大型矿热炉使用进口锰矿易发生爆炸的因素浅析

进口锰矿直接入炉冶炼高碳锰铁容易发生爆炸的主要原因

1. 炉料透气性差的原因

为了充分利用锰矿资源，国内外冶炼企业不断寻求粉矿直接入炉的冶炼方法。根据以往的经验来看，冶炼高碳锰铁在保证良好炉况的前提下，大型封闭炉粉矿（粒径<6mm）直接使用比例不应超过15%，敞口炉不应超过25%（国外有小型矿热炉使用高达50%粉矿量的情况）。但是粉矿的过多使用会造成炉料透气性不好，炉内气流分布不均，妨碍CO跟炉料的反应，不断积累炉内爆炸的可能性。

2.炉内悬料的原因

炉内悬料主要是水蒸气和低熔点挥发物造成的炉料局部板结形成悬料层，集聚在悬料层以下的气体随着分压的增高，会出现刺火、踏料甚至爆炸的情况。有文献《铁合金》1995年01期介绍，悬料情况与炉料内Zn的含量有很大的相关性。

因为Zn的熔点低，容易汽化跟冷凝。在炉料与反应区气体能够进行良好的能量交换情况下，反应区还原生成的Zn蒸汽能够随着气流均匀溢出料层。但是炉内料面的透气性不能保证时刻均匀，总会有一些上升的气体Zn遇到“冷的”环境，在炉料顶部被空气氧化成ZnO.ZnO的熔点为1975°C,一旦在料层上部氧化便沉淀、形成硬壳。随着料层的下降，新一轮ZnO的还原和Zn蒸汽的氧化在炉膛内底层和上层循环。炉料中的Zn不断积聚，造成悬料，当硬壳遭到破坏的时候，一些未反应的炉料便降落到高温反应区里，水蒸气和生成气体迅速膨胀、爆炸。文献表明，炉料内Zn含量<0.07%时悬料现象可以得到很好的改善。

针对以上两点的分析，冶炼企业可以通过对原料的合理配比来解决。将粉状炉料的使用量控制在合理范围内，尽量使用低Zn含量锰矿入炉，避免高Zn含量锰矿的集中使用和含Zn锰尘在烧结与高碳锰铁冶炼两个工序之间循环积累。

3.高价锰氧化物‘可分O2’的影响

高碳锰铁的生产过程中如果使用高价锰矿直接入炉会伴随O2的分解，其含量随着锰价态的增加而增大。这些分解的O2与CO共存在炉内，当达到CO在O2中的爆炸极限时会出现喷火、塌料、爆炸现象。进口锰矿中高价锰以加蓬矿、澳大利亚矿更具代表性，锰氧化物主要存在形式为MnO2，含量可达到95%以上，直接入炉时爆炸的危险性最大。

因此，在总结以及借鉴国内外多年冶炼经验，国内多家企业研究将高碳锰铁冶炼过程中的高价锰氧化物分解O2环节转移到炉外。这种思路使得锰矿烧结，预还原球团，回转窑预热等热处理进口锰矿的工艺逐渐推广使用开来。

热处理锰矿工艺使用温度一般控制在1100°C以上，能将矿中全部的结晶水去除，使全部的高价锰分解为Mn3O4或者Mn3O4与MnO共存的形式。企业应用“热处理矿”工艺，大大降低了入炉原料Mn元素与‘可分O2’和的比例从而提高了生产的安全性。

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