一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法

摘要

本发明一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法，通过采用微波发生器产生频率为2.45GHZ的微波，并利用金属波导管将微波导入反应器，在反应器中微波与冶炼锰铁合金的原料相互作用；冶炼合金的原料，在微波场中锰铁合金原料吸收微波能量，温度快速上升；在700-1500℃原料之间发生氧化锰与碳的氧化还原反应，为吸热反应，还需继续采用微波加热反应原料，为反应提供热量；微波场对锰氧化物还原反应存在促进作用，在微波作用下，锰氧化物被快速还原，生成锰铁合金。与现有技术相比，本发明采用微波加热冶炼锰铁合金，具有加热速率快，加热原料时间短，降低能耗等优点。

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法，具有加热速率快，加热时间短、降低能耗等优点。

背景技术

锰铁合金是炼钢的重要合金，使用量最大，是提高钢材力学性能的重要合金。我国每年生产铁合金约3000多万吨，其中98％的铁合金采用矿热炉生产，即使用矿热炉将矿石与焦炭加热到高温反应。矿热炉加热是通过电极将这些原料加热到高温，并需加热到1600℃以上，但这些材料导电和传热效率低，加热过程耗能大、加热速度慢，生产周期长。生产环境差、污染严重、能耗大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有铁合金加热过程中升温速率慢，加热时间过长的问题，提供了一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法，其特征在于，原料为冶炼锰铁合金的锰矿、烧结矿和焦炭等，通过采用微波发生器产生频率为2.45GHZ的微波，并利用金属波导管将微波导入反应器；在反应器中微波与冶炼锰铁合金的原料相互作用，冶炼合金的原料主要为锰矿和焦炭，是非常好的微波吸收材料，在微波场中锰铁合金冶炼原料吸收微波能量，温度快速上升；温度达到700℃以上时，原料中锰氧化物和焦炭开始发生反应，生产锰铁合金；温度越高，反应越快，锰氧化物还原越彻底；在高温继续采用微波对原料加热，弥补锰氧化物还原反应吸热及过程散热造成的能量消耗和损失，并促进反应快速高效进行。

具体方法步骤为：

1)在锰铁合金生产中，将原料加入到反应器中，使锰矿、烧结矿和焦炭混合在一起，自然、松散地进行布料；

2)用金属波导管将频率为2.45GHZ的微波导入反应器内，通过调整波导管的布置，尽量使原料处于微波场强度高的部位；原料吸收微波能量，快速升温至化学反应所需温度，700-1500℃；如果加热过程中升温速率过快或者过慢，可通过改变微波发射功率进行调节；

3)在高温铁合金原料之间发生化学反应，采用微波继续加热，补充反应吸热消耗的热量和 体系散热引起的能量损失，使化学反应在高温快速进行。

4)在高温阶段也继续提供微波，利用微波促进锰氧化物的还原反应，使锰铁合金快速生成。

进一步，所述原料为冶炼锰铁合金的锰矿和焦炭，锰矿和烧结矿的粒度不大于60mm，焦炭粒度不大于30mm，以便锰氧化物与焦炭能快速反应；同时所用原料要自然松散的堆积在一起，以保证反应原料中有一定的孔隙度，使反应中生成的CO等气体能自由排除。

进一步，所述原料为冶炼锰铁合金的锰矿、烧结矿和焦炭，三者之间的配比中氧和碳摩尔比为1:1.4-1.7。

进一步，所述微波功率与被加热原料质量比大于1kw/t。

微波加热具有选择加热、快速加热、体加热和即时加热等优点，微波能无污染、节能降耗、易于控制，是一种绿色加热方式。

有关矿物微波加热的实验室研究很多人做过，但是仅限于少量的纯物质或者是粉末状，对于实际铁合金生产所用原料，采用微波加热冶炼锰铁合金，目前尚未有人探索。

本发明是一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法，采用微波加热锰矿冶炼锰铁合金原料，由于冶炼锰铁合金的锰矿、烧结矿和焦炭具有很好的吸收微波特性，可以在短时间内快速升温，极大的缩短加热原料所用的时间，从而达到节约能源降低能耗和降低生产成本的目的，具有显著的经济效益。当原料达到反应所需的温度后继续采用微波加热锰铁合金冶炼原料，弥补氧化还原反应吸热及过程散热造成的能量消耗和损失，并促进反应快速高效进行。

与现有矿热炉或者精炼炉依靠电极加热锰矿冶炼锰铁合金技术相比，本发明利用微波加锰矿、烧结矿和焦炭等原料冶炼锰铁合金，具有加热速率快，大大缩短加热原料所用时间，从而达到节约能源降低能耗和降低生产成本的目的，具有显著的经济效益等优点。

