一種新型錳元素添加劑及其工藝探究

鄭子恩

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙 410000）

隨著環保態勢的日趨嚴格，金屬錳的高效利用越來越受重視，錳元素添加劑作為電解金屬錳在鋼鐵行業中更好的替代品，有著良好的前景。錳元素添加劑相比于電解金屬錳而言，其形狀規則、質量大小均稱，在添加到鋼水中時，可以避免金屬錳在重新熔煉過程產生的煙塵和出鐵澆鑄過程的煙塵污染［1］。運用于鋼鐵制造，錳元素添加劑所產產品純度和雜質的含量都遠遠低于金屬錳片［2］，由于錳元素添加劑如錳枕、錳桃、錳球等產品與傳統的電解金屬錳片相比，擁有許多優良的物理性能及錳收得率優勢，已逐漸取代電解金屬錳片和錳錠，得到廣泛使用。

本試驗研究旨在研究新型錳元素添加劑錳球生產工藝，并獲得最佳工藝參數。

1 試驗部分

1.1 試驗試劑

電解錳、沾粘劑（水玻璃：模數為3.51、波美度35）。

1.2 試驗設備

主要試驗設備見表1，自制壓球裝置如圖1所示。

表1 試驗設備一覽表

將裝置設計為兩個圓柱形的圓桿加上一個圓筒，主要目的在于一方面可以保證設備的壓力值（10 MPa），另一方面能將壓好的錳球完好無損地從裝置里取出，并且能夠滿足客戶對于錳球的尺寸要求。裝置的使用需要注意以下事項：加入裝置的錳粉必須不少于30 g，否則壓球裝置壓出來的錳粉將不易成型；其次用千斤頂壓球時，不能讓操作手柄對著自己，否則容易出現危險；當壓球完成后，需要將筒套上下兩桿取出，將上面的長桿置于筒體下端，繼續用千斤頂壓出錳球，否則壓好的錳球將會變形。

1.3 樣品制備

1.3.1 錳粉的制備

取10 kg金屬錳片置入對輥破碎機內，進行破碎，收集破碎后的錳粉；分別用10目、20目、30目和40目的篩子對破碎后的錳粉進行篩分，分別篩分出10～20目、20～30目、30～40目和40～50目錳粉各2 kg，放入密封袋中保存。

1.3.2 錳球的制備

稱取200 g的錳粉，將稱取好的錳粉與沾粘劑按一定質量比例混合，混合均勻后，稱取30 g上述混合料加入壓球裝置。將壓球裝置中間套環固定于中間后，放置于千斤頂上，開始壓球，直至壓強為10 MPa為止。千斤頂壓制到位后，靜置1 min后取下壓球裝置，加上底座，放置于千斤頂上，壓出圓筒套環中的錳球。

重復上述操作，壓制出5個錳球為一組。將壓好的錳球立即放置于密封袋中，寫好編號等待烘烤。將壓制完成的錳球送至烘箱，調節溫度，烘干一定時間后，取出錳球，待其自然冷卻。

1.4 樣品檢測

采用錳球從1.5 m高度掉落不破碎的要求來對試驗中的錳球進行檢測。

2 結果及討論

2.1 正交試驗設計［3］

試驗因子：錳粉的目數、沾粘劑的質量比、烘烤溫度以及烘烤時間。

各因素梯度設計：為控制Si含量，沾粘劑的最大用量不能超過4%，故從4%開始往下設置濃度梯度；在設計錳粉目數時，通過查到文獻發現40目往上的錳粉已對錳球的壓制影響不大，故最大設置40目～50目的范圍；在設計烘烤溫度和烘烤時間時均參考了目前已工業化的工藝，將烘烤溫度設置在170～200℃，將烘烤時間設置在1～4 h。正交試驗中四個因素對應的水平值（1、2、3、4）分別如下：

沾粘劑用量A1-A4（質量百分比）：2.5%、3%、3.5%、4%；錳粉目數B1-B4：10～20目、20～30目、30～40目、40～50目；烘烤溫度C1-C4：170℃、180℃、190℃、200℃；烘烤時間D1-D4：1 h、2 h、3 h、4 h。

正交試驗設計見表2，錳球最大落地高度統計見表3。

表2 正交試驗設計表

表3 錳球最大落地高度統計表

2.2 極值分析

正交試驗極值分析見表4。

表4 正交試驗極值分析表

通過對比極差R值大小可知，R沾粘劑＞R烘烤溫度＞R錳粉目數＞R烘烤時間，從而主要因素到次要因素為：沾粘劑用量＞烘烤溫度＞錳粉目數＞烘烤時間。根據正交表的綜合可比性，并由上述計算及趨勢圖可分析得出以下結論：最優組合為沾粘劑4%；錳粉20目；烘烤溫度180℃；烘烤時間4 h，錳球的落地高度最大的最佳水平組合為：A4B2C2D4

3 結 論

本試驗在閱讀參考大量文獻資料的基礎上，做了以下方面的研究：通過正交試驗來研究了影響錳球生產工藝中的四個因素；通過各種試驗方法來測定了壓制好的錳球中的各個元素的含量。得出結論如下：

通過設計正交試驗將四個因素的探究分為16組試驗進行分析，在試驗過程中設計了小型錳球壓制工具來達到試驗要求的壓制壓力；并對試驗結果進行了極差分析，根據極值的大小，分析出了影響錳球粘接效果的因素依次為：粘接劑用量、烘烤溫度、錳粉目數以及烘烤時間。錳球生產的最佳水平組合：20目的錳粉、4%的粘接劑用量、180℃的烘烤溫度和4 h的烘烤時間。