專利名稱：一種使用預(yù)制硼焦的碳熱法生產(chǎn)硼鐵工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)制硼焦的碳熱法生產(chǎn)硼鐵工藝，是生產(chǎn)低鋁硼鐵工藝上的一種改進(jìn)方案，屬于冶金行業(yè)中硼鐵合金的制造領(lǐng)域。
低鋁硼鐵合金是生產(chǎn)非晶態(tài)合金的重要硼原料，傳統(tǒng)的鋁熱法生產(chǎn)工藝不能很好滿足非晶態(tài)生產(chǎn)的要求，因?yàn)榕痂F中不希望的鋁雜質(zhì)含量太高，而且生產(chǎn)成本昂貴。為降低生產(chǎn)成本，降低鋁以及其他有害元素的含量，急需開發(fā)硼含量高而又廉價(jià)的硼鐵制造工藝。
八十年代后期，許多國家的鐵合金企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對這類工藝進(jìn)行了大量的研究，其中的電爐碳熱法工藝以其成本低，產(chǎn)品中鋁含量低的特點(diǎn)尤為引人注目，成為開發(fā)的熱點(diǎn)。
碳熱法冶煉硼鐵，原料中的硼酸因熔點(diǎn)低(450℃)，在入爐加熱時(shí)會(huì)發(fā)生熔化，從而與其他原料產(chǎn)生“分離”的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響反應(yīng)效果。針對該問題美國阿蘭德公司(Allied co.)發(fā)明了預(yù)造球后加熱燒結(jié)的原料處理方法(美國專利4486226、歐洲專利0146947)，其方法是將硼原料，鐵或氧化鐵，木炭或碳水化合物，以及作為造球粘結(jié)劑的糖混合造球后加熱燒結(jié)，然后加入電爐中冶煉，據(jù)資料記載，產(chǎn)品含硼量為13.6-15.4%，硼回收率68-86%，它存在著硼含量不高，合金回收率不高的問題。
1992年第五期《鐵合金》雜志第43頁《碳熱法生產(chǎn)硼鐵的最佳參數(shù)》一文介紹了用硼酸、氧化鐵、木炭和木屑混合物在直流埋弧電爐內(nèi)熔煉成硼鐵的方案，其生產(chǎn)的合金含硼18-20%，硼回收率為95%，但它存在著爐齡短(2-3個(gè)月)，生產(chǎn)狀態(tài)不穩(wěn)定的問題。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種生產(chǎn)硼鐵工藝的方案，它能使產(chǎn)品具有高和穩(wěn)定的硼含量，硼的回收率達(dá)到95%以上，又能在不增加工業(yè)成本的基礎(chǔ)上提高工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，延長爐齡。
碳熱法冶煉硼鐵普遍存在以下問題(1)“分離”現(xiàn)象。因?yàn)榕鹚崛埸c(diǎn)低(450℃)，冶煉受熱首先熔化，從爐料中分離出來，破壞了反應(yīng)物的均勻性，使硼含量、回收率都受到影響;(2)爐料缺乏適當(dāng)?shù)氖杷尚浴t料過于疏松，會(huì)使大量硼蒸汽逃逸到煙道中，大大降低反應(yīng)區(qū)有硼分壓，使含硼量和硼的回收率下降;反之，爐料疏松度不夠，反應(yīng)生成CO氣體不能順利排除，使反應(yīng)受到抑制，也同樣影響生產(chǎn)效果;(3)爐底上漲快。這主要是反應(yīng)中過剩炭的堆積造成的。
