專利名稱：生產(chǎn)稀土硅系合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與稀土硅系合金生產(chǎn)工藝有關(guān)，尤其與用礦熱爐生產(chǎn)稀土硅系合金的方法有關(guān)。
傳統(tǒng)的用礦熱爐，以碳作還原劑生產(chǎn)稀土硅系合金，由于爐底生成碳化物爐瘤，生產(chǎn)周期在20—30左右就被迫停產(chǎn)。當(dāng)爐料中含有鋼屑時(shí)，就會出現(xiàn)崩料現(xiàn)象，使?fàn)t底迅速上漲而造成生產(chǎn)困難甚至停產(chǎn)，同時(shí)加鐵后的產(chǎn)品大量出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。用電弧爐生產(chǎn)稀土硅系合金，能耗大，稀土回收率低。
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，調(diào)整靈活，轉(zhuǎn)產(chǎn)迅速，節(jié)約能源，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)率高，稀土回收高，產(chǎn)品質(zhì)量好，爐子生產(chǎn)周期長的生產(chǎn)稀土硅系合金的方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明生產(chǎn)稀土硅系合金的方法，在礦熱爐內(nèi)，以碳質(zhì)材料作還原劑，以硅石作爐料骨架，將爐內(nèi)分成數(shù)個(gè)不同冶煉區(qū)域，在稀土還原區(qū)加入混合均勻的稀土礦配料，在其它區(qū)域加入相應(yīng)的配料，各種不同的配料在不同的區(qū)域分別進(jìn)行相對獨(dú)立的物理——化學(xué)反應(yīng)并生成熔液匯入熔池中進(jìn)一步反應(yīng)，最終生成穩(wěn)定的稀土硅系合金。
本發(fā)明在礦熱爐內(nèi)分為2—3個(gè)不同的冶煉區(qū)域，除了稀土冶煉區(qū)外，其它冶煉區(qū)是硅鐵冶煉區(qū)硅鋇冶煉區(qū)、硅鈣冶煉區(qū)中的一種或兩種。
本發(fā)明生產(chǎn)稀土硅鈣鋇鐵合金時(shí)，礦熱爐分成稀土冶煉區(qū)，硅鈣冶煉區(qū)，硅鋇冶煉區(qū)，生產(chǎn)稀土硅鐵合金時(shí)，礦熱爐分為稀土冶煉區(qū)、硅鐵冶煉區(qū)。
本發(fā)明粉狀礦物原料加入碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑在壓力下制成壓塊，壓塊大小為20—30mm，其中稀土壓塊中的配碳量為其理論值的0.8—1.0倍，鈣塊中的配碳量為其理論值的3.2—4.0倍。
本發(fā)明稀土還原區(qū)的爐料組成為稀土壓塊，硅石、碳質(zhì)還原劑，其中RE∶Si＝0.6—1.2，碳質(zhì)還原劑的加入量為還原REO，SIO2理論量的1.0—1.2倍，硅鐵冶煉區(qū)的爐料組成與普通硅鐵配料相同，硅鈣冶煉區(qū)的爐料組成為鈣壓塊，硅石，碳質(zhì)還原劑、碳素鋼屑，其中Ca∶Si＝0.1—0.6，還原劑的配入量為還原CaO、SIO2理論值的0.92—0.98倍，硅鋇冶煉區(qū)的爐料組成除了將鈣改為鋇外，其配料和參數(shù)與硅鈣冶煉區(qū)相同。
本發(fā)明礦熱爐的常用二次電壓I/U (A/V)大于200，其值隨礦熱爐容量的增大而相應(yīng)提高。
本發(fā)明爐料分區(qū)均勻入爐，冶煉時(shí)間為2—4小時(shí)，合金出爐后注入鑄鐵模中。
本發(fā)明礦熱爐動(dòng)力學(xué)參數(shù)由ΔI＝5.0∽7.8，PSB＝390—510，RT＝45—650來確定。
本發(fā)明礦熱爐與相同容量的硅鐵爐相比，爐底和爐墻備厚10—15％，爐膛深15—20％，用2—3mm厚的石墨粉，2—3cm厚的珍珠巖作絕熱層爐缸用高鋁磚砌筑，且用1∶2的石英砂和電極糊搗打成100—150mm厚的保護(hù)層，H爐缸＝0.4—0.5H爐膛；d出口＝0.4—0.5d電極，h出口＝0.8—1.0d電極。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)1，分區(qū)冶煉，調(diào)整靈活。
