一种新型锰元素添加剂及其工艺探究

郑子恩

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410000）

随着环保态势的日趋严格，金属锰的高效利用越来越受重视，锰元素添加剂作为电解金属锰在钢铁行业中更好的替代品，有着良好的前景。锰元素添加剂相比于电解金属锰而言，其形状规则、质量大小均称，在添加到钢水中时，可以避免金属锰在重新熔炼过程产生的烟尘和出铁浇铸过程的烟尘污染［1］。运用于钢铁制造，锰元素添加剂所产产品纯度和杂质的含量都远远低于金属锰片［2］，由于锰元素添加剂如锰枕、锰桃、锰球等产品与传统的电解金属锰片相比，拥有许多优良的物理性能及锰收得率优势，已逐渐取代电解金属锰片和锰锭，得到广泛使用。

本试验研究旨在研究新型锰元素添加剂锰球生产工艺，并获得最佳工艺参数。

1 试验部分

1.1 试验试剂

电解锰、沾粘剂（水玻璃：模数为3.51、波美度35）。

1.2 试验设备

主要试验设备见表1，自制压球装置如图1所示。

表1 试验设备一览表

将装置设计为两个圆柱形的圆杆加上一个圆筒，主要目的在于一方面可以保证设备的压力值（10 MPa），另一方面能将压好的锰球完好无损地从装置里取出，并且能够满足客户对于锰球的尺寸要求。装置的使用需要注意以下事项：加入装置的锰粉必须不少于30 g，否则压球装置压出来的锰粉将不易成型；其次用千斤顶压球时，不能让操作手柄对着自己，否则容易出现危险；当压球完成后，需要将筒套上下两杆取出，将上面的长杆置于筒体下端，继续用千斤顶压出锰球，否则压好的锰球将会变形。

1.3 样品制备

1.3.1 锰粉的制备

取10 kg金属锰片置入对辊破碎机内，进行破碎，收集破碎后的锰粉；分别用10目、20目、30目和40目的筛子对破碎后的锰粉进行筛分，分别筛分出10～20目、20～30目、30～40目和40～50目锰粉各2 kg，放入密封袋中保存。

1.3.2 锰球的制备

称取200 g的锰粉，将称取好的锰粉与沾粘剂按一定质量比例混合，混合均匀后，称取30 g上述混合料加入压球装置。将压球装置中间套环固定于中间后，放置于千斤顶上，开始压球，直至压强为10 MPa为止。千斤顶压制到位后，静置1 min后取下压球装置，加上底座，放置于千斤顶上，压出圆筒套环中的锰球。

重复上述操作，压制出5个锰球为一组。将压好的锰球立即放置于密封袋中，写好编号等待烘烤。将压制完成的锰球送至烘箱，调节温度，烘干一定时间后，取出锰球，待其自然冷却。

1.4 样品检测

采用锰球从1.5 m高度掉落不破碎的要求来对试验中的锰球进行检测。

2 结果及讨论

2.1 正交试验设计［3］

试验因子：锰粉的目数、沾粘剂的质量比、烘烤温度以及烘烤时间。

各因素梯度设计：为控制Si含量，沾粘剂的最大用量不能超过4%，故从4%开始往下设置浓度梯度；在设计锰粉目数时，通过查到文献发现40目往上的锰粉已对锰球的压制影响不大，故最大设置40目～50目的范围；在设计烘烤温度和烘烤时间时均参考了目前已工业化的工艺，将烘烤温度设置在170～200℃，将烘烤时间设置在1～4 h。正交试验中四个因素对应的水平值（1、2、3、4）分别如下：

沾粘剂用量A1-A4（质量百分比）：2.5%、3%、3.5%、4%；锰粉目数B1-B4：10～20目、20～30目、30～40目、40～50目；烘烤温度C1-C4：170℃、180℃、190℃、200℃；烘烤时间D1-D4：1 h、2 h、3 h、4 h。

正交试验设计见表2，锰球最大落地高度统计见表3。

表2 正交试验设计表

表3 锰球最大落地高度统计表

2.2 极值分析

正交试验极值分析见表4。

表4 正交试验极值分析表

通过对比极差R值大小可知，R沾粘剂＞R烘烤温度＞R锰粉目数＞R烘烤时间，从而主要因素到次要因素为：沾粘剂用量＞烘烤温度＞锰粉目数＞烘烤时间。根据正交表的综合可比性，并由上述计算及趋势图可分析得出以下结论：最优组合为沾粘剂4%；锰粉20目；烘烤温度180℃；烘烤时间4 h，锰球的落地高度最大的最佳水平组合为：A4B2C2D4

3 结 论

本试验在阅读参考大量文献资料的基础上，做了以下方面的研究：通过正交试验来研究了影响锰球生产工艺中的四个因素；通过各种试验方法来测定了压制好的锰球中的各个元素的含量。得出结论如下：

通过设计正交试验将四个因素的探究分为16组试验进行分析，在试验过程中设计了小型锰球压制工具来达到试验要求的压制压力；并对试验结果进行了极差分析，根据极值的大小，分析出了影响锰球粘接效果的因素依次为：粘接剂用量、烘烤温度、锰粉目数以及烘烤时间。锰球生产的最佳水平组合：20目的锰粉、4%的粘接剂用量、180℃的烘烤温度和4 h的烘烤时间。