為了解決以上問題，本發(fā)明采取了如下措施(1)首先將硼的氧化物或硼酸與碳載體的一部分混合在回轉(zhuǎn)爐中加熱燒結(jié)，燒結(jié)后產(chǎn)物經(jīng)破碎后即可得到疏松的、多孔的中間爐料…硼焦。由于硼焦中硼的氧化物與碳載體均勻結(jié)合，可以避免“分離”現(xiàn)象，并改善了爐料的均勻性，有助于防止碳的局部過剩而造成爐底上漲;(2)以硼焦、鐵屑和碳載體混合料加入爐內(nèi)，比例按化學(xué)反應(yīng)量計(jì)算，(加以實(shí)際工藝修正)，其中碳載體量的30-40%(重量比)選用了具有合適疏松性質(zhì)的碳水化合物，最好的是稻殼或粒度為1-3mm的鋸木屑，其余碳載體最好是木炭。將爐料高度保持在500-1000mm范圍(視爐子功率大小，一般為1000KVA-3000KVA)，經(jīng)高溫冶煉后定期打開爐眼，就可以獲得含硼量在20-23%(重量比)的硼鐵，由于原料中不帶有鋁，合金中鋁雜質(zhì)元素濃度可以控制在0.05%(重量比)以下，回收率也明顯提高，在安裝爐氣外逸氧化硼回收裝置后，整個(gè)工藝中硼的利用可達(dá)95%以上。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
結(jié)合附圖將本發(fā)明的工藝具體描述如下將硼的氧化物或硼酸(1)與碳載體最好是木炭(2)(木炭的尺寸在10-30mm之間)混合后加熱燒結(jié)，燒結(jié)在回轉(zhuǎn)窯(7)中完成，料床溫度在450-800℃之間，調(diào)整回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速既使燒結(jié)徹底，又保證木炭燒損量為最少，一般為每分鐘1-2周，燒結(jié)時(shí)間3-10分鐘。燒結(jié)后產(chǎn)物是由B2O3和木炭結(jié)合成的疏松多孔狀物體，冷卻至室溫破碎成50-100mm大小的碎塊即成硼焦(3)。燒結(jié)硼焦時(shí)硼原料(1)與木炭(2)的配料比例是3∶1至6∶1，該比例可以實(shí)現(xiàn)木炭與B2O3最均勻的結(jié)合，而不需添加其它的粘合劑如糖漿等。
鐵屑(4)、硼焦(3)、碳載體最好是木炭(5)與爐料疏松劑最好是稻殼或粒度為1-3mm的鋸木屑(6)，混合加入到埋弧電爐或電弧爐(8)的反應(yīng)區(qū)(9)中，加熱到1600℃左右，發(fā)生了如下反應(yīng)
當(dāng)反應(yīng)生成的含硼的氣體上升到疏松的爐料中遇到熔融的鐵水時(shí)，就會(huì)被鐵水吸收而形成硼鐵。
從上式反應(yīng)可知，反應(yīng)生成的CO氣的順利排出有助于反應(yīng)平衡向正方向進(jìn)行，有助于加大反應(yīng)區(qū)的硼分壓，從而提高硼鐵的含硼量，因此應(yīng)使?fàn)t料保持疏松，透氣性好。另一方面爐料又須有一定的氣體滲透阻力以保持這種硼分壓，并使硼蒸氣能充分地被爐料中的鐵水滴吸收，因此爐料還必須保證一定的厚度和多孔性的過濾性能。為此爐料中采用了碳水化合物類的疏松劑，最好采用稻殼或粒度為1-3mm的鋸木屑，其比例占全部還原劑的30-40%，相應(yīng)爐料層厚度控制在500-1000mm范圍。加熱時(shí)，該疏松劑也將被炭化，成為還原劑的一部分參加反應(yīng)。經(jīng)過一定時(shí)間的冶煉后，可以定期從爐口得到低鋁硼鐵。硼鐵的含硼量達(dá)到20-23%(重量比)，鋁含量低于0.05%(重量比)，綜合回收率可達(dá)95%以上。
使用本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的低鋁硼鐵不僅能滿足非晶態(tài)生產(chǎn)的要求，而且控制簡便，原料要求范圍寬，爐齡也大大延長，基本上消除了爐底上漲現(xiàn)象，適合大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。
以下給出實(shí)施本發(fā)明的兩個(gè)例子，但本發(fā)明范圍并不受此例限制。
