專利名稱：用爐渣粉煤灰生產(chǎn)硅鋁合金產(chǎn)品及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬冶煉工業(yè)用品，更確切地說是冶煉金屬業(yè)提取硅鋁合金產(chǎn)品及方法。
多年來人們一直想利用純碳還原硅的方法從AL2O3中提取純鋁的作法始終沒有得以實(shí)現(xiàn)，這主要是因?yàn)殇X對氧有極強(qiáng)的親和力，在冶煉中生成了含氧碳化鋁(AL4O4C和AL2OC)和碳化鋁(AL4C3)的緣故。
從十九世紀(jì)八十年代末期，開始采用對熔解在熔融冰晶石中的AL2O3電解的方法，生產(chǎn)純鋁得到了成功。這種方法一直延續(xù)到現(xiàn)在，也是目前全世界大規(guī)模生產(chǎn)純鋁唯一的方法。其方法存在以下主要缺點(diǎn)第一、老式電解法投資量大。由于電解法生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，電解槽較多，一般幾十臺(tái)至幾百臺(tái)，單臺(tái)投資和礦熱爐相當(dāng)。因此說老式電解法投資量大，一般是電熱法的10-30倍。
第二、電解法建廠速度慢。它由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、設(shè)備多，因此廠房建筑及設(shè)備安裝、調(diào)試需花幾倍電熱法的時(shí)間。
第三、電解法產(chǎn)量低。舉4、5萬KVA電量的電解鋁廠為例它的日產(chǎn)量10-12噸;而電熱法同容量的日產(chǎn)量可達(dá)77噸純鋁和67.5噸硅鐵，含硅量不小于80%，總產(chǎn)量是電解法產(chǎn)量的10倍以上。
第四、電解法耗電量大。電解一噸純鋁耗電18，000度，而電熱法提取一噸純鋁和1.5噸硅鐵才用14，000度，相比之下省了很多電，又有了副產(chǎn)品(硅鐵、煤氣)。
第五、電解法噸成本高。它每噸純鋁成本是15，000元/噸，而電熱法噸成本是為3，000元/噸。
第六、電解法對原料要求十分苛刻。它需用純凈的AL2O3為原料，而電熱法不用純的AL2O3為原料，用爐灰、粘土都能生產(chǎn)。因此，電熱法的材料來源廣泛而且便宜。
為克服以上現(xiàn)行電解法的缺陷，采用爐渣粉煤灰電熱法生產(chǎn)硅鋁合金產(chǎn)品。
目前我國有兩種方法第一種方法是用純鋁、純硅對成硅鋁合金。第二種方法是用鋁土礦在礦熱爐中煉成硅鋁合金。第一種方法造價(jià)貴、成本高、耗電量大;第二種方法鋁土礦稀缺而貴，導(dǎo)致成本高。由于上述兩種方法產(chǎn)品造價(jià)高，原材料缺乏，因此國內(nèi)市場硅鋁合金很少見，致使鋼鐵冶煉企業(yè)不得不以硅鐵來代替硅鋁合金，而使鋼的質(zhì)量有所下降。使用硅鋁合金后可減少鋼產(chǎn)生皮下氣泡的敏感性，是鋼與鐵的脫氧劑和合金元素。比純鋁脫氧能力強(qiáng)，利用效率高。
本發(fā)明是用礦熱爐從廢爐渣粉煤灰中提取硅鋁合金的生產(chǎn)方法，它不僅克服了上述電解法的缺點(diǎn)，并且原料來源廣闊，價(jià)格低廉。在冶煉中可直接煉成硅鋁合金。在耗電量相同的情況下，由于材料取之不盡、用之不竭，原材料價(jià)格特低，因而生產(chǎn)成本低，銷路好，在市場上有很強(qiáng)的競爭力。
本發(fā)明原理及配方1、原理。用碳同時(shí)還原AL2O3、SiO2而得硅鋁合金，其化學(xué)分子式如下
2、配方。煤粉爐渣粉煤灰及白粘泥的配比波動(dòng)范圍可用化學(xué)方程式計(jì)算求之。本發(fā)明采取的配比煤粉為35%;爐渣粉煤灰為50.5%;白粘泥為14.5%。
生產(chǎn)工藝流程。原材料堆化驗(yàn)→配料→混料攪拌→成球→烘干→燒結(jié)→冶煉→精煉→鑄錠→入庫。
