锰硅合金(ferromanganese silicoll)

以锰、硅为主要成分的合金添加剂。它是炼钢用的复合脱氧剂与合金剂；铁合金厂电硅热法生产中、低碳锰铁及金属锰的还原剂。它的成分除锰和硅外还含有铁及碳、磷、硫等杂质。商品锰硅合金含Mn60％～70％，并按含硅量划分为14％Si、17％Si、20％Si等牌号。铁合金厂用作中间合金的锰硅合金成分按需要自行规定。

简史   20世纪初法国冶金学家在研究电硅热法生产中、低碳锰铁过程中，用碳从含锰高的硅酸锰矿还原出含Mn75％、Si20％～25％和碳约1％的锰硅合金，代替硅和硅铁作还原剂。第一次世界大战(1914～1918)末期，德国魏斯韦勒厂在1000kVA电炉内，用焦屑还原含约10％Mn的高炉渣，产出含Sn6％的锰硅合金。1929年克莱门特(F．Clements)报导了含Mn60％～80％的锰硅合金中硅与碳含量间的关系(图3)。从图中看出含Si>18％时，合金含C<1％。

性质   锰硅二元系相图见图1。在高温液相区有两个稳定化合物，Mn₅Si₃和MnSi。在液相线下的化合物有Mn₆Si、Mn₉Si、Mn₃Si、Mn₅Si₂和Mn₁₁Si₉等。锰硅合金中含有约20％Fe，Mn-Si-Fe合金在锰角的液相线投影图见图2。图中的粗黑虚线为有铁存在时Mn-Si系共晶点与包晶点的移动轨迹，即液相面相交线的投影。图中还给出了Mn-Si系中的共晶反应点(e₆、e₇)、包晶反应点(p₄、p₅、p₆、p₇)及Mn-Si-Fe三元共晶点p₁。锰硅合金在使用价值上的特点是含碳量与含硅量成反比(见图3)。这是因为锰的硅化物比碳化物稳定。商品锰硅铁合金(含Mn65％～75％、Sn5％～25％)的密度约为6．3g／cm³，熔化温度范围为1075～1320℃。

用途   锰硅合金加入钢液中脱氧，脱氧产物为MnSiO₃。比FeSiO₃的熔点低，表面张力较大，容易从钢液中上浮，因而钢中夹杂物较少。锰硅合金脱氧时，锰和硅的利用率均较高，所以锰硅合金是良好的复合脱氧剂。锰硅合金的锰碳比高，特别适合冶炼含锰的低碳钢。由于镇静钢、高强度低合金钢、不锈钢、耐热钢等产量的增加，锰硅合金的用量也相应增加。

生产工艺   锰硅合金是在埋弧还原电炉内，用碳还原锰矿和硅石炼成的。(工艺流程见图4)电炉容量3000～63000kVA，炉型可以是封闭式、半封闭式或敞口式。(见埋弧还原电炉)

原料   锰原料通常由几种锰矿。富锰渣、锰烧结矿等搭配组成。入炉成分要求为Mn>30％，Mn／Fe>4．5，P／Mn≤0．0035；硅石含SiO₂>98％；焦炭含固定碳>80％，灰分<15％；熔剂有石灰(或石灰石)、白云石与萤石等，添加量根据锰原料的脉石组分、冶炼渣型及电炉容量等决定。

冶炼过程   在电炉冶炼时炉内分成4层，即炉料层、焦炭层、炉渣层与合金层。(图4)炉料层是矿石、熔剂与焦炭的混合物。在电极周围料层薄，下料速度快，靠炉墙料层厚。矿石受热收缩而出现细裂纹和孔穴，至下部变成网状。炉料区内MnO₂与Fe₂O₃被CO还原或热分解成MnO和FeO。靠近焦炭层的矿石开始软化和生成熔点约为1200～1300℃的初渣。中国的锰矿含Al₂O₃较高，初渣的熔点可参考MnO-SiO₂-Al₂O₃系相图(图5)。炉料层下面为焦炭层，厚约100mm，在锰硅合金冶炼中占有重要位置。熔融的炉料和初渣穿过此层时，被赤热的焦炭还原。焦炭层的焦炭孔隙中有大量的细金属粒，它是含Si20％～30％的合金。熔渣穿过焦炭层而进入炉渣层。在电极下端及其附近是焦炭粒，熔渣和金属粒的混合层。在电弧加热的高温下进行碳还原MnO与SiO₂的反应。还原出来的合金下沉至熔池底部，形成合金层。

冶炼操作   锰硅合金的冶炼操作与高碳锰铁相似，但渣铁出炉温度应控制在1400～1500℃之间。炉渣熔点应选择在1300℃附近。炉渣熔点过高，则炉料过热，渣黏度大，渣中夹合金多；熔点低则成渣速度大于反应速度，造成炉内翻渣。提高炉渣碱度可以降低渣中MnO的含量，从而提高锰的回收率。但碱度过高会使二氧化硅的还原变得困难，渣量增加。确定适当的炉渣碱度十分重要。碱度CaO+MgO／SiO₂应控制在0．6～1．1范围内。生产Si≥22％的锰硅合金取下限，生产Si≤14％的锰硅合金取上限。减少渣量是降低电耗，提高锰回收率的前提。降低渣量的主要途径是提高锰原料含锰量及选择Al₂O₃含量高的渣型。渣中Al₂O₃要控制在15％～20％。典型的炉渣成分(％)如下：

合金与渣需定时从炉内排出并将合金铸锭，炉渣则送冲渣场粒化，用作建筑材料。

中国生产1t锰硅合金(FeMn65Si17)消耗锰原料(Mn29％～32％)2．6～2．9t，硅石约0．25t，焦炭约0．55t，白云石0～0．1t；电耗4400～4700kW•h；锰回收率75％～80％；渣铁比1．0～1．5。