邵阳金属锰硅锰合金分析实验室,氮化锰铁

锰矿是硅锰生产成本的重要组成部分，在硅锰生产成本中占比近六成。锰矿在硅锰合金成本中的占比自2015年底的占比40%不断攀升，近几年基本维持在60%左右的水平。Mn37%南非半碳酸和Mn46%澳块在生产用锰矿中占比也超过六成。锰矿价格与硅锰现货价格具有较强的正相关性，且这种相关性是完全的强正相关性，不因硅锰生产企业是否亏损而发生改变。据我们测算，2015年10月以来，天津港南非半碳酸块Mn37%和澳块Mn46%与内蒙地区硅锰出厂价均表现出较强的正相关性。在2016年硅锰企业普遍有亏损的情况下，这两种锰矿与内蒙地区硅锰出厂价相关系数甚至高达0.95以上。锰矿港口库存与锰矿价格呈显著的负相关。无论是南非半碳酸块还是澳块，价格均与港口锰矿库存呈显著的负相关。这种负相关性与多数商品一致，即在库存上升时价格下跌，库存下降时价格上涨。但与其他商品不一样的是，锰矿价格与港口库存变化的同步性较强。在2016年以来的近3年时间里，绝大多数时间中锰矿价格与港口库存走势均相反。当锰矿价格和港口库存走势一致时，往往透露出硅锰生产企业对后期市场的看法，即当锰矿库存和价格同步上涨时，表明硅锰生产企业看好后市，囤积原料，下个阶段硅锰产量会上升，反之亦然。由此我们预计3月份硅锰产量环比将有所增加。综上所述，我们可以通过锰矿港口库存走势大致判断硅锰价格变化。当前港口锰矿库存不断攀升，逼近历史高位，但是锰矿价格却没有出现明显的下跌。我们认为，当前锰矿价格实际面临较大的压力，一旦下游需求转弱或者钢材利润大幅减少，很可能通过“锰矿库存—锰矿价格—硅锰价格”这一逻辑传导链条传递至硅锰价格上。届时硅锰价格可能会出现类似2017年3月下旬锰矿库存高点后的走势，出现一轮较大幅度的调整。

金属锰为立方晶体，有α,β,γ和δ四种同素异性体，常温下以α锰稳定。金属锰的机械性能硬而脆，莫氏硬度为5~6，致密块状金属锰表面为银白色，粉状呈灰色。锰的相对原子量为54.9380±1。原子体积为7.39cm3/mol。金属锰的原子半径和室温下的密度，均随晶型不同而略有差别在大气压为101.325kPa时，锰的熔点为1260℃，沸点1900℃，汽化热为219.7kJ/mol。在0-25℃时，锰的电阻率为185μΩ·cm,在18℃锰的磁化率为9.9×10-6cm3/g。

锰属于第四周期的过渡元素，同Sc，Ti，V，Cr,Fe，Co，Ni相比尤其是与相邻的Cr和Fe相比，锰有一些特殊的物理化学特性。这些特性对认识锰的地球化学特征有重要意义。第四周期过渡元素的晶体结构有六方、立方、体心立方和面心立方等类型。例如，Sc，Ti和Co为六方型；V，Cr和Fe为体心立方型；Ni为面心立方型；惟锰为立方型。第四周期过渡元素的原子半径，总的趋势是从Sc到Ni随原子序数增加而依次减小，惟锰是例外。它的原子半径可达136.6pm（γ-Mn）比Cr（124.9pm）和Fe（124.1pm）的原子半径都大，破坏了递减规律。原子体积也有这种现象，锰的原子体积为7.39cm3/mol,它比Cr（7.23cm3/mol）和Fe（7.1cm3/mol）都大。第四周期过渡元素的氧化态，惟锰有高的+7氧化态。锰元素前的过渡元素(从Sc到Cr)高氧化态逐渐升高，从+3到+6;锰后的过渡元素(从Fe到Ni)高氧化态逐渐降低，从+6到+3。锰元素前过渡元素的氧化态升高，与3d轨道上价电子数增加有关。当3d轨道上的电子数达到5以上时(从Cr到Ni),3d轨道逐渐趋向稳定，高的氧化态逐渐不稳定，呈现强氧化性，所以锰元素后过渡元素的氧化态又逐渐降低。在第四周期过渡元素中，锰具有低的熔点与沸点。从Sc到Cr，熔点为1539~1890℃,沸点为2483~3380℃；从Fe到Ni，熔点为1453~1535℃,沸点为2732~3000℃.而锰的熔点只有1260℃,沸点只有2077℃.其熔化热和汽化热也较低。第四周期过渡元素的标准电极电势，基本上从Sc到Ni逐渐增大。这和它们的金属性逐渐减弱是一致的。惟锰的标准电极电势比铬还低，破坏了这种递增规律。这与失去两个4s电子后，形成更稳定的3d5构型有关。由此可见，锰在第四周期过渡元素中，有其特的物理化学特性。

