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1、含碳氧化锰矿粉微波加热升温特性研究,太原理工大学材料科学与工程学院冶金工程系陈 津2007.11 长沙,含碳氧化锰矿粉微波加热升温特性研究 太原理工大学,1. 课题研究的技术背景,锰是重要的炼钢原料，在国民经济中具有十分重要的战略地位，其中钢铁用锰量占到90%95%，主要用作炼钢的脱氧剂、脱硫剂及制造合金。 我国锰矿资源虽位居于世界第四位，但锰矿石品位低，碳酸锰矿石比例大，且高磷、高铁、高硅，质量和矿粉造块性能均较差。 我国每年不得不进口大量富锰矿石与国内的贫锰矿石搭配使用，2006年我国锰矿石的宏观消费量为1100万t，而同年进口的锰矿石量则达到621万t，进口依存度上升至56.5%。此外，
2、我国锰矿选矿产生的粉状矿以及块矿运输产生的粉状矿（粒度8mm），粉状锰矿的利用问题日益突出。 锰矿粉造块相对铁矿粉来说难度较大：（1）烧损大、烧结强度低；（2）软熔温度低且区间较窄，容易引起球团的软化或欠烧；（3）造块工艺产量低、成本高，且环境污染严重。,1. 课题研究的技术背景 锰是重要的炼钢原料，在国民经,含碳锰矿粉（团块）具有优良的自还原性，但造块强度不理想，使其使用受到限制。 微波可以直接加热冶金粉状物料，被加热的物料颗粒自身可以形成热源，使物料温度内外保持一致。 微波加热过程不受常规传热规律的影响，不受物料形状和粒度限制，且越细越好。用微波加热还原含碳（贫）锰矿粉，可以最大限度地发挥
3、含碳锰矿粉在高温下的自还原特性，在固态下提高锰矿粉的还原率。 由于固-固相还原温度比液态低，可以控制带入的碳、磷、硫、硅以及其它杂质元素，从而为获取一定金属化率的纯净海绵锰铁提供有利的动力学条件。,含碳锰矿粉（团块）具有优良的自还原性，但造块强度不理想，,2.原料与试验方法,脉石矿物主要为赤铁矿、针铁矿、石英、高岭石和蒙脱石等。经选矿处理后的大新氧化锰矿粉的特点是全锰（TMn）含量虽达到35.34%，但铁含量较高（Mn/Fe7），且属高磷（P/Mn0.005）锰矿粉，SiO2和K2O含量也偏高。 原料还有无烟煤粉与钙质石灰粉。,试验所用的锰矿粉为广西大新氧化锰矿粉，颜色为棕黑-褐黑色，矿石矿物
4、主要为软锰矿，且含有少量的水锰矿（Mn2O3H2O）、褐锰矿（3Mn2O3MnSiO3）。由于氧化锰矿是在原生锰矿（碳酸锰矿）的基础上经风化作用转变而来的，因此氧化锰矿粉中含有少量碳酸锰矿。,2.原料与试验方法 脉石矿物主要为赤铁矿、针铁,表1 广西大新氧化锰矿粉主要化学成分（w（B）/10-2）Table 1 Chemical composition of manganese oxide ore fines （w（B）/10-2）,表2 广西大新氧化锰矿粉物相分析（w（B）/10-2）Table 2 Phase analysis of manganese oxide ore fines （w
5、（B）/10-2）,表1 广西大新氧化锰矿粉主要化学成分（w（B）/10-2）,表3 无烟煤粉主要化学成分（w（B）/10-2）Table 3 Chemical composition of anthracite powder（w（B）/10-2）,表4 钙质石灰粉主要化学成分（w（B）/10-2）Table 4 Chemical composition of calcic lime powder（w（B）/10-2）,表3 无烟煤粉主要化学成分（w（B）/10-2）工业分析,图1 微波冶金试验炉结构示意图Fig. 1 Sketch of microwave metallurgical fur
6、nace1 magnetron; 2 thermocouple and temperature measurement device; 3 AC power; 4. furnace chamber; 5 crucible; 6 base,1.磁控管；2. 双铂铑热电偶与测温表；3.交流电源；4.炉腔；5.物料与坩埚；6.支撑架；,图1 微波冶金试验炉结构示意图1.磁控管；2. 双铂铑热电,3.试验结果与讨论,图2 微波加热试验原料升温特性对比图（微波加热功率10kW, 物料质量1kg）Fig.2 Contrast of temperature-rising characteristics am