例一，將工業(yè)硼酸(含99%的H3BO3)與塊度為10-20mm的小粒木炭以100∶20比例加入到回轉(zhuǎn)窯中，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速為1.0周/分，料床溫度500℃，燒結(jié)時(shí)間為5分鐘，產(chǎn)生的燒結(jié)物經(jīng)冷卻后破碎成50-100mm的硼焦;將硼焦、鐵屑、木炭、稻殼以100∶94∶21∶40比例混合，加入次序埋弧電爐中，保證料柱高度為650mm?？刂泼肯嚯姌O的電流為7000A，經(jīng)過8小時(shí)后，獲得如下規(guī)格的硼鐵(均為重量比)硼% 碳% 鋁% 硫% 磷% 鐵%22 2.20 0.03 <0.01 <0.02 其余例二，硼焦制法同例一，將硼焦、鐵屑、木炭、鋸屑以100∶94∶21∶40比例混合，加入到交流埋弧電爐中，使料柱高度為600mm?？刂泼肯嚯姌O電流為7000A，經(jīng)過8小時(shí)后，獲得如下規(guī)格的硼鐵(均為重量比)硼% 碳% 鋁% 硫% 磷% 鐵%20 0.25 0.03 <0.01 <0.02 其余以上兩例冶煉回收率均在70%-86%之間，計(jì)再回收利用措施，綜合回收率均在95%以上。
權(quán)利要求
1.一種碳熱法冶煉硼鐵的工藝，它是將硼酸、氧化鐵、木炭和木屑混合加入電爐內(nèi)熔煉成硼鐵，本發(fā)明的特征在于(a).加熱由氧化硼或硼酸和木炭組成的混合原料，經(jīng)過一定時(shí)間后，產(chǎn)生作為冶煉原料的硼焦；(b).硼焦經(jīng)破碎后，與鐵屑或氧化鐵，木炭和碳水化合物類的多孔性爐料疏松劑混合加入到電爐中，保持適當(dāng)?shù)牧现叨?，?jīng)過一段時(shí)間的熔煉后，生產(chǎn)出所需的硼鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱法冶煉硼鐵的工藝，其特征在于硼焦的制造原料硼酸或氧化硼和木炭的配料比例在6∶1至3∶1之間，將原料在回轉(zhuǎn)窖內(nèi)混合加熱，回轉(zhuǎn)爐的加熱溫度為450℃至800℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱法冶煉硼鐵的工藝，其特征在于碳水化合物類的多孔性爐料疏松劑采用稻殼或粒度為1-3mm的鋸木屑，爐料疏松劑用量占全部還原劑量的30-40%(重量比)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱法冶煉硼鐵的工藝，其特征在于爐料在電爐中的料柱高度具體范圍為500-1000mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳熱法冶煉硼鐵的工藝，其特征在于熔煉電爐是埋弧電爐或電弧爐。
全文摘要
本發(fā)明是一種使用預(yù)制硼焦的碳熱法生產(chǎn)硼鐵工藝，它加熱由氧化硼或硼酸和木炭組成的混合原料，產(chǎn)生作為冶煉原料的硼焦，硼焦破碎后，與鐵屑或氧化鐵，木炭和碳水化合物類的爐料疏松劑混合加入到電爐中，經(jīng)過一段時(shí)間的熔煉后，生產(chǎn)出所需的硼鐵，使用本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的低鋁硼鐵不僅能滿足非晶態(tài)生產(chǎn)的要求，而且控制簡便，原料要求范圍寬，爐齡也大大延長，基本上消除了爐底上漲現(xiàn)象，適合大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。
文檔編號C22C35/00GK1083125SQ93108638
公開日1994年3月2日 申請日期1993年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月17日
發(fā)明者施允石, 祖國文, 賈宗生 申請人:遼陽鐵合金廠