本發(fā)明給出的實(shí)施例分述如下一、對原料和還原劑粘結(jié)劑的粉料進(jìn)行化驗(yàn)。(以下用X1～X2%表示波動(dòng)范圍。)化驗(yàn)結(jié)果爐渣粉煤灰AL2O317～23%、SiO258～67%、Fe2O32.3～3%、CaO4～15%、Mgo1.3～1.5%。
白粘泥粉AL2O321～37%、SiO247～65%、Fe2O35～10% CaO10～15%、Mgo1～3%。
煤粉(純碳)50～70%，灰分14～26%，其余為水分、揮發(fā)分、硫和磷。其中“灰分”化驗(yàn)它的成份，一般與爐渣粉煤灰的成份相近似。
二、根據(jù)原料及還原劑、粘結(jié)劑的堆化驗(yàn)結(jié)果，每種化合物都有它一定的數(shù)值X%。利用化學(xué)反應(yīng)平衡方程式計(jì)算出碳用量后，再換算成煤粉的用量，就可進(jìn)行配料了。例如以百公斤白粘泥與三百五十公斤爐渣粉煤灰為例計(jì)算碳的實(shí)際消耗量。具體計(jì)算結(jié)果如下白粘泥粉化驗(yàn)結(jié)果是AL2O323%;SiO260%;Fe2O35.5%;CaO10%;MgO1.2%;其余為微量雜質(zhì)。相應(yīng)的AL2O3為23公斤;SiO2為60公斤;Fe2O3為5.5公斤;CaO為10公斤;MgO為1.2公斤。
爐渣粉煤灰化驗(yàn)結(jié)果是AL2O321%;SiO265%;Fe2O32.5%;CaO10%;MgO1.2%，其余為微量雜質(zhì)不予計(jì)算。相應(yīng)的AL2O3為350×21%＝73.5公斤;
SiO2為350×65%＝227.5公斤;
Fe2O3為350×2.5%＝8.75公斤;
CaO為350×10%＝35公斤;
MgO為350×1.2%＝4.2公斤。
把白粘泥與爐渣粉煤灰的氧化物合計(jì)量計(jì)算出來后再算出純碳的需要量。如AL2O3的合計(jì)重量為23+73.5＝96.5公斤。SiO2合計(jì)重量為60+227.5＝287.5公斤。
根據(jù)化學(xué)方程式反應(yīng)溫度2250℃
用化學(xué)方程式(1)-(7)便可進(jìn)行計(jì)算。從化學(xué)方程式(6)可以看出SiC與AL4O4C比例關(guān)系。按此關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，以確定煤粉與反應(yīng)料的比例。用化學(xué)方程式(1)算出AL4O4C的產(chǎn)量∵ 204/96.5 = 184/(X1) ∴X1＝ (184×96.5)/204 ＝87.04公斤(AL4O4C)用化學(xué)方程式(2)可算出SiC的產(chǎn)量∵ 60/287.5 = 40/(X1) ∴X2＝ (40×287.5)/60 ＝191.7公斤(SiC)根據(jù)X1、X2與化學(xué)方程式(6)比較并計(jì)算出SiO2過盛量，即可求出各種氧化物的實(shí)際用碳量。用比例法可求出SiC的用量∵ 240/(X1) = 368/87.04 ∴X3＝ (240×87.04)/368 ＝56.77(SiC)計(jì)算得之有56.77公斤參與反應(yīng)，還有191.7-56.77＝134.93SiC沒有參與反應(yīng)，這就是過盛量。如果不能夠解決這個(gè)問題合金中就混入了大量的SiC、使合金的質(zhì)量降低。用化學(xué)方程式(7)可解決這一問題。把134.93公斤SiC分成兩份，其中一份不還原，(即134.93/2＝67.5公斤的SiC不用碳去還原，它本身仍然是SiO2，可是它的重量發(fā)生了改變，即SiO2＝(67.8×60)/40＝101.25公斤)。這部SiO2與67.5公斤SiC可以完全反應(yīng)生成金屬硅。而實(shí)際需要用碳來還原的SiO2量為287.5-101.25＝186.25公斤。
1、反應(yīng)料純碳量的計(jì)算①AL2O3的用碳量計(jì)算，用化學(xué)方程式(1)計(jì)算。
