錳系鐵合金。由鐵錳礦在高爐中冶煉製得。其含錳量為15—30%， 含碳量為4.0—5.0%。主要用於轉爐和平爐煉鋼，代替錳鐵用，是一種脫硫脫 氧劑。因其斷面具有鏡面樣光輝，故稱鏡鐵。
基本介紹
- 中文名：鏡鐵
- 外文名：spiegeleisen
- 礦物名稱：鏡鐵礦
- 成因產狀：各種地質作用
- 領域：冶金
- 屬性：高碳錳鐵
概述,歷史,鏡鐵性質,晶體形態,晶體結構,物理性質,光學性質,錳資源,水分和鏡鐵礦粉配比對制粒效果的影響,鏡鐵礦粉黏附動力學,
概述
礦物名稱： 鏡鐵礦（赤鐵礦變種、與石英伴生） （Hematite var.Specularite and Quartz）
鑑定特徵：櫻紅色條痕是鑑定赤鐵礦的最主要的特徵；此外，形態和無磁性(鏡鐵礦例外)可與磁鐵礦相區別
成因產狀：形成於各種地質作用之中，但以熱液作用，沉積作用和沉積變質作用為主；
著名產地：世界著名產地有中國河北宣化、湖南寧鄉、遼寧鞍山、義大利的E1ba島、瑞士的St.Gotthard、維蘚威、英倫的Cumberland、巴西的MinasGexais。
名稱來源：Hematite一字，來自希臘語haimatites；指血(Bl00d)，象徵著這種礦物的顏色。
歷史
錳是煉鋼工業使用最早、用量最多和使用最廣的元素，可以說無錳不成鋼。最初是用錳的氧化物或燒結的碳化物加入坩堝爐煉鋼。馬希特(D.Mushet)父子是最早使用高爐生產的鏡鐵(5%～20%Mn，3.5%～5.5%C)於貝氏爐煉鋼的。1868年法國的普爾塞爾(A. Pourcel)用高爐煉出60%～80%Mn的錳鐵。1890年西蒙(A. Simon)用電弧爐冶煉出含Mn84% 、Fe8%、C7. 1%和Si0. 2%的高碳錳鐵。以後電爐容量不斷擴大，並開發了爐料預熱、預還原等工藝。1970年日本中央電工公司投產一座迴轉窯40000kVA封閉電爐生產高碳錳鐵的生產線，取得節電的效果。
1908年法國新冶金研究所在電弧爐內用氧化錳爐渣氧化精煉高碳錳鐵，得到含C1%～2%的錳鐵。根據庫塔涅(A.Coutagne)的報導。法國冶金工作者奠定了電矽熱法生產中、低碳錳鐵的基礎。於20世紀初出現了許多專利和改進後的工藝，如波倫法(熱兌法)等。1978年日本水島鐵合金廠建成不用精煉電爐的搖包法(水島法)生產中碳錳鐵。
20世紀中開始研究氧精煉法生產中碳錳鐵。美國聯合碳化物公司金屬部研究成功了MOR(manganesoxygen refining的縮寫)法，並於1976年建成月產中碳錳鐵6000t的生產廠。1987年墨西哥鐵合金公司建.成12t底吹轉爐生產中碳錳鐵。在此期間出現法國的CLU法(底吹氧、水蒸氣法)，聯邦德國電冶金公司的G.f.E法(底吹氧法)，日本重化工公司的頂吹氧、底吹複合氣體法和日本水島鐵合金公司的搖包頂吹氧及複合氣體法等氧精煉生產中碳錳鐵的方法。
20世紀初，中國曾在漢陽鐵廠的100t高爐冶煉鏡鐵。40年代用電爐生產錳鐵。50年代以後逐步建成錳鐵生產廠。1975年鋼鐵研究總院與遵義鐵合金廠開始研究頂吹氧轉爐生產中碳錳鐵工藝，於1978年完成半工業試驗。1982年在新余鋼鐵公司試驗255m高爐—6t頂吹氧轉爐聯合生產中碳錳鐵，並取得成功。1976年上海鐵合金廠完成電爐—搖包法生產中碳錳鐵的工業試驗，並投入使用。
鏡鐵性質
晶體形態
復三方偏三角面體晶類；常見單形有平行雙面；六方柱；菱面體；六方雙錐；
晶體結構
晶系和空間群：三方晶系，空間群R3-c；
晶胞參數：a0=5.029埃，c0=13.73埃；
粉晶數據：2.69(1)1.69(0.6)2.51(0.5)
物理性質
硬度：5.5-6