锰在钢铁工业中的应用锰与氧、硫的亲合力都比较大，故锰是钢液的脱氧剂和脱硫剂。锰能强化铁素体和细化珠光体，故能提高钢的强度和淬透性，因而可作为钢的合金元素。钢的强度极限随锰的含量增加(≤7%)而增加，每增加1%的锰含量，强度极限提高98066.5kPa,同时钢的塑性极限也相应得到提高。当钢中锰含量大于10%时，钢在大气中抗腐蚀性大大增强，锰还能减轻氧和硫对钢的危害，从而提高钢的可锻性和可轧性。锰元素虽然早在1774年就被人们所发现，但是，锰在钢铁工业中的重要作用直到1856年发明底吹酸性转炉，以及1864年发明平炉炼钢法之后，才被人们所认识。现在锰已成为钢铁工业不可缺少的重要原料。1.用作脱氧剂炼钢过程中，为了提高钢的质量，需要除去铁水中的碳、硫等有害杂质，简便的工艺就是用氧化的方法，可是有一部分铁和杂质元素一同被氧化，生成氧化亚铁(FeO),而FeO在钢液中溶解度大，使钢液中含氧量增高，可以达到0.25%~0.45%。氧含量增高，对钢的性能产生不良影响，所以钢对含氧量有严格的要求，一般不准超过0.02%,甚至更严。因此，炼钢过程脱去超标的氧。锰是活性好的金属，其化学性能较铁活泼，将锰加入钢液中时，可以与FeO反应形成不溶于钢水中的氧化物渣，飘浮于钢水液面，使钢中含氧量降低。FeO＋Mn→Fe+MnO锰在钢水中的脱氧能力与其他一些元素(如钙、铝、硅)相比应该说还是比较低的，但由于其易于生产，价格又比较低，因此仍然深受钢铁企业的欢迎，尤其是对炼沸腾钢来说，采用锰铁合金脱氧是很理想的脱氧剂，因锰的脱氧能力较弱，它可以调整钢的含氧量，而不至于使氧脱去过多而不能沸腾。同时锰的存在还可以使硅和铝的脱氧能力增强，因为脱氧产物MnO与其他氧化物(如Si02)可以形成低熔点化合物而有利于从钢液中排除。2.作脱硫剂硫在钢液中以硫化铁(FeS)形式存在，钢中含硫高容易产生热脆，降低钢的机械性能，因此，炼钢过程控制硫的含量。锰与硫的结合力大于铁与硫的结合力。当加人锰合金之后，钢水中的[FeS]很易与锰生成熔点高的[MnS]而转人炉渣中，从而降低了钢中的硫含量。3.作合金元素锰可以强化铁素体和细化珠光体，因而提高了钢的强度，还可以提高钢的淬透性、钢的硬度和耐磨性。因此，锰是各种牌号钢的重要合金元素。普通碳素结构钢一般含Mn0.25%~0.8%;碳素结构钢一般含Mn0.7%~1.2%;在低合金钢中加人0.8%~1.7%的Mn可以使钢的强度比普通碳钢提高20%~30%;弹簧钢含Mn0.4%~1.3%;轴承钢含Mn0.3%~1.6%;工具钢含Mn0.4%~2%;耐磨钢含Mn11%~15%;耐热钢含Mn17%~21%;电工钢含Mn17%~19%。近两年来，我国用锰代镍生产不锈钢得到了广泛推广，尤其是在江、浙一带的中小型不锈钢厂中几种奥氏体不锈钢节镍、代镍品牌得到了迅速推广。如奥氏体不锈钢OCr17Mn13N是一种无镍Cr-Mn-N不锈钢，可作1Cr18Ni9Ti的代用品。主要用于大气及抗氧化酸腐蚀，可以用于生产板、带、管、棒材。节镍奥氏体不锈钢1Cr18Mn8Ni5N,室温强度比18-8铬镍不锈钢高，在800℃下具有较好的抗氧化性及中温强度，可以生产板、带、丝、管、棒材。还有2Cr15Mn15Ni2N是奥氏体节镍低磁性不锈钢，具有良好的低磁性能及低磁稳定性能，可以生产板、带、丝、棒材及锻材，能够代替1Cr18Ni9Ti用于制造要求低磁性的设备及零件，如自动驾驶仪中的陀螺、转子、罗盘及无线电装置中的零件。我国电解锰的产量迅速增加，质量不断提高，为我国用锰代镍、节镍生产200系列不锈钢的发展提供了有力的。

近年来，广东省工业分析检测中心凭借研发优势和技术实力，在绿色节能与低碳环保相关工作中，承担了铝合金建筑隔热型材产品节能认证和铝合金型材低碳产品认证项目实施工作，完成并取得阶段性成果的节能降耗科研项目有9项，参与制订的节能与低碳相关的标准或技术文件共10项。该中心在节能工作组织协调、政策法规制定、重大技术推广、能源统计和计量管理、节能监督检查等方面做出了贡献，获得广东省科技进步三等奖一项、广州市科技进步二等奖一项。
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