具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

针对目前锰硅合金冶炼过程中存在的能耗高、成本高的问题，本发明的发明人对冶炼装置和冶炼方法进行了深入的分析和研究，从而创造性地提出了在锰硅合金冶炼过程中采用“全锰粉矿造球+竖炉焙烧+热装入直流矿热炉”的发明构思。

基于该发明构思，本发明的发明人对冶炼装置和冶炼方法进行了创造性地改进，从而提出了一种全锰粉矿冶炼装置和冶炼方法。

第一方面，本发明提出了一种全锰粉矿冶炼装置。

本发明的全锰粉矿冶炼装置包括依据物料加工顺序依次设置的润磨机、圆盘造球机、竖炉、保温料罐和直流矿热炉；其中：

润磨机，用于对由锰粉矿和膨润土组成的第一混合料进行润磨；

圆盘造球机，用于对润磨机输出的磨料进行造球制备生球团；

竖炉，用于焙烧生球团制备高温球团；

保温料罐，用于将高温球团与硅石、焦炭和白云石混合制备第二混合料并将第二混合料输送至直流矿热炉；

直流矿热炉，用于冶炼第二混合料。

优选地，如图2和图3所示，在本发明中直流矿热炉包括：炉体、炉盖、电极柱系统、加料系统、烟气导出系统、供电系统、冷却水系统和液压系统。

炉体1包括炉壳2、炉衬3和炉底(图未示出)。其中，炉壳2和炉衬3由外向内依次设置；炉底位于底部，与炉壳2和炉衬3包围形成炉膛4，用于容纳炉料。炉体1的侧壁上设置有一个或多个出料口13。

炉盖6设置在炉体1的上方，炉盖6与炉壳2之间进行密封设置，用于保证炉体1的密封性。

电极柱系统5包括若干根电极柱，每根电极柱包括阴极和阳极。电极柱穿过炉盖6深入到炉膛4，电极端头可直接插入炉料中，利用直流电弧对炉膛4中的炉料进行加热熔化。阴极和阳极的电极在直流矿热炉内交错布置。电极可以采用多种形式，例如石墨电极等。

加料系统7包括料仓8和下料管9。料仓8设置在炉体1外部的上方，料仓8的出料口与下料管9的一端连接，下料管9的另一端穿过炉盖6进入炉膛4。料仓和下料管可设置一组，也可设置多组，可根据需要确定。

供电系统10设置在炉体1的外部，用于向电极柱系统5的电极供电。供电系统10包括整流器和变压器(图中未示出)。变压器一次侧输入交流电，交流电经过变压器调整为直流矿热炉冶炼所需的电压，变压器二次侧与整流器连接，整流器输出阴极和阳极两组接口，分别连接至阴极和阳极的底部机构(即阴极接口与阴极电极相连，阳极接口与阳极电极相连)，一个变压器配一套整流器，对应于阴阳两个电极，组成一套供电系统。每套供电系统均可独立供电。供电系统10与液压系统(图中未示出)连接，液压系统用于为电极柱系统5提供动力。

冷却水系统11，设置在炉体1的外侧，通过管道与直流矿热炉的待冷却机构连接以便为这些待冷却机构提供冷却水。待冷却机构例如包括炉体1、炉壳2、炉底、供电系统10、烟气导出系统12。

烟气导出系统12包括炉气烟道，炉气烟道一端穿过炉盖6伸入炉膛4。

供电系统、冷却水系统和液压系统的具体位置可以由本领域技术人员根据实际生产需要来进行合理设置。

更优选地，电极柱系统5包括6根电极，其中3根为正极，另外3根为负极。同时，配套设置3台整流器，相邻两根电极连接整流器的输出端，一根为正极一根为负极。6根电极直流矿热炉，相对于其他形式的直流矿热炉能够平衡利用电网，避免造成电网不稳定。

直流矿热炉在使用时，物料装入料仓8中，然后物料通过下料管9进入炉膛4中。可以采用连续加料的方式，下料管9始终处于充满的状态。当炉膛4中料面随着产品由出料口13输出而下降时，料仓8中的物料受重力作用通过下料管9自动补充至炉膛4中。电极柱系统5利用直流电弧对炉膛4中的物料进行加热熔化、冶炼。熔炼过程中产生的气体由烟气导出系统12导出。熔炼完毕，冷却水系统11向炉体1、炉壳2、炉底、供电系统10、烟气导出系统12提供冷却水。

