1.中國鋼研科技集團有限公司資源應用與合金材料事業(yè)部
2.鋼鐵研究總院
3.陜西盛華冶化有限公司技術中心
錳作為合金元素加入鋼液中使鋼合金化，能改善鋼的機械性能，增加鋼的強度、硬度、延展性、韌性和耐磨性等。錳礦石是目前工業(yè)用錳的主要來源，我國的錳礦資源大多品位較低，平均為21.4%，呈現“細、雜、貧”的特點，開發(fā)利用難度大[1]。隨著國內錳礦需求不斷增長，中國錳礦后備資源難以跟上需求增長的步伐，尤其是富錳礦資源[2]。中國富錳礦石（TMn≥30%）的資源儲量僅占全國總資源儲量的6.7%[3]。2010年以來，我國錳礦進口就已突破1100萬噸，2017年達到2127萬噸，對外依存度超過60%[4]。目前錳合金的冶煉方法主要有三種[5-7]，1是高爐法，該方法成熟，但要求原料錳含量較高，需要對錳礦石進行燒結處理；2是高爐+礦熱爐法，先通過高爐冶煉生鐵和富錳渣，然后在礦熱爐冶煉硅錳鐵合金，流程長，能耗高，污染大。3是中頻感應爐冶煉錳鐵，通過金屬錳配廢鋼生產錳鐵合金，該方法原料金屬錳價格昂貴，來源較少。因此研究低品位錳礦的冶煉工藝，提高低品位錳礦的利用率，具有較大的社會及經濟價值。
微波作為一種新型高效的加熱方式，已廣泛應用于礦石預處理，碳熱還原，土壤修復及固廢處理等方面[8]。陳津等[9]對含碳鐵礦粉進行了微波加熱還原試驗研究，在大氣條件下，微波加熱縮短了還原反應時間，金屬化率提高32.5%。王海川等[10]研究了微波下兩種還原劑對MnO2還原動力學的影響，認為微波加熱可以提高MnO2金屬化率的速度。已有文獻多研究微波加熱對高品位錳礦的應用，少有對低品位錳礦應用的實驗研究。本文對微波加熱低品位錳礦含碳球團冶煉硅錳合金進行了實驗研究，旨在探明微波加熱對碳熱還原低品位錳礦生產錳鐵合金的影響規(guī)律。
1 實驗原料及設備
實驗采用國產低品位錳礦、澳洲錳礦為原料，其化學組成如表1所示。還原劑采用蘭炭、木炭，其化學成分如表2所示。熔劑為石灰石，其中CaO含量為51.46%。實驗主要設備為12kw，2450MHZ微波爐（見圖1）及Φ80mm×300mm剛玉坩堝。
2 實驗方法
將礦石、還原劑及熔劑分別用顎式破碎機破碎，并在球磨機中球磨至100目，按實驗配比混合，加水，制成直徑約3cm料球，放入干燥箱內在110℃溫度烘干。實驗時，將1kg烘干后的含碳球團裝入剛玉坩堝，放置在微波爐中。微波功率制度為6kw加熱10min，然后12kw加熱90min。冶煉過程中用紅外測溫儀測量溫度。冶煉完成后用水冷卻坩堝，得到硅錳鐵合金及冶煉渣。實驗配比如表3所示，其中錳礦重量為100g（實驗1-13國產低錳礦比例為100%，實驗14-16為不同比例國產低錳礦與澳洲錳礦混合礦），配碳系數為理論計算所需配碳量的倍數，堿度為三元堿度(R=(CaO+MgO)SiO2)。
3 實驗結果
紅外測溫儀顯示微波加熱含碳錳礦球團冶煉硅錳合金的最高溫度為1500℃。不同配比含碳錳礦料球，冶煉后合金測結果如表4所示。
在微波爐中以木炭為還原劑，冶煉國產低品位錳礦，所得硅錳合金中錳含量多在60.7~67.6%之間，硅含量范圍為14.8~17.8%，磷含量范圍為0.09~0.27%，碳含量范圍為1.43~2.45%，硫含量范圍為0.007~0.031%。
4 結果分析及討論
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