□ 王立志 徐國珍 楊 杰 劉 磊

錳廣泛存在于自然界中，土壤中含錳0.25%，是儲(chǔ)量僅次于鐵元素的黑色金屬。電解金屬錳（以下簡稱為電解錳）中的錳含量大于99.5%，呈銀白色或灰色，質(zhì)地硬而脆，在潮濕的環(huán)境中容易氧化，廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶煉、化工工業(yè)、電子技術(shù)、航天工業(yè)、有色冶金等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國電解錳年產(chǎn)能226萬噸，年產(chǎn)量140萬～150萬噸，占世界總產(chǎn)量的97%，是世界上最大的電解錳生產(chǎn)國、消費(fèi)國和出口國[1]。

一、中國電解錳的生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.電解錳的生產(chǎn)工藝

目前，國內(nèi)電解錳生產(chǎn)企業(yè)主要使用國產(chǎn)的低品位碳酸錳礦（含錳13%～16%）生產(chǎn)電解錳，工藝流程如下：原生礦—破碎—制粉—選粉—漿化混合—浸出化合—氧化除鐵—中和—多次壓濾—合格電解液—24小時(shí)電解—產(chǎn)品。

2.電解錳的成本構(gòu)成

按照中國目前電解錳工業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，生產(chǎn)1t電解錳需要消耗國內(nèi)低品碳酸錳礦7～11 t （金屬回收率約90%）、電5 500～7 000kWh、二氧化硒1～1.5kg、硫酸約2 t，電解錳大致的生產(chǎn)成本構(gòu)成見表1?？梢钥闯觯V石和電力成本占電解錳生產(chǎn)總成本的60%以上，擁有自有礦山且電力成本低廉的電解錳企業(yè)將在市場競爭中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

表1 電解錳的生產(chǎn)成本構(gòu)成

3.電解錳的主產(chǎn)區(qū)分布

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年度中國電解錳生產(chǎn)企業(yè)49家，產(chǎn)能226萬噸，年產(chǎn)量140萬噸，占世界總產(chǎn)量的97%，見表2。2018年國外電鋼錳產(chǎn)量4.36萬噸（其中Comilog 1萬噸，MMC 3萬噸，Tsingshan Indonesia 0.36萬噸）。2018年、2019年國內(nèi)沒有新增產(chǎn)能項(xiàng)目[2]。

表2 2018年中國各省份電解金屬錳企業(yè)生產(chǎn)情況

中國電解錳五大生產(chǎn)企業(yè)情況見表3。這5家企業(yè)的產(chǎn)能達(dá)126萬噸，占全國產(chǎn)能的56%；產(chǎn)量達(dá)90.53萬噸，占全國產(chǎn)量的65%。

表3 中國電解錳五大生產(chǎn)企業(yè)情況

二、電解錳在安鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.安鋼的生產(chǎn)簡況及含錳物料的使用情況

安鋼始建于1958年，現(xiàn)已成為年產(chǎn)鋼能力大于1 000萬噸的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，是河南省最大精品板材和優(yōu)質(zhì)建材生產(chǎn)基地。安鋼主要的煉鋼設(shè)備有100 t電爐1座、100 t轉(zhuǎn)爐1座、150 t轉(zhuǎn)爐3座，主要產(chǎn)品有高強(qiáng)鋼、商用汽車用鋼、管線鋼、冷軋基料等，產(chǎn)品定位中高端。錳是鋼中主要元素之一，適量的錳含量可有效提高鋼材的強(qiáng)度，消除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，改善鋼材的熱加工性能。目前，安鋼生產(chǎn)過程中使用的含錳合金只有錳硅合金、高碳錳鐵、低碳錳鐵3種，2017—2019年錳系合金的使用量見圖1。

圖1 2017—2019年安鋼錳系合金使用量

2.電解錳應(yīng)用于安鋼生產(chǎn)的可行性分析

安鋼冶煉低碳鋼時(shí)主要使用低碳錳鐵進(jìn)行合金化，近年來隨著安鋼產(chǎn)品定位中高端戰(zhàn)略的實(shí)施，低碳鋼的生產(chǎn)比例不斷擴(kuò)大，低碳錳鐵的使用量也逐年增加，目前月使用量穩(wěn)居1 000 t以上，但低碳錳鐵價(jià)格高昂導(dǎo)致低碳鋼的生產(chǎn)成本居高不下，為進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，尋找一種價(jià)格低廉的合金替代低碳錳鐵應(yīng)用于生產(chǎn)顯得迫在眉睫。電解錳以其有效元素錳含量高、雜質(zhì)元素含量低的優(yōu)點(diǎn)成為替代低碳錳鐵的首選合金，電解錳和低碳錳鐵的成分詳見表4。由表4可以看出，電解錳中的雜質(zhì)元素只有硫元素可能高于低碳錳鐵，會(huì)造成鋼液增硫，但目前低碳鋼的工藝流程中均有LF精煉工序，該工序可對(duì)鋼液進(jìn)行深脫硫，不會(huì)造成鋼液硫元素超標(biāo)。