7、ong the experiment stuffs by microwave heating (microwave power 10kW, mass of stuff 1kg),图2为微波加热试验原料的升温特性对比。试验可知，氧化锰矿粉与碳酸锰矿粉对微波吸收的性能较好，优于无烟煤粉和烟煤粉，也优于磁铁矿粉，只是钙质石灰粉对微波的吸收性能较弱。,3.试验结果与讨论图2 微波加热试验原料升温特性对比图,微波加热时间/min,图3 微波加热不同配碳比含碳氧化锰矿粉至1100时的升温特性对比图（微波加热功率10kW, 物料质量1kg，加钙质石灰）Fig.3 Contrast of temperatur
8、e rising characteristics among manganese oxide ore fines containing coal by microwave heating to 1100(microwave power 10kW, mass of mix 1kg, mixing the calcic lime fines),温度/,微波加热时间/min图3 微波加热不同配碳比含碳氧化锰矿粉,图4 微波加热不同配碳比含碳氧化锰矿粉至1200时的升温特性对比图（微波加热功率10kW, 物料质量1kg，加钙质石灰）Fig.4 Contrast of temperature risin
9、g characteristics among manganese oxide ore fines containing coal by microwave heating to 1200(microwave power 10kW, mass of mix 1kg, mixing the calcic lime fines),微波加热时间/min,温度/,图4 微波加热不同配碳比含碳氧化锰矿粉至1200时的升温,图5 微波加热不同配碳比含碳氧化锰矿粉至1300时的升温特性对比图（微波加热功率10kW, 物料质量1kg，加钙质石灰）Fig.5 Contrast of temperature ri
10、sing characteristics among the manganese oxide ore fines containing coal by microwave heating to 1200(microwave power 10kW, mass of mix 1kg, mixing the calcic lime fines),微波加热时间/min,温度/,图5 微波加热不同配碳比含碳氧化锰矿粉至1300时的升温,含碳氧化锰矿粉微波加热升温特性研究课件,图6 MnO2与Mn3O4微波加热升温特性对比图Fig.6 Contrast of temperature rising char
11、acteristics between MnO2 and Mn3O4 by microwave heating,图6 MnO2与Mn3O4微波加热升温特性对比图微波加热时间,表6 锰系矿物的介电性质比较Table 6 Comparison of dielectric property among the minerals consisting of manganese,表6 锰系矿物的介电性质比较化学组成密度/gcm-3直流,4.结论,氧化锰矿粉具有优良的微波加热特性，且优于无烟煤粉。在一定的微波加热功率10kW、质量1kg和配碳比C:O1.06条件下，微波加热含碳氧化锰矿粉到1100、1200、1300的升温速率分别为73.83/min、46.33/min、37.46/min。随着配煤比的提高，含碳氧化锰矿粉的升温速率有所下降，但影响不大。钙质石灰对微波的吸收能力较差，应尽量减少配加量。 值得注意的是，在合适的微波功率下，低介电常数的物质是可以被微波加热的。,4.结论 氧化锰矿粉具有优良的微波加热特性，且,6.致谢,感谢国家自然科学基金资助本项目的研究工作（50674069）作者简介及通讯方式：陈津（1955），男，博士，教授，冶金系主任；手机：13111009379Email：,6.致谢感谢国家自然科学基金资助本项目的研究工作（50674,谢 谢,谢 谢,