∵ 204/96.5 = 36/(X4) ∴X4＝ (36×96.5)/204 ＝17.03公斤純碳②SiO2的用碳量計(jì)算，用化學(xué)方程式(2)計(jì)算。
∵ 60/186.25 = 36/(X5) ∴X5＝ (36×186.25)/60 ＝111.75公斤純碳。
③Fe2O3用碳量的計(jì)算，用化學(xué)方程式(3)計(jì)算。
∵ 160/(5.5+8.75) == 36/(X6) X6＝ (36×(5.5+8.75))/160 ＝3.21公斤純碳。
④CaO用碳量的計(jì)算，用化學(xué)方程式(4)計(jì)算。
∵ 56/(10+35) = 12/(X7) ∴X7＝ (12×(10+35))/56 ＝9.64公斤純碳⑤MgO的用碳計(jì)算，用化學(xué)方程式(5)計(jì)算。
∵ 40/(1.2+4.2) = 12/(X8) ∴X8＝ (12×(1.2+4.2))/40 ＝1.62公斤純碳反應(yīng)料總用碳量為17.03+111.75+3.21+9.64+1.62＝143.25公斤純碳。
2、計(jì)算百公斤煤粉中的灰分自耗純碳量和剩余純碳量。如煤粉堆化驗(yàn)后成份為純碳65%;灰分為21%;其余為揮發(fā)分、雜質(zhì)和水分等。在計(jì)算時(shí)不給考慮?；曳值幕瘜W(xué)成分AL2O323%;SiO260%;Fe2O34%;CaO11%;MgO1.5%。具體重量為AL2O3＝21×23%＝4.83公斤。 SiO2＝21×60%＝12.6公斤。 Fe2O3＝21×4%＝0.84公斤。CaO＝21×11%＝2.31公斤。MgO＝21×1.5%＝0.315公斤。從以上可以看出SiO2過盛，應(yīng)求出過盛量來。
用化學(xué)方程(1)計(jì)算AL4O4C量∵ 204/4.83 = 36/(X9) ∴X9＝ (36×4.83)/204 ＝0.8公斤(AL4O4C)這一部耗碳。
用化學(xué)方程式(6)計(jì)算SiC的量∵ 368/0.8 = 240/(X10) ∴X10＝ (240×0.8)/368 ＝0.52公斤(SiC)用化學(xué)方程式(2)計(jì)算出0.52公斤SiC需用SiO2的量∵ 60/(X11) = 40/0.52 ∴X11＝ (60×0.52)/40 ＝0.78公斤(SiO2)這一部分耗碳還多余12.6-0.78＝11.82公斤(SiO2)。根據(jù)化學(xué)方程式(6)可看出這部分SiO2全部還原出來將使合金中混成大量的金屬硅。而實(shí)際只用其中一半進(jìn)行還原就夠了。即為11.82÷2＝5.91公斤SiO2。用碳來還原成為SiC。利用化學(xué)方程式(2)計(jì)算。
∵ 60/5.91 = 40/(X12) ∴X12＝ (40×5.91)/60 ＝3.94公斤(SiC)這部分SiC與5.91公斤SiO2恰好完全反應(yīng)。用反應(yīng)方程式(2)驗(yàn)算∵ 60/5.91 ＝ 40/3.94 ∴ (40×5.91)/(60×3.94) ＝1 計(jì)算無誤。
綜上所述，SiO2真正要還原SiC的部份是X11+5.91＝0.78+5.91＝6.69公斤，其余的SiO2不必還原。具體用碳量的計(jì)算利用化學(xué)方程式(1)計(jì)算AL2O3的用碳量∵ 204/4.83 = 36/(X13) ∴X13＝ (36×4.83)/204 ＝0.85公斤碳利用化學(xué)方程式(2)計(jì)算SiO2的用碳量(SiO2＝6.69公斤)∵ 60/6.69 = 36/(X14) ∴X14＝ (36×6.69)/60 ＝4.01公斤碳利用化學(xué)方程式(3)計(jì)算Fe2O3的用碳量∵ 160/0.84 = 36/(X15) ∴X15＝ (36×0.84)/160 ＝0.19公斤碳利用化學(xué)方程式(4)計(jì)算CaO的用碳量∵ 56/2.31 = 12/(X16) ∴X16＝ (12×2.31)/56 ＝0.5公斤碳利用化學(xué)方程式(5)計(jì)算MgO的用碳量