該工藝根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要將礦熱爐分成2—3個(gè)不同的冶煉區(qū)域，如稀土冶煉區(qū)、硅鐵冶煉區(qū)、硅鋇冶煉區(qū)或硅鈣冶煉區(qū)，使礦熱爐可以根據(jù)需要生產(chǎn)稀土硅鐵、稀土硅鋇鐵、稀土硅鈣鋇鐵等鐵合金產(chǎn)品，同時(shí)不同冶煉區(qū)的大小可以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。例如生產(chǎn)稀土硅鈣鋇鐵合金可將礦熱爐分成稀土冶煉區(qū)、硅鈣冶煉區(qū)、硅鋇冶煉區(qū)。當(dāng)需要生產(chǎn)稀土硅鐵合金時(shí)可將硅鈣冶煉區(qū)、硅鋇冶煉區(qū)轉(zhuǎn)成硅鐵冶煉區(qū)即可。無須進(jìn)行全面的爐料調(diào)整。
2，轉(zhuǎn)產(chǎn)迅速、減少廢品，節(jié)約轉(zhuǎn)產(chǎn)費(fèi)用。
由于每種冶煉區(qū)相對礦熱爐而言都較小，這樣便可在6∽12爐次內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)產(chǎn)，避免了爐料的全面調(diào)整而投入大量的轉(zhuǎn)產(chǎn)爐料。一般的礦熱爐轉(zhuǎn)產(chǎn)通常需要16∽20爐次，甚至更多的爐次才得以實(shí)現(xiàn)。必然減少了廢品的產(chǎn)量，節(jié)約轉(zhuǎn)產(chǎn)費(fèi)用。一般而言轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)間減少35∽50％、廢品減少30∽40％。從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。
3，節(jié)約能源我國目前稀土硅鐵的主要生產(chǎn)方法是在電弧爐內(nèi)，用硅鐵還原稀土礦、石灰造渣的辦法來生產(chǎn)的。生產(chǎn)前需用礦熱爐生產(chǎn)硅鐵。如若生產(chǎn)稀土硅鈣鋇鐵，則需要生產(chǎn)稀土硅鐵、硅鈣、硅鋇，通過中頻爐熔兌的辦法來實(shí)現(xiàn)的。單位產(chǎn)品綜合電耗，以稀土硅鐵為例，一般在12000∽14000kwh/t，而以本工藝方法生產(chǎn)相同牌號的稀土硅鐵一般小于9500kwh/t，節(jié)能近25％。
4，稀土回收率高，實(shí)現(xiàn)無渣生產(chǎn)通常以電弧爐方法生產(chǎn)的稀土硅鐵合金，稀土金屬的回收率僅為60％左右，且產(chǎn)品中稀土品位越高，稀土金屬回收率越低；鐵渣比為1∶1.3∽1.5。本方法生產(chǎn)稀土硅鐵，稀土金屬收率一般大于92％，且實(shí)現(xiàn)無渣化。以年產(chǎn)5000t含稀土30％的稀土硅鐵為例，節(jié)約稀土(以純REO計(jì))約1000噸，少產(chǎn)爐渣6000∽7500噸。解決了爐渣堆放及對環(huán)境的污染，提高了稀土資源的利用率。
5，解決了爐底結(jié)瘤及爐底上漲的難題，合金不粉化。
我國曾在20世紀(jì)70年代試圖用礦熱爐，以碳作還原劑生產(chǎn)稀土硅鐵合金，但由于爐底生成碳化物爐瘤，使生產(chǎn)周期在20∽30天左右就被迫停產(chǎn)。90年代出現(xiàn)了礦熱爐生產(chǎn)稀土硅鐵工藝，但當(dāng)爐料中含有鋼屑時(shí)，就會出現(xiàn)爐料情況下沉即所謂的崩料現(xiàn)象，使?fàn)t底迅速上漲而造成生產(chǎn)困難甚至停產(chǎn)，同時(shí)加鐵后的產(chǎn)品大量出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。本工藝通過采用爐料的整體不均勻而局部均勻的辦法，既分區(qū)冶煉也就是聯(lián)合法，避免了含鐵爐料與稀土爐料的接觸而發(fā)生崩料的機(jī)會，同時(shí)由于熔池中含有大量的鐵使碳化物分解避免了爐瘤的產(chǎn)生，且合金不易粉化。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