比重：5.0-5.3g/cm3
解理：無
斷口：貝殼狀斷口
顏色：紅棕色
條痕：紅色
透明度：不透明
光澤：金屬光澤至半金屬光澤或土狀光澤；細薄片或晶體碎片邊緣透光
發光性：無
其他：性脆，無解理，鏡鐵礦具有磁性。
光學性質
薄片中血紅、橙紅、灰黃色。一軸晶（-）。No=3.22，Ne=2.94。弱多色性。No-褐紅，Ne-黃紅。反射色白帶藍灰。反射率：28.70（綠光），26.15（橙光），25.03（紅光）；Ro=27.8，Re=24.9（鈉光，空氣中）雙反射弱，Ro=白，Re-灰藍白。非均質。內反射暗紅。
錳資源
錳在地殼中的豐度為9×10-2%。有工業使用價值的錳礦物有褐錳礦、黑錳礦、軟錳礦、水錳礦、硬錳礦和菱錳礦。大西洋和太平洋海底的錳結核是潛在的錳資源。世界上錳礦產地主要分布在烏克蘭、喬治亞、俄羅斯、南非、加彭、澳大利亞、巴西等國家。中國已探明的錳礦主要分布於廣西、湖南、貴州、雲南等地。中國的錳資源以碳酸錳礦為主，難選礦多，一般含錳僅30%左右，鐵、磷、二氧化矽等的含量較高。用選擇還原法在高爐(或電爐)中處理貧錳礦(主要是鐵錳礦)生產富錳渣。錳礦石的90%用於煉鋼，是鋼鐵工業的重要原材料。錳礦的塊礦和富礦日益減少，粉礦和精礦增加，所以要經過燒結、球團、壓塊等方法製造人造塊礦供鐵合金廠使用。
水分和鏡鐵礦粉配比對制粒效果的影響
隨著混合料中鏡鐵礦粉配比增加，適宜的制粒水分逐漸降低。這一方面是因為鏡鐵礦粉結構緻密，其最大分子水和最大毛細水質量分數較低，導致混合料吸水率及持水性較低；另一方面，鏡鐵礦粉配比提高，意味著吸水性強的褐鐵礦粉的比例降低。所以，當鏡鐵礦粉配比較高時，自由水分易流出造成混合料層過濕，顯著影響料層透氣性，甚至導致制粒過程無法正常進行。在適宜水分範圍內，細粒物料被水潤濕後，由於水在顆粒間空隙中形成薄膜水和毛細水，產生毛細力，在機械力作用下，細粒物料黏附於核顆粒上，黏附量達到最佳值，從而改善料層的粒度組成，使料層具有良好的透氣性，提高鏡鐵礦粉的燒結產量及質量指標。
鏡鐵礦粉黏附動力學
當制粒時間小於3 min時，鏡鐵礦黏附率隨制粒時間延長而快速上升；當制粒時間大於3 min後，總黏附率增長趨於緩慢，甚至有所下降。隨著鏡鐵礦粉配比由 10%增長到 40%，在制粒時間小於3 min時，鏡鐵礦粉平均黏附速率分別為：2.28%/min、4.01%/min、4.06%/min 和 6.10%/min，可見黏附速率隨鏡鐵礦粉配比升高而增大。在鏡鐵礦粉配比分別為10%和20%、制粒時間為4 min時，鏡鐵礦粉黏附率達到最大值。再進一步延長制粒時間，鏡鐵礦粉黏附率有所降低；而在鏡鐵礦粉配比分別為30%和40%、制粒時間大於5 min時，鏡鐵礦粉的黏附率仍有所增長。這表明鏡鐵礦粉配比越高，其達到黏附平衡所需的制粒時間越長。
綜合來看，推薦適宜的制粒時間為 4～5 min，隨著鏡鐵礦粉配比提高，適當延長制粒時間將強化鏡鐵礦粉在核粒子上的黏附，有利於改善制粒效果。鏡鐵礦粉配比為 10%時，其最大黏附率可達8.33%，這表明配入混合料中的鏡鐵礦粉只剩下1.67%未能黏附到大於3 mm的核顆粒上。因此，在高褐鐵礦粉配比條件下，配加10%鏡鐵礦粉對料層透氣性影響不大。但當鏡鐵礦粉配比分別增加到20%、30%和 40%時，黏附率分別為 13.87%、14.44%和20.39%，這表明未能黏附到核顆粒並長大到大於3 mm 粒級以上準顆粒的鏡鐵礦粉分別為 6.13%、15.56%和 19.61%。
鏡鐵礦粉配比越高，黏附速率越快，但達到黏附平衡所需的時間越長。因此，延長制粒時間是改善高配比鏡鐵礦粉制粒效果的有效措施之一。
