14吨以上，耗电量可以达到5000KW/h以下甚至达到4300KW/h以下，均显著优于对比例。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页1 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