附图说明

图1为案例一的升温曲线。

图2为案例二和案例三的升温曲线。

图3为案例四和案例五的升温曲线。

具体实施方式

使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体附图和实施例进行详细描述。

本发明实施例采用了一种微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法。所述方法具体为：本实例所用的原料为南非块锰、巴西烧结锰矿、郴州块锰矿、焦炭，这些原料均为国内某铁合金企业矿热炉冶炼高碳锰铁所用原料，南非块锰矿尺寸大小介于1cm至5cm，巴西烧结矿尺寸大小介于1cm至6cm，郴州块锰尺寸大小介于1.5cm至5cm，焦炭尺寸大小介于1.5至3cm，原料主要成分以及含量见表1，原料加入总质量为1kg，配料中氧碳摩尔比见表2，物相分析结果见表3。

表1原料主要化学成分(质量分数)

表2原料氧碳摩尔比

表3原料物相分析结果

实例一：为验证原料在微波场中吸收微波特性，采用功率4KW频率2.45GHZ的微波分别加热巴西烧结矿、南非块锰矿、郴州块锰矿、焦炭等，单一原料在微波功率为4KW，频率2.45GHZ的微波场中升温特性对比见表4，升温曲线见图1。由图1和表4可看出冶炼锰铁 的四种原料都可在微波中加热，并且都具有很好的吸波性能，可在短时间内快速升温，说明采用微波加热铁合金原料可行。

表4单一原料升温特性对比

实施例二：设定微波功率为4KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取1kg原料，配料中氧碳摩尔比为1:1.5，将原料自然松散的放入坩埚内部，开始加热，升温到1450℃，调节微波功率进入保温模式，保温60分钟，进行锰铁的冶炼，保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的锰铁取出，进行成分化验。

实施例三：设定微波功率为4KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取1.5kg原料，配料中氧碳摩尔比为1:1.6，将原料自然松散的放入坩埚内部，开始加热，升温到1500℃，调节微波功率进入保温模式，保温90分钟，进行锰铁的冶炼，保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的锰铁取出，进行成分化验。

实施例四：设定微波功率为4KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取1kg原料，配料中氧碳摩尔比为1:1.6，将原料自然松散的放入坩埚内部，开始加热，升温到1450℃，调节微波功率进入保温模式，保温60分钟，进行锰铁的冶炼，保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的锰铁取出，进行成分化验。

实施例五；设定微波功率为6KW，频率为2.45GHZ，按表2配料方式称取1kg原料，配料中氧碳摩尔比为1:1.5将原料自然松散的放入坩埚内部，开始加热，升温到1450℃，调节微波功率进入保温模式，保温90分钟，进行锰铁的冶炼，保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的锰铁取出，进行成分化验。

后四个实施例中冶炼得到的锰铁合金经化验分析其成分见表5。

图2、图3为上述后四个实施例的对比升温曲线，由升温曲线可以看出，采用4kw功率加热时需600s左右才可以达到1300℃左右，平均升温速率为2.16，采用6kw功率加热在500s左右就可以加热到1300℃，平均升温速率为2.6，可以看出微波能在短时间内快速加热 锰铁原料。尽管混合物料在微波场中的升温速率存在着差异，但其升温曲线却极为类似。混合物料的微波加热升温过程分为三个阶段，第一阶段和第二阶段是物料升温的最主要阶段。在微波加热第一阶段升温速率最快，由于锰矿和焦炭均易吸收微波能，微波辐射后物料温度迅速升高，此时混合物料温度较低，物料的介电性质尚未发生变化，该阶段升温曲线满足线性关系；温度达到600-800℃之后进入第二阶段，该阶段微波加热升温速率有所下降但是仍然较快，此阶段物料开始相互发生反应，反应为吸热反应，同时，反应物料的介电性质发生一些改变，因此升温速度较第一阶段稍低；混合物料温度到1200-1300℃之间进入第三阶段，此时反应剧烈，反应吸热强烈，升温速率较慢。

表5为后四个实施例得到的锰铁成分范围。表6为国家标准《锰铁》(GB/T 3795-2006)

表5四种实施例得到的锰铁成分(质量百分数)

表6国家标准《锰铁》(GB/T 3795-2006)

将表5数据与表6数据进行对比，上述后四个实施例冶炼所得锰铁成分符合国标中高碳锰铁成分。

以上所述实施例，仅是本发明的其中若干实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。