∵ 40/0.315 = 12/(X17) ∴X17＝ (12×0.315)/40 ＝0.095公斤碳煤粉中自耗碳量為0.85+4.01+0.19+0.5+0.095＝5.645公斤。
煤粉中實(shí)際能拿出來參與反應(yīng)的碳的百分比含量為(65-5.645)%＝59.4%的純碳參與反應(yīng)。
三、計(jì)算配料比根據(jù)反應(yīng)料總的用碳量143.25公斤。實(shí)際煤粉用量為143.25÷59.4%＝241.2公斤。這樣配料比為(重量的百分比)煤粉35%;爐渣粉煤灰50.5%;白粘泥粉14.5%。
四、配料與混料根據(jù)配料比重(以上計(jì)算均是干粉，濕粉應(yīng)扣除水分)，在混料機(jī)的容器內(nèi)進(jìn)行配料。經(jīng)混料機(jī)充分?jǐn)嚢杌旌虾螅鰴C(jī)送入成球室。
五、成球把混合料送入成球機(jī)。成球壓力在不小500公斤/厘米2，以保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
六、烘干和燒結(jié)從成球車間制成的球經(jīng)過250℃的烘干2.5小時(shí)后送入燒結(jié)車間進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)溫度為960℃，燒結(jié)2.5～3小時(shí)，出爐后自然冷卻(不能吸潮)后，送入冶煉車間進(jìn)行冶煉。
七、冶煉冶煉是在大功率礦熱爐中進(jìn)行(一般是5000～10，000KVA)的。冶煉工作是連續(xù)進(jìn)行的，爐子內(nèi)部的溫度要控制在2000～2250℃之間(大部分區(qū)域)進(jìn)行。
冶煉基本是無渣冶煉，每隔2～3小時(shí)出一次“水”。
八、爐前精煉液體合金出爐后，放入精煉爐內(nèi)在溶劑與氮?dú)獾淖饔孟戮珶挸?、除氫氣?br> 九、鑄錠精煉完了的液體合金在鑄錠機(jī)中連續(xù)鑄錠。經(jīng)過檢斤入庫。
權(quán)利要求
1.一種用爐渣粉煤灰生產(chǎn)硅鋁合金產(chǎn)品及其方法，是用碳同時(shí)還原AL2O3、SiO2而提取硅鋁合金，其特征在由于碳、爐渣粉煤灰和白粘泥冶煉而成。
2.如權(quán)利要求1所述用爐渣粉煤灰生產(chǎn)硅鋁合金產(chǎn)品及其方法，其特征在于配方煤粉、爐渣粉煤灰、白粘泥的配比波動(dòng)范圍可用化學(xué)方程式(1)-(7)計(jì)算得之。
3.如權(quán)利要求1、2所述用爐渣粉煤灰生產(chǎn)硅鋁合金產(chǎn)品及其方法，其特征在于生產(chǎn)工藝流程原材料堆化驗(yàn)→配料→混料攪拌→成球→烘干→燒結(jié)→冶煉→精煉→鑄錠→入庫。
4.如權(quán)利要求1、2所述用爐渣粉煤炭生產(chǎn)硅鋁合金產(chǎn)品及其方法，其特征在于烘干溫度為250℃，時(shí)間為2.5小時(shí);燒結(jié)溫度為960℃，時(shí)間為2.5～3小時(shí);冶煉爐內(nèi)恒溫在2，000℃～2，250℃，硅鋁合金成球要求有一定強(qiáng)度，以保證冶煉質(zhì)量。
全文摘要
一種用爐渣粉煤灰生產(chǎn)硅鋁合金產(chǎn)品及其方法，是冶金工業(yè)中煉鋼的理想產(chǎn)品，煉鋼時(shí)能減少產(chǎn)生皮下氣泡的敏感性，是鋼與鐵的脫氧劑和合金元素，比純鋁脫氧能力強(qiáng)，利用效率高。它是用碳同時(shí)還原Al
文檔編號(hào)C21C7/06GK1045606SQ8910886
公開日1990年9月26日 申請日期1989年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月25日
發(fā)明者王士杰, 陳繼輝 申請人:陳繼輝, 王士杰