如下是
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是在特制的礦熱爐內(nèi)，以硅石作爐料骨架、碳質(zhì)材料作還原劑，在礦熱爐內(nèi)部不同區(qū)域中分別加入混合均勻的含有特制稀土原料或其它硅系合金，如硅鋇、硅鈣或硅鐵等爐料。分別進(jìn)行相對獨(dú)立的物理—化學(xué)反應(yīng)，且在熔池中進(jìn)一步反應(yīng)，最終合成穩(wěn)定的稀土硅系合金，實(shí)現(xiàn)無渣冶煉。本方法適用于稀土硅鐵、稀土硅鈣，稀土硅鋇及稀土硅鈣鋇系列合金生產(chǎn)。
工藝詳述稀土冶煉區(qū)生產(chǎn)1、稀土冶煉區(qū)是以REO＞50％的稀土精礦物，配以粒度小于1.0mm冶金焦粉，其配入量為還原稀土所需理論量的0.8∽1.0倍，加入部分粘接劑，在大于20MPa的壓力下壓塊成20∽30mm的塊度，并在大于80℃的條件下烘干。該區(qū)爐料組成為稀土壓塊、硅石、碳質(zhì)還原劑，其中RE∶Si＝0.6∽1.2，還原劑的加入量為還原REO、SiO2所需理論值的1.0∽1.2倍。爐料混勻后加入稀土冶煉區(qū)。稀土冶煉區(qū)的大小可依據(jù)產(chǎn)品稀土含量的高低來擴(kuò)大或縮小。
2、硅鈣冶煉區(qū)生產(chǎn)硅鈣合金是以CaO＞85％的石灰粉，加入其理論量3.0∽4.0倍的冶金焦粉(＜1.0mm)及適量粘接劑，以大于14MPa的壓力下壓塊，并迅速烘干。該區(qū)爐料組成為鈣塊、硅石、碳質(zhì)還原劑及碳素鋼屑，其中Ca∶Si＝0.1∽0.8，配碳量為理論碳量的0.92∽0.98倍。爐料混勻后加入鈣冶煉區(qū)。
3、硅鐵(硅鋇)冶煉區(qū)生產(chǎn)該區(qū)生產(chǎn)與傳統(tǒng)工藝相同。
4、供電制度采用I/u(A/V)200來選用二次電壓，且礦熱爐容量越大I/U也相應(yīng)增大。
5、原料工藝要求稀土精礦REO＞50％，粒度＜1.5mm。
石灰CaO＞85％，生燒＋過燒＜5％，粒度＜1.0mm；硅石SiO2＞98％，抗爆率＞80％，表面無泥土，塊度30∽100mm；碳質(zhì)還原劑C固＞80％，灰份＜10％，揮發(fā)份＜10％用于壓塊時(shí)粒度小于1.0mm，用于爐前粒度3∽10mm大于90％；鋼屑全部用碳素鋼屑，卷曲長度小于100mm；6、礦熱爐動(dòng)力學(xué)參數(shù)確定電極截面電流ΔI＝4I/πd2(A/cm2)＝5.0∽7.8爐底功率密度PSB＝4Pη/πd2B(Km/m2)＝390∽510。單位反應(yīng)區(qū)體積功率密度PVT＝Pη/NVT(Km/m3)＝450∽650其中VT＝π/4DP2(hO＋hB)-π/4d2hB式中VT—坩鍋體積；dB—爐膛直徑；Dp-電極極心園直徑hB—電極有效插入深度；hO—電極距爐底距離；n—電極數(shù)目；a—電極直徑；Pη—礦熱爐電效率。
7、爐體砌筑要求按國家標(biāo)準(zhǔn)。爐墻及爐底比相同容量的硅鐵電爐厚10∽15％，并在爐體的絕緣層內(nèi)層加入2—5mm的石墨粉，2—3cm厚的珍珠巖做絕熱層；爐膛深度比相同容量的硅鐵電爐深15—20％；爐缸不用碳磚而全部用高鋁磚砌筑，外用1∶2的石英砂與電極糊搗打100∽150mm的防護(hù)層；爐缸高度為爐膛深度的0.4∽0.5倍，高為電極直徑的0.8∽1.0倍。