在本发明中，润磨机、圆盘造球机、竖炉和保温料罐均可采用常规设备，此处不做赘述。

第二方面，本发明提出了一种全锰粉矿冶炼方法。该方法包括：

(1)锰粉矿和膨润土组成的第一混合料进入润磨机进行润磨，然后进入圆盘造球机进行造球，得到生球团；

(2)将生球团送入竖炉进行焙烧，将得到的高温球团以及硅石、焦炭和白云石送入保温料罐，混合制备第二混合料；

(3)第二混合料由保温料罐送至直流矿热炉进行冶炼。

作为一种优选的实施方案，参考图1，结合本发明的冶炼装置对本发明的全锰粉矿冶炼方法进行说明，如下。

(1)造球

将锰粉矿和膨润土进行配料，得到的第一混合料加湿至含水量6％～10％(重量)，送至润磨机中进行润磨，借助润磨，能够使物料混合更加均匀。随后，将润磨得到的物料送至圆盘造球机进行造球，得到的生球团的粒径优选是8mm～22mm，例如，8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm或22mm等，球团粒度适宜，矿热炉透气性以及物料反应速度兼顾。

(2)竖炉焙烧与配料

将生球团送入竖炉中进行焙烧。竖炉内的焙烧温度是1050℃～1200℃，例如，1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃或1200℃等，竖炉内的焙烧气氛是氧化性气氛，例如空气气氛。

焙烧结束后将高温球团从竖炉中排出，球团的排放温度是400℃～600℃，例如，400℃、420℃、440℃、460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃等。

硅石、白云石和焦炭的混料以及高温球团进入保温料罐得到第二混合料，混合料温度约200℃。加料时，可以使硅石、白云石和焦炭的混料以及高温球团交替进入保温料罐，例如，先铺一层高温球团，再铺一层硅石、白云石和焦炭的混料，然后重复前述步骤，或者，先铺一层硅石、白云石和焦炭的混料，再铺一层高温球团，然后重复前述步骤。此外，还可以使硅石、白云石和焦炭的混料以及高温球团同时进入保温料罐，例如，高温球团通过振动给料机，硅石、白云石和焦炭的混料通过振动给料机同时振动加入保温料罐。

保温料罐通过小车移动至冶炼车间电炉跨，保温料罐由天车吊运至直流矿热炉炉顶料仓上方，然后保温料罐将第二混合料卸至料仓内。

采用竖炉焙烧，一方面能够使球团经过竖炉焙烧之后形成强度更高的球团，有利于直流矿热炉熔炼；另一方面，在竖炉中，焙烧热料与其他物料在较高温度下配料，保持了入炉原料温度提高，降低了直流矿热炉冶炼电耗。

在上述步骤(1)和步骤(2)中，配料遵循如下规则：

①膨润土质量占总混合料质量的0.8％到3.0％，例如0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2.0％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％或3.0％等；

②锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝1.5～2.4，即得到的值在1.5至2.4的范围内，例如1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4等；

③炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.17～0.23，即焦炭质量是锰粉矿与硅石质量之和的17％至23％，例如17％、18％、19％、20％、21％、22％或23％等；

④白云石质量满足：总混合料中氧化钙和氧化镁质量之和÷总混合料中氧化硅质量＝0.3～0.35，例如0.30、0.31、0.32、0.33、0.34或0.35等。

上述的总混合料是指锰粉矿、膨润土、硅石、白云石与焦炭之和。

在本发明中，膨润土是造球的必要粘结剂。采用上述配比的膨润土，能够实现有效粘结，利用实现球团的高强度。

本发明对锰粉矿、硅石、焦炭、白云石与膨润土等原料没有特殊要求，常规使用的锰粉矿、硅石、焦炭、白云石与膨润土均可应用于本发明中，只需各物质的用量满足上述配料规则即可。

(3)冶炼

保温料罐由天车吊运至直流矿热炉炉顶料仓上方，保温料罐将第二混合料卸至料仓内，料仓内的第二混合料通过料管不断进入直流矿热炉炉膛内进行冶炼，得到锰硅合金，此外还产生炉渣和煤气。

例如，直流矿热炉内条件是二次侧电压是140～165V(例如140V、146V、150V、156V、160V或165V等)，电极电流5.5万安培至6.5万安培(例如5.5万安培、5.6万安培、5.7万安培、5.8万安培、5.9万安培、6.0万安培、6.1万安培、6.2万安培、6.3万安培、6.4万安培或6.5万安培等)，冶炼温度不低于1500℃，大约2.5小时出料一次。

优选地，直流矿热炉冶炼过程中产生的煤气经过净化回收，返回至竖炉用于焙烧。

本步骤采用了热装入炉工艺，由保温料罐将高温球团连同其它物料一同运输至直流矿热炉，回收了能量，降低了冶炼能耗。此外，采用热装工艺，可以不用另外设置焦炭烘干装置，利用球团的高温烘干焦炭中的水分，简化了工序、降低了生产成本。