表4 電解錳和低碳錳鐵的化學(xué)成分 單位/%

價(jià)格方面，由于電解錳采用更便宜的國內(nèi)錳礦作為主要原料，比采用進(jìn)口錳礦作為主要原料的低碳錳鐵便宜得多。2020年1—6月份電解錳和低碳錳鐵的價(jià)格對(duì)比見圖2（由于2種合金中錳含量不同，圖中的價(jià)格為品位單價(jià)，單位為“元/t”）。由圖2可以看出，2020年以來電解錳的價(jià)格低于低碳錳鐵，煉鋼過程使用電解錳成本會(huì)更低。

圖2 2020年1—6月電解錳和低碳錳鐵價(jià)格對(duì)比

由于電解錳生產(chǎn)過程中使用了液氨，含氮較高（≤0.1%），煉鋼過程中使用電解錳是否會(huì)造成鋼液增氮有待試驗(yàn)考證。

3.電解錳在安鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用試驗(yàn)

考慮到電解錳呈片狀，比重較小不容易進(jìn)入鋼液，在煉鋼過程中的加入時(shí)間和加入地點(diǎn)受限。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中鋼包內(nèi)沒有渣子、沒有除塵風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，所以考慮在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入電解錳，這種方式對(duì)安全、環(huán)保也沒有影響。

（1）為驗(yàn)證電解錳片是否增氮，選取試驗(yàn)鋼種為汽車鋼AG700L系列，合金加入方式為“1t硅錳合金+電解錳”；對(duì)比實(shí)驗(yàn)爐次為“1t硅錳合金+低碳錳鐵”。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出（見表5），煉鋼過程中加入電解錳不會(huì)造成鋼液增氮。

表5 生產(chǎn)中加入電解錳和加入低碳錳鐵鋼液增氮數(shù)據(jù)對(duì)比

（2）電解錳片吸收率：按實(shí)驗(yàn)爐次加料模式進(jìn)行計(jì)算，平均出鋼量160 t，平均加入硅錳968kg，平均加入電解錳片1 112kg，合金加入后平均錳含量1.19%，平均殘錳0.12%。其中，硅錳的錳含量66%、吸收率97%，電解錳的錳含量99.8%。

（1.19%-0.12%-968×66%×97%÷160 000）×160 000÷1 112÷0.998=98.47%

試驗(yàn)結(jié)論：出鋼過程中加入電解錳未造成鋼液增氮，未出現(xiàn)增磷、增硫現(xiàn)象；電解錳的吸收率高達(dá)98.47%；本次試驗(yàn)用電解錳采購價(jià)格為不含稅10 177元/t，低碳錳鐵采購價(jià)格為不含稅9 911元/ t （按錳含量78%折合計(jì)價(jià)），與使用低碳錳鐵相比，每使用1 t電解錳可節(jié)約成本2 504元；電解錳可以替代低碳錳鐵應(yīng)用于煉鋼生產(chǎn)。

三、結(jié)論

（1）電解錳替代低碳錳鐵應(yīng)用于安鋼生產(chǎn)是可行的，后期可考慮逐步增加電解錳的用量，實(shí)現(xiàn)電解錳和低碳錳鐵同時(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)，一旦市場出現(xiàn)變化，優(yōu)先選用價(jià)格低廉的合金品種以降低生產(chǎn)成本。

（2）按照2020年上半年的市場，低碳錳鐵FeMn84C0.4的平均價(jià)格為9 954元/ t （按錳含量78%折合計(jì)價(jià)），電解錳DJMnP的平均價(jià)格為10 786元/ t，每使用1 t電解錳可節(jié)約成本1 937.25元，若后期能實(shí)現(xiàn)用電解錳替代八成低碳錳鐵，則每年可節(jié)約生產(chǎn)成本1 600多萬元。

（3）由于電解錳含碳量極低，應(yīng)用于生產(chǎn)后不會(huì)造成鋼液增碳，因此可以使用價(jià)格更低廉的合金品種替代現(xiàn)有的合金品種，比如使用低碳錳鐵FeMn84C0.7或中碳錳鐵FeMn78C2.0替代剩余的低碳錳鐵FeMn84C0.4，使用高碳鉻鐵或中碳鉻鐵替代現(xiàn)在的低碳鉻鐵，等等，以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本?！?/p>