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)稀土硅系合金的方法，其特征在于在礦熱爐內(nèi)，以碳質(zhì)材料作還原劑，以硅石作爐料骨架，將爐內(nèi)分成數(shù)個(gè)不同冶煉區(qū)域，在稀土還原區(qū)加入混合均勻的稀土礦配料，在其它區(qū)域加入相應(yīng)的配料，各種不同的配料在不同的區(qū)域分別進(jìn)行相對獨(dú)立的物理——化學(xué)反應(yīng)并生成熔液匯入熔池中進(jìn)一步反應(yīng)，最終生成穩(wěn)定的稀土硅系合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在礦熱爐內(nèi)分為2—3個(gè)不同的冶煉區(qū)域，除了稀土冶煉區(qū)外，其它冶煉區(qū)是硅鐵冶煉區(qū)硅鋇冶煉區(qū)、硅鈣冶煉區(qū)中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于生產(chǎn)稀土硅鈣鋇鐵合金時(shí)，礦熱爐分成稀土冶煉區(qū)，硅鈣冶煉區(qū)，硅鋇冶煉區(qū)，生產(chǎn)稀土硅鐵合金時(shí)，礦熱爐分為稀土冶煉區(qū)、硅鐵冶煉區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于粉狀礦物原料加入碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑在壓力下制成壓塊，壓塊大小為20—30mm，其中稀土壓塊中的配碳量為其理論值的0.8—1.0倍，鈣壓塊中的配碳量為其理論值的3.2—4.0倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于稀土還原區(qū)的爐料組成為稀土壓塊，硅石、碳質(zhì)還原劑，其中RE∶Si＝0.6—1.2，碳質(zhì)還原劑的加入量為還原REO，SIO2理論量的1.0—1.2倍，硅鐵冶煉區(qū)的爐料組成與普通硅鐵配料相同，硅鈣冶煉區(qū)的爐料組成為鈣壓塊，硅石，碳質(zhì)還原劑、碳素鋼屑，其中Ca∶Si＝0.1—0.6，還原劑的配入量為還原CaO、SIO2理論值的0.92—0.98倍，硅鋇冶煉區(qū)的爐料組成除了將鈣改為鋇外，其配料和參數(shù)與硅鈣冶煉區(qū)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于礦熱爐的常用二次電壓I/U大于200，其值隨礦熱爐容量的增大而相應(yīng)提高。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于爐料分區(qū)均勻入爐，冶煉時(shí)間為2—4小時(shí)，合金出爐后注入鑄鐵模中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6或7所述的方法，其特征在于礦熱爐動(dòng)力學(xué)參數(shù)由ΔI＝5.0∽7.8，PSB＝390——510，RT＝45—650來確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于礦熱爐與相同容量的硅鐵爐相比，爐底和爐墻各厚10—15％，爐膛深15—20％，用2—3mm厚的石墨粉，2—3cm厚的珍珠巖作絕熱層，爐缸用高鋁磚砌筑，且用1∶2的石英砂和電極糊搗打成100—150mm厚的保護(hù)層，H爐缸＝0.4—0.5H爐膛；d出口＝0.4—0.5d電極，h出 口＝0.8—1.0d電極。
全文摘要
本發(fā)明為一種生產(chǎn)稀土硅系合金的方法。在礦熱爐內(nèi),以碳質(zhì)材料作還原劑,以硅石作爐料骨架,將爐內(nèi)分成數(shù)個(gè)不同冶煉區(qū)域,在稀土還原區(qū)加入混合均勻的稀土礦配料,在其它區(qū)域加入相應(yīng)的配料,各種不同的配料在不同的區(qū)域分別進(jìn)行相對獨(dú)立的物理－化學(xué)反應(yīng)并生成熔液匯入熔池中進(jìn)一步反應(yīng),最終生成穩(wěn)定的稀土硅系合金。本發(fā)明工藝簡單,生產(chǎn)成本低,稀土回收率高,產(chǎn)品質(zhì)量高,礦熱爐使用壽命長。
文檔編號C22B4/06GK1332256SQ01107180
公開日2002年1月23日 申請日期2001年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月26日
發(fā)明者商寶東 申請人:成都潤達(dá)合金制造有限公司, 商寶東