本步骤还采用了直流矿热炉代替交流矿热炉，能够节能、提高产量并降低冶炼电耗，能够将电耗降低至3100kWh/t。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

(1)将锰粉矿、膨润土配料，送入润磨机润磨，将润磨后的物料送入圆盘造球机造球，得到的球团进入筛选装置，选择粒度为8mm到22mm之间的球团进入下一步骤。

(2)生球团送入竖炉焙烧，然后卸放获得高温球团；竖炉焙烧温度为1050℃；竖炉内为氧化气氛；焙烧燃气来源于矿热炉煤气。将高温球团与硅石、焦炭、白云石配料进入保温料罐。

其中，步骤(1)和步骤(2)中，按照以下比例配料：

①膨润土质量占总混合料质量的0.8％；

②锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝1.5；

③焦炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.17；

④白云石质量满足：总混合料中氧化钙和氧化镁质量之和÷总混合料中氧化硅质量＝0.3。

(3)保温料罐由天车吊运至直流矿热炉炉顶料仓上方，然后保温料罐将物料卸至料仓内；料仓内的物料通过料管不断进入直流矿热炉炉膛内进行冶炼，该直流矿热炉为30MVA六电极矩形炉膛直流矿热炉，冶炼温度在1500℃以上。电极电流为59000A。最终获得锰硅合金、炉渣、煤气。煤气返回步骤(2)中的竖炉用作焙烧燃气。

本实施例冶炼得到的锰硅合金中锰的含量是65.2％(重量)，硅含量17.5％(重量)。本实施例冶炼电耗为3080kWh/t。

实施例2

(1)将锰粉矿、膨润土配料，送入润磨机润磨，将润磨后的物料送入圆盘造球机造球，得到的球团进入筛选装置，选择粒度为8mm到22mm之间的球团进入下一步骤。

(2)生球团送入竖炉焙烧，然后卸放获得高温球团；竖炉焙烧温度为1200℃；竖炉内为氧化气氛；焙烧燃气来源于矿热炉煤气。将高温球团与硅石、焦炭、白云石配料进入保温料罐。

其中，步骤(1)和步骤(2)中，按照以下比例配料：

①膨润土质量占总混合料质量的3.0％；

②锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝2.4；

③炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.23；

④白云石质量满足：总混合料中氧化钙和氧化镁质量之和÷总混合料中氧化硅质量＝0.35。

(3)保温料罐由天车吊运至直流矿热炉炉顶料仓上方，然后保温料罐将物料卸至料仓内；料仓内的物料通过料管不断进入直流矿热炉炉膛内进行冶炼，该直流矿热炉为30MVA六电极矩形炉膛直流矿热炉，冶炼温度在1500℃以上。电极电流为65000A。最终获得锰硅合金、炉渣、煤气。煤气返回步骤(2)中的竖炉用作焙烧燃气。

本实施例冶炼得到的锰硅合金中锰的含量是67％(重量)，硅含量18.6％(重量)。本实施例冶炼电耗为2950kWh/t。

实施例3

(1)将锰粉矿、膨润土配料，送入润磨机润磨，将润磨后的物料送入圆盘造球机造球，得到的球团进入筛选装置，选择粒度为8mm到22mm之间的球团进入下一步骤。

(2)生球团送入竖炉焙烧，然后卸放获得高温球团；竖炉焙烧温度为1150℃；竖炉内为氧化气氛；焙烧燃气来源于矿热炉煤气。将高温球团与硅石、焦炭、白云石配料进入保温料罐。

其中，步骤(1)和步骤(2)中，按照以下比例配料：

①膨润土质量占总混合料质量的2.0％；

②锰粉矿中锰质量÷(锰粉矿中硅质量+硅石中硅质量)＝2；

③焦炭质量＝(锰粉矿质量+硅石质量)×0.2；

④白云石质量满足：总混合料中氧化钙和氧化镁质量之和÷总混合料中氧化硅质量＝0.32。

(3)保温料罐由天车吊运至直流矿热炉炉顶料仓上方，然后保温料罐将物料卸至料仓内；料仓内的物料通过料管不断进入直流矿热炉炉膛内进行冶炼，该直流矿热炉为30MVA六电极矩形炉膛直流矿热炉，冶炼温度在1500℃以上。电极电流为61000A。最终获得锰硅合金、炉渣、煤气。煤气返回步骤(2)中的竖炉用作焙烧燃气。

本实施例冶炼得到的锰硅合金中锰的含量是68.3％(重量)，硅含量19.3％(重量)。本实施例冶炼电耗为3050kWh/t。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。